Ultraheli Anetotsüaniini ekstraheerimine

Antotsüaniine kasutatakse toiduainetes laialdaselt loodusliku värvaine ja toidulisandina. Ultraheli ekstraheerimine on väga tõhus ja lihtne meetod kvaliteetsete antotsüaniinide saamiseks. Sondi tüüpi sonikaatorite kasutamine soodustab kvaliteetsete antotsüaniinide vabanemist taimedest, mille tulemuseks on suurem saagikus ja kiire protsess. Samal ajal on ultrahelitöötlus kerge, roheline ja tõhus meetod toidu- ja farmaatsiatoodete antotsüaniinide tööstuslikuks tootmiseks.

antotsüaniinid – Kuidas ekstraheerida kvaliteetseid antotsüaniine sonikaatori abil

Antotsüaniine kasutatakse toiduainetööstuses laialdaselt looduslike värvainetena. Neil on lai värvitoonide spekter, ulatudes oranžist punaseni, lilla ja siniseni, sõltuvalt molekulaarstruktuurist ja pH väärtusest. Huvi antotsüaniinide vastu ei põhine mitte ainult nende värvusefektil, vaid ka nende tervisele kasulikel omadustel. Sünteetiliste värvainetega seotud kasvavate keskkonna- ja terviseprobleemide tõttu on looduslikud värvained suurepärane alternatiiv keskkonnasõbraliku värvainena toidu- ja ravimitööstusele.

Ultraheli täiustatud antotsüaniini ekstraheerimine

Kuidas eraldada antotsüaniine ultraheliga? – Juhtumianalüüsid

Ultraheli antotsüaniini ekstraheerimine lilla riisist Oryza Sativa L.

Tüve Oryza Sativa lilla riis (tuntud ka kui violetne nori või violetne riis) on erakordselt rikas fenoolide, näiteks antotsüaniinide favonoidrühma poolest. (2018) kasutas ultraheli ekstraheerimist, et eraldada polüfenoolid, nagu antotsüaniinid ja antioksüdandid karüopsisest (tervikuna, pruunina ja aurutatud kujul) ja lilla riisi lehed. Ultraheli ekstraheerimine viidi läbi Hielscheri abil UP200St (200W, 26kHz, Pic. vasakul) ja etanool 60% lahustina.
Antotsüaniini terviklikkuse säilitamiseks hoiti ultraheli ekstrakte temperatuuril −20 ° C, mis võimaldas neid säilitada vähemalt kuni kolm kuud.
Cyanidin-3 glucoside (also known as chrysanthemin) was by far the major detected anthocyanin in ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ and ‘Nerone’ cultivars investigated in the study of Turrini et al., whilst peonidin-3-glucoside and cyanidin-3-rutinoside (also antirrhinin) were found in lower amounts.
The violet leaves of Oryza Sativa are an excellent source of anthocyanins and total phenolic content (TPC). With an amount approx. 2–3-fold higher than those in rice and flour, the Oryza leaves present an inexpensive raw material for the extraction of anthocyanins. An estimated yield of about 4 kg anthocyanin/t fresh leaves is significantly higher than those of 1 kg anthocyanin/t rice, calculated on the basis of the medium anthocyanin amounts detected in ‘Violet Nori’ rice (1300 µg/g rice, as cyanidin-3-glucoside) for a yield of about 68 kg of rice from 100 kg paddy.

Ultraheli antotsüaniini ekstraheerimine punasest kapsast

(2015) on uurinud antotsüaniinide ultraheli ekstraheerimise efektiivsust punasest kapsast. Ultraheli ekstraheerimise katsed viidi läbi ultraheli süsteemi abil UP100H (Hielscheri ultraheli, 30 kHz, 100 W). Sonotrode MS10 (10 mm otsa läbimõõt) sisestati temperatuurikontrolliga mantelklaasist keeduklaasi keskele.

