Extracción ultrasónica de piperina de la pimienta

• La piperina es una sustancia bioactiva que se encuentra en los granos de pimienta y se valora por sus propiedades farmacológicas.
• El ultrasonido es una técnica de extracción eficaz, sencilla y rápida para aislar piperina de alta calidad.
• La extracción por ultrasonidos es un método fiable y probado, que ya se utiliza ampliamente en la industria farmacéutica y alimentaria.

Extracción de piperina mediante ultrasonidos de alto rendimiento

La piperina es un valioso compuesto bioactivo conocido por su potencial para aumentar la absorción de curcumina, selenio, vitamina B12, betacaroteno y otros compuestos. Por ello, la industria farmacéutica y de la nutrición está muy interesada en la extracción rápida y sencilla de piperina de alta calidad.
La extracción convencional de piperina y piperidina se realiza mediante una extracción con disolventes que requiere mucho tiempo y utiliza DMC (diclorometano) tóxico. La extracción por ultrasonidos supera a la extracción convencional con disolventes por su mayor rendimiento, el uso de disolventes no tóxicos (por ejemplo, etanol) y la rapidez del proceso de extracción. Los ultrasonidos de alto rendimiento crean cavitación en los líquidos. La cavitación acústica o ultrasónica genera localmente condiciones extremas, como diferenciales de temperatura y presión muy elevados, chorros de líquido y fuerzas de cizallamiento. Estas fuerzas ultrasónicas rompen las paredes celulares y aumentan la transferencia de masa entre el interior celular y el disolvente circundante, de modo que se liberan las sustancias bioactivas. La extracción ultrasónica es una técnica probada para aislar compuestos específicos como la piperina de la pimienta molida (piper nigrum, piper longum).

Condiciones óptimas de extracción mediante sonicación

Una de las ventajas más importantes del aislamiento por ultrasonidos es el control preciso de todos los parámetros del proceso. La intensidad ultrasónica (amplitud, potencia, ciclo de trabajo), el tiempo de extracción, el disolvente, la relación sólido-disolvente y la temperatura pueden ajustarse a las condiciones óptimas para obtener el mayor rendimiento de piperina de alta calidad.

Protocolo ejemplar para la extracción ultrasónica de piperina

En una configuración de vaso de precipitados a pequeña escala, el rendimiento máximo de piperina (5,8 mg/g) a partir de tierra piper longum se obtiene en condiciones de extracción ultrasónica optimizadas, que han resultado ser las siguientes:
sonicador UP200St o UP200Ht (200W, 26kHz)
parámetros ultrasónicos: 100% amplitud, 80% ciclo de trabajo
tiempo de sonicación: aprox. 18 min.
disolvente: etanol
relación sólido/disolvente: 1:10
temperatura: 50°C

Resultados superiores

La extracción ultrasónica tiene ventajas significativas sobre la extracción tradicional por lotes y con disolventes. Rathod (2014) muestra que el tiempo de extracción se reduce de 8h de extracción con disolvente por lotes y 4h de extracción Soxhlet se reduce a 18 min. de extracción ultrasónica. Además, la extracción ultrasónica da un mayor rendimiento de extracción de piperina. Los rendimientos de extracción de piperina obtenidos con los métodos de extracción Soxhlet y extracción por lotes resultaron ser de 1,67 mg/g y 0,98 mg/g, respectivamente, muy inferiores al rendimiento obtenido por ultrasonidos de 5,8mg/g. Rathod (2014) concluye que la extracción asistida por ultrasonidos de fitoconstituyentes naturales como la piperina disminuye el problema de la baja extractabilidad y los largos tiempos de extracción con respecto a los métodos tradicionales.

Los ultrasonidos también se utilizan con éxito para la extracción de aceites esenciales de pimienta negra. Haga clic aquí para saber más sobre la hidrodestilación ultrasónica de aceites esenciales.

Encuentre el mejor sonicador para la extracción de piperina

Hielscher Ultrasonics es un fabricante con una larga experiencia en sistemas de extracción por ultrasonidos de alto rendimiento. Nuestra cartera de productos abarca desde pequeños y potentes ultrasonidos de laboratorio a robusto sistemas de sobremesa e industrialesque emiten ultrasonidos de alta intensidad para la extracción y el aislamiento eficaces de sustancias bioactivas (por ejemplo, piperina, curcumina etc.).
Todos los aparatos de ultrasonidos de 200 W a 16.000 W disponen de una pantalla en color para el control digital, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos, control remoto mediante navegador y muchas más funciones de fácil manejo. Los sonotrodos y las celdas de flujo (las piezas que están en contacto con el medio) pueden esterilizarse en autoclave y son fáciles de limpiar.
Todos nuestros ultrasonidos están diseñados para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, requieren poco mantenimiento y son fáciles y seguros de manejar.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Literatura/Referencias

