Piperiini ultraheliekstraktsioon pipardest

• Piperiin on bioaktiivne aine, mida leidub pipraterades ja mida hinnatakse selle farmakoloogiliste omaduste tõttu.
• Ultraheli on tõhus, lihtne ja kiire ekstraktsioonitehnika kvaliteetse piperiini isoleerimiseks.
• Ultraheliekstraktsioon on usaldusväärne ja end tõestanud meetod, mida juba laialdaselt kasutatakse farmaatsia- ja toiduainetööstuses.

Piperiini ekstraktsioon kõrgjõudlusega ultraheli abil

Piperiin on hinnatud bioaktiivne ühend, mis on tuntud oma potentsiaali poolest suurendada kurkumiini, seleeni, B12-vitamiini, beetakaroteeni ja teiste ühendite imendumist. Seetõttu tunneb farmaatsia- ja toitumistööstus suurt huvi kvaliteetse piperiini kiire ja lihtsa ekstraktsiooni vastu.
Tavapärane piperiini ja piperidiini ekstraktsioon toimub aeganõudva lahustiekstraktsiooni teel, kasutades mürgist DMC-d (diklorometaan). Ultraheliekstraktsioon ületab tavapärast lahustiekstraktsiooni suurema saagise, mittetoksiliste lahustite (nt etanool) kasutamise ja kiire ekstraktsiooniprotsessi poolest. Kõrgjõudlusega ultraheli tekitab vedelikes kavitatsiooni. Akustiline ehk ultraheli kavitatsioon tekitab lokaalselt äärmuslikke tingimusi, nagu ülikõrged temperatuuri- ja rõhuerinevused, vedelikujoad ja nihkejõud. Need ultraheli jõud lõhuvad rakuseinu ja suurendavad massiülekannet raku sisemuse ja ümbritseva lahusti vahel, nii et bioaktiivsed ained vabanevad. Ultraheliekstraktsioon on end tõestanud tehnika sihtühendite, näiteks piperiini isoleerimiseks jahvatatud pipardest (piper nigrum, piper longum).

Optimaalsed ekstraktsioonitingimused ultraheli töötluse korral

Üks ultraheliisolatsiooni olulisemaid eeliseid on kõigi protsessiparameetrite täpne kontroll. Ultraheli intensiivsust (amplituud, võimsus, töötsükkel), ekstraktsiooniaega, lahustit, tahke aine ja lahusti suhet ning temperatuuri saab häälestada optimaalsetele tingimustele, et saada kvaliteetse piperiini suurim saagis.

Näidisprotokoll piperiini ultraheliekstraktsiooniks

Väikesemahulises keeduklaasikatses saadakse piperiini maksimaalne saagis (5,8 mg/g), kui lähtematerjaliks on jahvatatud Piper longum ja kasutatakse optimeeritud ultraheliekstraktsiooni tingimusi, mis on leitud olevat järgmised:
Sonikaator UP200St või UP200Ht (200W, 26kHz)
ultraheli parameetrid: 100% amplituud, 80% töötsükkel
sonikeerimise aeg: ca 18 min.
lahusti: etanool
tahke aine ja lahusti suhe: 1:10
temperatuur: 50°C

Suurepärased tulemused

Ultraheliekstraktsioonil on olulisi eeliseid traditsiooniliste partii- ja lahustiekstraktsioonide ees. Rathod (2014) näitab, et ekstraktsiooniaega lühendatakse 8 tunnist partii-lahustiekstraktsioonist ja 4 tunnist Soxhleti ekstraktsioonist 18 minutini ultraheliekstraktsioonil. Lisaks annab ultraheliekstraktsioon piperiini suurema saagise. Soxhleti ekstraktsiooni ja partiiekstraktsiooni meetoditega saadud piperiini saagiseks leiti vastavalt 1,67 mg/g ja 0,98 mg/g, mis olid palju madalamad kui ultraheli abil saadud saagis 5,8mg/g. Rathod (2014) järeldab, et looduslike fütokomponentide, näiteks piperiini, ultrahelitoega ekstraktsioon leevendab traditsiooniliste meetoditega võrreldes madala ekstraheeritavuse ja pikkade ekstraktsiooniaegade probleemi.

Ultraheli kasutatakse edukalt ka eeterlike õlide ekstraktsiooniks mustast piprast. Klõpsake siia, et saada rohkem teavet eeterlike õlide ultraheli-hüdrodestillatsiooni kohta!

Leidke parim sonikaator piperiini ekstraktsiooniks

Hielscher Ultrasonics on pikaajalise kogemusega kõrgjõudlusega ultraheliekstraktsioonisüsteemide tootja. Meie tootevalik ulatub väikestest, võimsatest laboriultrahelisonikaatoritest kuni töökindlate laua- ja tööstussüsteemideni, mis annavad suure intensiivsusega ultraheli bioaktiivsete ainete tõhusaks ekstraheerimiseks ja isoleerimiseks (nt piperiin, kurkumiin jne).
Kõik ultraheliseadmed võimsusega 200W kuni 16 000W on varustatud digitaalseks juhtimiseks mõeldud värvilise ekraaniga, automaatseks andmete salvestamiseks mõeldud integreeritud SD-kaardiga, brauseri kaudu toimiva kaugjuhtimisega ja paljude muude kasutajasõbralike funktsioonidega. Sonotroode ja läbivoolukambreid (osi, mis puutuvad kokku töödeldava söötmega) saab autoklaavida ning neid on lihtne puhastada.
Kõik meie ultraheliseadmed on ette nähtud 24/7 tööks, vajavad vähe hooldust ning neid on lihtne ja ohutu kasutada.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Kirjandus/viited