Selles katses kasutati värskelt lõigatud punase kapsa tükke, mille mõõtmed olid 5 mm (kuubikujuline) ja niiskusesisaldus 92,11 ± 0,45 %. Kaetud klaasist keeduklaas (maht: 200ml) täideti 100ml destilleeritud vee ja 2g punase kapsa tükkidega. Keeduklaas kaeti alumiiniumfooliumiga, et vältida lahusti (vee) kadu protsessi käigus aurustumisel. Kõikides katsetes hoiti keeduklaasi temperatuuri termostaadi kontrolleri abil. Lõpuks koguti proovid, filtreeriti ja tsentrifuugiti kiirusel 4000 pööret minutis ning antotsüaniini saagise määramiseks kasutati supernatante. Ekstraheerimine veevannis viidi läbi kontrollkatsena.
Punasest kapsast saadud antotsüaniini optimaalne saagis määrati võimsusel 100 W, ajal 30 min ja temperatuuril 15 °C, mille tulemusena oli antotsüaniini saagis umbes 21 mg/l.
Tänu oma värvimuutustele pH väärtuses ja intensiivsele värvusele on punase kapsa värvi kasutatud pH indikaatorina farmatseutilistes preparaatides või antioksüdantide ja värvainetena vastavalt toidusüsteemides.

Ultraheli intensiivistab antotsüaniinide ekstraheerimist taimsest materjalist märkimisväärselt.allikas: Ravanfar et al. 2015

 
Teised uuringud näitavad antotsüaniinide edukat ultraheli ekstraheerimist mustikatest, murakatest, viinamarjadest, kirssidest, maasikatest ja lilla maguskartulist.

Suure jõudlusega ultraheli ekstraktorid

Hielscher Ultrasonics on spetsialiseerunud suure jõudlusega ultraheli protsessorite tootmisele kvaliteetsete botaaniliste ekstraktide tootmiseks.
Hielscheri sonikaatorite lai portfell ulatub väikestest, võimsatest labori ultrasonikaatoritest kuni tugevate pink-top ja täielikult tööstuslike süsteemideni, mis pakuvad suure intensiivsusega ultraheli bioaktiivsete ainete tõhusaks ekstraheerimiseks ja isoleerimiseks (nt antotsüaniinid, Gingerol, Piperiin, Curcumin jne).
Kõik ultrasonikaatorid alates 200W kuni 16 000W neil on värviline puuteekraan digitaalseks juhtimiseks, integreeritud SD-kaart automaatseks andmete salvestamiseks, brauseri kaugjuhtimispult ja palju muid kasutajasõbralikke funktsioone. Sonotroode ja voolurakke (osad, mis puutuvad kokku söötmega) saab autoklaavida ja neid on lihtne puhastada.
Hielscheri sonikaatorid on väga vastupidavad ja ehitatud 24/7 tööks täiskoormusel, nõudes samal ajal madalat hooldust ning olles lihtne ja ohutu kasutada. Digitaalne värviline ekraan võimaldab ultrasonikaatori kasutajasõbralikku juhtimist.
Meie süsteemid on võimelised edastama madalast kuni väga kõrge amplituudini. Kannabinoidide ja terpeenide ekstraheerimiseks pakume spetsiaalseid ultraheli sonotroode (tuntud ka kui ultraheli sondid või sarved), mis on optimeeritud kvaliteetsete toimeainete mõistlikuks isoleerimiseks. Kõiki meie süsteeme saab kasutada kannabinoidide ekstraheerimiseks ja hilisemaks emulgeerimiseks. Hielscheri sonikaatorite töökindlus võimaldab pidevat tööd (24/7) raskeveokite ja nõudlikes keskkondades.

Ultraheli protsessi parameetrite täpne kontroll tagab reprodutseeritavuse ja protsessi standardimise.
 