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioxidant and anti-glycation potential of green pepper (Piper nigrum): Optimization of β-cyclodextrin-based extraction by response surface methodology. Química de los alimentos, volumen 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Extracción de piperina de la pimienta blanca asistida por ultrasonidos y basada en líquidos iónicos. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extracción de piperina de Piper longum mediante ultrasonidos. Cultivos y productos industriales Vol. 58, 2014. 259-264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimización de la extracción de compuestos fenólicos del azufaifo (Ziziphus Jujube) mediante el método de extracción asistida por ultrasonidos.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extracción y caracterización de proteínas de la flor del plátano (Musa Sapientum L) y evaluación de sus actividades antimicrobianas. J Food Sci Technol (febrero de 2018) 55(2):658-666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimización de los parámetros de extracción del galato de epigalocatequina mediante métodos convencionales con agua caliente y asistidos por ultrasonidos a partir de té verde. Procesamiento de alimentos y bioproductos 111 (2018). 37-44.

Información interesante

Extracción ultrasónica

La extracción ultrasónica de sustancias bioactivas de productos botánicos se basa en el principio de cavitación acústica. La cavitación acústica se produce cuando ondas ultrasónicas muy intensas (por ejemplo, con amplitudes elevadas de 100µm, generadas por ultrasonidos de 20-26kHz) se acoplan en un líquido. Las fuerzas de cizallamiento cavitacional perforan y rompen las paredes celulares del material vegetal, y empujan y sacan el disolvente circundante del interior celular. Tras el proceso de extracción, el disolvente arrastra las moléculas objetivo, que pueden separarse (por ejemplo, mediante centrifugación). Es bien sabido que la extracción ultrasónica proporciona altos rendimientos de fitoextractos intactos.

Extracción ultrasónica de células: la sección transversal microscópica (ST) de tallo apical de menta (Mentha piperita) muestra el mecanismo de acciones durante la extracción ultrasónica de células (ampliación 2000x) [recurso: Vilkhu et al. 2011].

piperina

La piperina (1-piperiol-piperidina) es el principal compuesto picante de la pimienta (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). El sabor de la pimienta, su acritud y, por tanto, su calidad, están correlacionados con la cantidad de piperina. Este atributo de calidad puede modificarse mediante la hidrólisis de la piperina, de forma que se escinde el anillo de piperidina.
La piperina es conocida por diversos efectos farmacológicos, como las actividades antifúngica, antidiarreica, antiinflamatoria e inhibidora de la 5-lipoxigenasa y la ciclooxigenasa-1. Además, la piperina aumenta la biodisponibilidad de la piperina. Además, la piperina aumenta la biodisponibilidad de curcumina en un 2000%. Por ello, la piperina es una sustancia muy utilizada en la formulación de suplementos (por ejemplo, BioPerine®).
La piperina puede extraerse de piper nigrum y piper longum.
La piperidina es una amina secundaria cíclica, una estructura molecular que se encuentra en muchos alcaloides vegetales. La piperidina es el resultado de la hidrólisis de la piperina. La piperidina y sus derivados son componentes básicos omnipresentes en la síntesis de productos farmacéuticos y de química fina.

pimienta

piper nigrumLa pimienta negra es una enredadera con flores de la familia de las Piperaceae. Se cultiva por sus frutos en grano, que suelen secarse y utilizarse como especia y condimento. Los granos de pimienta negra, verde y blanca se obtienen de la planta de la pimienta negra. Los diferentes colores son el resultado del tratamiento y la preparación de los granos de pimienta. Los granos de pimienta negra se obtienen hirviendo las drupas inmaduras en agua caliente y secándolas después. La pimienta blanca se recolecta como bayas completamente maduras de la planta de la pimienta; después se elimina la piel oscura del fruto maduro (enriamiento). Los granos de pimienta verde se obtienen de las drupas inmaduras tratándolas con dióxido de azufre, enlatándolas o liofilizándolas para que conserven sus colorantes verdes.

Piper longum Linn, también conocida como pimienta larga de la India (pipli), es pariente cercana del piper nigrum y tiene un sabor similar, pero más picante que el piper nigrum.
Los frutos de piper longum contiene aproximadamente un 1% de aceites volátiles, resina, alcaloides piperina y piperlonguminina, un alcaloide ceroso Nisobutildeca-trans-2-trans-4-dienamida y una sustancia terpenoide. El alcaloide piperidina es responsable del sabor picante y acre de las bayas de pimienta. La piperlongumina es una sustancia farmacológicamente activa que muestra actividad contra muchos tipos de cáncer, como los de próstata, mama, pulmón, colon, linfoma, leucemia, tumores cerebrales primarios y cáncer gástrico.
Además, en las bayas de pimiento se pueden encontrar las siguientes cantidades de minerales: 1230mg/100g de calcio, 190mg/100g de fósforo y 62,1mg/100g de hierro. Las raíces contienen piperina, piperlongumina o piplartina y dihidroestigmasterol.