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Rohelise pipra (Piper nigrum) antioksüdant ja glükatsioonivastane potentsiaal: β-tsüklodekstriinipõhise ekstraheerimise optimeerimine reaktsioonipinna metoodika abil. Food Chemistry, köide 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ioonne vedelikul põhinev ultraheli abil piperiini ekstraheerimine valgest piprast. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Piperiini ekstraheerimine Piper longumist ultraheli abil. Industrial Crops and Products, köide 58, 2014. 259-264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimeerige jujube (Ziziphus Jujube) fenoolsete ühendite ekstraheerimist, kasutades ultraheli abil ekstraheerimise meetodit.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Banaani (Musa Sapientum L) õie valkude ekstraheerimine ja iseloomustamine ning antimikroobse toime hindamine. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Epigallokatekiingallaadi ekstraheerimisparameetrite optimeerimine tavapärase kuuma vee ja ultraheli abil rohelise tee meetodite abil. Toidu ja biotoodete töötlemine 111 (2018). 37–44.

Teadmist väärt fakte

Ultraheliekstraktsioon

Bioaktiivsete ainete ultraheliekstraktsioon taimsest toormest põhineb akustilisel kavitatsioonil. Akustiline kavitatsioon tekib, kui väga intensiivsed ultrahelilained (nt kõrged amplituudid 100µm, mis tekitatakse 20–26kHz ultraheliga) juhitakse vedelikku. Kavitatsioonilised nihkejõud perforeerivad ja rebestavad taimse materjali rakuseinu ning suruvad ja tõmbavad ümbritsevat lahustit rakusisemusse ja sealt välja. Pärast ekstraktsiooniprotsessi sisaldab lahusti sihtmolekule, mida saab seejärel eraldada (nt tsentrifuugimisega). Ultraheliekstraktsioon on hästi tuntud selle poolest, et annab kõrge saagise terviklikke fütoekstrakte.

Ultraheliekstraktsioon rakkudest: piparmündi (Mentha piperita) tipmise varre mikroskoopiline ristlõige (TS) näitab ultraheliekstraktsiooni toimemehhanismi rakkudest (suurendus 2000x) [allikas: Vilkhu et al. 2011]

Piperiin

Piperiin (1-piperyol-piperidine) on pipra (piper nigrum / piper longum, Piperaceae) peamine kirbe ühend. Pipra maitse, kirbus ja seega ka kvaliteet korreleeruvad piperiini sisaldusega. Seda kvaliteediomadust saab muuta piperiini hüdrolüüsimisega, nii et piperidiinitsükkel lõhustatakse.
Piperiin on tuntud mitmesuguste farmakoloogiliste toimete poolest, nt seenevastane, kõhulahtisusevastane ja põletikuvastane toime ning 5-lipoksügenaasi ja tsüklooksügenaas-1 inhibeeriv toime. Lisaks suurendab piperiin kurkumiini biosaadavust 2000% võrra. Seetõttu on piperiin populaarne aine, mida kasutatakse toidulisandite koostistes (nt BioPerine®).
Piperiini saab ekstraheerida liikidest Piper nigrum ja Piper longum.
Piperidiin on tsükliline sekundaarne amiin, mis on molekulaarstruktuur, mida leidub paljudes taimsetes alkaloidides. Piperidiin tekib piperiini hüdrolüüsil. Piperidiin ja selle derivaadid on farmaatsiatoodete ja peenkemikaalide sünteesis laialt levinud ehituskivid.

Pipar

Piper nigrum, must pipar, on õistaimede hulka kuuluv liaan sugukonnast Piperaceae. Seda kasvatatakse pipraterade ehk viljade pärast, mis tavaliselt kuivatatakse ja mida kasutatakse vürtsi ja maitseainena. Must, roheline ja valge pipar saadakse kõik mustast piprataimest. Erinevad värvid tulenevad pipraterade töötlemisest ja ettevalmistusest. Mustad piprateradid saadakse ebaküpsete luuviljade keetmisel kuumas vees ning nende järgneval kuivatamisel. Valget pipart koristatakse täiesti küpsete marjadena; seejärel eemaldatakse küpse vilja tume koorekiht (leotamine). Rohelised piprateradid valmistatakse ebaküpsetest luuviljadest, töödeldes neid vääveldioksiidiga, konserveerides või külmkuivatades, et säilitada nende rohelised värvained.

Piper longum Linn, tuntud ka kui India pikk pipar (pipli), on liigi Piper nigrum lähisugulane ning selle maitse on sarnane, kuid teravam kui liigil Piper nigrum.
Liigi Piper longum viljad sisaldavad ligikaudu 1% lenduvaid õlisid, vaiku, alkaloide piperiini ja piperlonguminiini, vahataolist alkaloidi Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide ja terpenoidset ainet. Piperidiinalkaloid piperiin vastutab pipramarjade vürtsika, terava maitse eest. Piperlonguminiin on farmakoloogiliselt aktiivne aine, mis näitab aktiivsust paljude vähivormide vastu, sealhulgas eesnäärme-, rinna-, kopsu-, jämesoole-, lümfoom-, leukeemia-, primaarsete ajukasvajate ja maovähi vastu.
Lisaks võib pipramarjades leida järgmisi koguseid mineraale: 1230mg/100g kaltsiumi, 190mg/100g fosforit ja 62,1mg/100g rauda. Juured sisaldavad piperiini, piperlonguminiini ehk piplartiini ja dihüdrostigmasterooli.