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Kirjandus? Viited

• Chemat, Farid; Rombaut, Natacha; Sicaire, Anne-Gaëlle; Meullemiestre, Alice; Fabiano-Tixier, Anne-Sylvie; Abert-Vian, Maryline (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry 34 (2017) 540–560.
• Ravanfar, Raheleh; Tamadon, Ali Mohammad, Niakousari, Mehrdad (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of anthocyanins from red cabbage using Taguchi design method. J Food Sci Technol. 2015 Dec; 52(12): 8140–8147.
• Turrini, Federica; Boggia, Raffaella; Leardi, Riccardo; Borriello, Matilde; Zunin, Paola (2018): Optimization of the Ultrasonic-Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Oryza Sativa L. ‘Violet Nori’ and Determination of the Antioxidant Properties of its Caryopses and Leaves. Molecules 2018, 23, 844.

Faktid, mida tasub teada

Kuidas ultraheli abil ekstraheerimine toimib?

Intensiivsete ultrahelilainete rakendamine vedelale söötmele põhjustab kavitatsiooni. Nähtus Kavitatsioon viib lokaalselt äärmuslike temperatuuride, rõhkude, kütte-? jahutuskiiruste, rõhuerinevuste ja suurte nihkejõududeni keskkonnas. Kui kavitatsioonimullid implodeeruvad tahkete ainete (näiteks osakeste, taimerakkude, kudede jne) pinnale, tekitavad mikrojoad ja partikulaarne kokkupõrge selliseid mõjusid nagu pinna koorumine, erosioon ja osakeste lagunemine. Lisaks tekitab kavitatsioonimullide implosioon vedelas keskkonnas makroturbulentsi ja mikro-segamist.
Taimse materjali ultraheli kiiritamine killustab taimerakkude maatriksit ja suurendab sama hüdratatsiooni. Chemat jt (2015) järeldavad, et botaaniliste ühendite bioaktiivsete ühendite ultraheli ekstraheerimine on tingitud erinevatest sõltumatutest või kombineeritud mehhanismidest, sealhulgas killustumine, erosioon, kapillaarsus, detexturatsioon ja sonoporatsioon. Need mõjud häirivad rakuseina, parandavad massiülekannet, surudes lahustit rakku ja imedes fütoühendi laaditud lahusti välja, ning tagavad vedeliku liikumise mikrosegamise teel.

Ultraheli ekstraheerimine põhineb akustilisel kavitatsioonil ja selle hüdrodünaamilistel nihkejõududel

Taimse materjali ultraheli kiiritamine killustab taimerakkude maatriksit ja suurendab sama hüdratatsiooni. (2015) järeldab, et botaaniliste ühendite bioaktiivsete ühendite ultraheli ekstraheerimine on tingitud erinevatest sõltumatutest või kombineeritud mehhanismidest, sealhulgas killustumine, erosioon, kapillaarsus, detexturatsioon ja sonoporatsioon. Need mõjud häirivad rakuseina, parandavad massiülekannet, surudes lahustit rakku ja imedes fütoühendi laaditud lahusti välja, ning tagavad vedeliku liikumise mikrosegamise teel.
Ultraheli ekstraheerimine saavutab ühendite väga kiire isoleerimise – tavapäraste ekstraheerimismeetodite ületamine lühema protsessiaja, suurema saagise ja madalamatel temperatuuridel. Kerge mehaanilise ravina väldib ultraheli abil ekstraheerimine bioaktiivsete komponentide termilist lagunemist ja paistab silma võrreldes teiste tehnikatega, nagu tavapärane lahusti ekstraheerimine, hüdrodestilleerimine või Soxhleti ekstraheerimine, mis teadaolevalt hävitavad soojustundlikke molekule. Nende eeliste tõttu on ultraheli ekstraheerimine eelistatud meetod temperatuuritundlike bioaktiivsete ühendite vabastamiseks botaanilistest ainetest.

Ultraheli ekstraheerimine taimerakkudest: mikroskoopiline põiklõige (TS) näitab toimemehhanismi ultraheli ekstraheerimisel rakkudest (suurendus 2000x) [ressurss: Vilkhu et al. 2011]

antotsüaniin – Väärtuslik taimepigment

Antotsüaniinid on vakuolaarsed taimepigmendid, mis võivad tunduda punased, lillad, sinised või mustad. Vees lahustuvate antotsüaniinpigmentide värviekspressioon sõltub nende pH väärtusest. Antotsüaniine leidub raku vakuoolis, peamiselt lilledes ja puuviljades, aga ka lehtedes, vartes ja juurtes, kus neid leidub peamiselt välimistes rakukihtides, nagu epidermis ja perifeersed mesofüllirakud.
Kõige sagedamini esinevad looduses tsüanidiini, delfinidiini, malvidiini, pelargonidiini, peonidiini ja petunidiini glükosiidid.
Antotsüaniinide rikaste taimede silmapaistvate näidete hulka kuuluvad vaktsineerimisliigid, nagu mustikas, jõhvikas ja mustikas; Rubuse marjad, sealhulgas must vaarikas, punane vaarikas ja murakas; mustsõstar, kirss, baklažaan, must riis, ube, Okinawani maguskartul, Concord viinamari, muskaadiviinamari, punane kapsas ja violetsed kroonlehed. Punase viljalihaga virsikud ja õunad sisaldavad antotsüaniine. Antotsüaniine on vähem banaanis, sparglis, hernes, apteegitillis, pirnis ja kartulis ning need võivad teatud roheliste karusmarjade sortides täielikult puududa.

Peamiste antotsüaniinide struktuur

Antotsüaniinid on suurepärane alternatiiv sünteetiliste värvainete asendamiseks toiduainetes. Antotsüaniinid on heaks kiidetud kasutamiseks toiduvärvidena Euroopa Liidus, Austraalias ja Uus-Meremaal, millel on värvaine kood E163. Antotsüaniine leidub puu- ja köögiviljades ning neid võib kirjeldada kui vees lahustuvate taimepigmentide tüüpi. Keemiliselt on antotsüaniinid antotsüanidiinide glükosiidid, mis põhinevad 2-fenüülbensofürüüliumi (flavylium) struktuuril. Seal on rohkem kui 200 erinevat fütokemikaali, mis kuuluvad antotsüaniinide kategooriasse. Peamise värvipigmendina metsikutes puuviljades ja marjades on palju allikaid, millest saab antotsüaniine ekstraheerida. Antotsüaniinide silmapaistev allikas on viinamarjade nahk. Antotsüaniini pigmendid viinamarjade nahas koosnevad peamiselt di-glükosiididest, mono-glükosiidist, atsüülitud monoglükosiididest, samuti peonidiini, malvidiini, tsüanidiini, petunidiini ja delfinidiini atsüleeritud di-glükosiididest. Antotsüaniini sisaldus viinamarjades varieerub vahemikus 30-750mg/100g.
Kõige silmapaistvamad antotsüaniinid on tsüanidiin, delfinidiin, pelargonidiin, peonidiin, malvidiin ja petunidiin.
Näiteks antotsüaniinid peonidiin-3-caffeoyl-p-hüdroksübensoüül sophoroside-5-glükosiid, peonidiin-3-(6"-caffeoyl-6''-feruloyl sophoroside)-5-glükosiid ja tsüanidiin-3-caffeoyl-p-hüdroksübensoüül sophoroside-5-glükosiid leidub lilla maguskartulis.

antotsüaniinid – Kasu tervisele

Lisaks suurepärasele võimele toimida loodusliku toiduvärvina on antotsüaniinid kõrgelt hinnatud nende antioksüdatiivse toime tõttu. Seetõttu on antotsüaniinidel palju positiivseid tervisemõjusid. Uuringud on näidanud, et antotsüaniinid võivad pärssida DNA kahjustusi vähirakkudes, pärssida seedeensüüme, indutseerida insuliini tootmist isoleeritud pankrease rakkudes, vähendada põletikulisi reaktsioone, kaitsta vanusega seotud ajufunktsiooni languse eest, parandada kapillaarveresoonte tihedust ja vältida trombotsüütide agregatsiooni.