מיצוי אנתוציאנין קולי

אנתוציאנינים נמצאים בשימוש נרחב כצבע טבעי ותוסף תזונתי במוצרי מזון. מיצוי קולי הוא טכניקה יעילה ופשוטה מאוד להשגת אנתוציאנינים באיכות גבוהה. השימוש בסוניקטורים מסוג בדיקה מקדם שחרור של אנתוציאנינים באיכות גבוהה מצמחים וכתוצאה מכך יבולים גבוהים יותר ותהליך מהיר. יחד עם זאת, סוניקציה היא טכניקה קלה, ירוקה ויעילה לייצור תעשייתי של אנתוציאנינים באיכות מזון ותרופות.

אנתוציאנינים – כיצד לחלץ אנתוציאנינים באיכות גבוהה באמצעות סוניקטור

אנתוציאנינים נמצאים בשימוש נרחב כצבעי מאכל טבעיים בתעשיית המזון. יש להם ספקטרום רחב של גווני צבע, החל כתום דרך אדום, סגול וכחול, בהתאם למבנה המולקולרי וערך ה- pH. העניין באנתוציאנינים אינו מבוסס רק על אפקט הצביעה שלהם, אלא גם בשל תכונותיהם הבריאותיות. בשל חששות סביבתיים ובריאותיים גוברים בנוגע לצבעים סינתטיים, צבעים טבעיים הם חלופה מצוינת כצבע ידידותי לסביבה לתעשיית המזון והתרופות.

מיצוי אנתוציאנין משופר באולטרסאונד

כיצד לחלץ אנתוציאנינים עם אולטרסאונד? – מקרי בוחן

מיצוי אנתוציאנין קולי מאורז סגול Oryza Sativa L.

אורז סגול מהזן Oryza Sativa (הידוע גם בשם Violet Nori או אורז סגול) עשיר במיוחד בפנולים כגון קבוצת הפבונואידים של אנתוציאנינים. Turrini et al. (2018) השתמשו מיצוי קולי כדי לבודד פוליפנולים כגון אנתוציאנינים ונוגדי חמצון מן caryopsis (בצורה שלמה, חום, ו parboiled) ואת העלים של אורז סגול. מיצוי קולי בוצע באמצעות Hielscher UP200St (200 ואט, 26kHz, תמונה. משמאל) ואתנול 60% כממס.
על מנת לשמור על שלמות האנתוציאנין, התמציות העל-קוליות אוחסנו בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס, מה שאיפשר לאחסן אותן לפחות עד שלושה חודשים.
ציאנידין-3 גלוקוזיד (הידוע גם בשם כריסנטמין) היה ללא ספק האנתוציאנין העיקרי שזוהה בזנים 'ויולט נורי', 'ארטמיד' ו'נרונה' שנחקרו במחקר של טוריני ואחרים, בעוד שפאונידין-3-גלוקוזיד וציאנידין-3-רוטינוסיד (גם אנטירינין) נמצאו בכמויות נמוכות יותר.
העלים הסגולים של Oryza Sativa הם מקור מצוין לאנתוציאנינים ולתוכן פנולי כולל (TPC). עם כמות גבוהה פי 2-3 מאלו שבאורז ובקמח, עלי אוריזה מהווים חומר גלם זול להפקת אנתוציאנינים. יבול מוערך של כ-4 ק"ג אנתוציאנין/t עלים טריים גבוה משמעותית מזה של 1 ק"ג אורז אנתוציאנין/t, המחושב על בסיס כמויות האנתוציאנין הבינוניות שזוהו באורז 'ויולט נורי' (1300 מיקרוגרם/גרם אורז, כציאנידין-3-גלוקוזיד) לתפוקה של כ-68 ק"ג אורז מ-100 ק"ג אורז.

מיצוי אנתוציאנין קולי מכרוב אדום

Ravanfar et al. (2015) חקרו את היעילות של מיצוי קולי של אנתוציאנינים מכרוב אדום. ניסויי מיצוי קוליים בוצעו באמצעות מערכת קולית UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 קילוהרץ, 100 ואט). הסונוטרוד MS10 (קוטר קצה של 10 מ"מ) הוכנס למרכז זכוכית מבוקרת טמפרטורה.

חתיכות כרוב אדום שזה עתה נחתכו בממד 5 מ"מ (צורה מעוקבת) ותכולת לחות של 92.11 ± 0.45% שימשו לניסוי זה. זכוכית (נפח: 200 מ"ל) מולאו ב-100 מ"ל מים מזוקקים ו-2 גרם חתיכות כרוב אדום. הכד כוסה ברדיד אלומיניום כדי למנוע אובדן ממס (מים) על ידי אידוי במהלך התהליך. בכל הניסויים נשמרה הטמפרטורה בכד באמצעות בקר תרמוסטטי. לבסוף נאספו, סוננו וצנטריפוגות במהירות 4000 סל"ד ונעשה שימוש בסופרנאטנטים כדי לקבוע את תפוקת האנתוציאנין. מיצוי באמבט מים בוצע כניסוי בקרה.
התפוקה האופטימלית של אנתוציאנין מכרוב אדום נקבעה בעוצמה של 100 W, זמן של 30 דקות וטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס שהביאו לתפוקת אנתוציאנין של כ -21 מ"ג / ליטר.
בשל שינויי הצבע שלו בערך ה- pH והצביעה האינטנסיבית שלו, צבע כרוב אדום שימש כאינדיקטור pH בפורמולציות פרמצבטיות או כנוגדי חמצון וצבעים במערכות מזון, בהתאמה.

אולטרסאונד מגביר את מיצוי האנתוציאנינים מחומר צמחי באופן משמעותי.
מקור: Ravanfar et al. 2015

 
מחקרים אחרים הדגימו מיצוי קולי מוצלח של אנתוציאנינים מאוכמניות, פטל שחור, ענבים, דובדבנים, תותים ובטטה סגולה בין היתר.

קולטי אדים על-קוליים בעלי ביצועים גבוהים

Hielscher Ultrasonics מתמחה בייצור מעבדים קוליים בעלי ביצועים גבוהים לייצור תמציות באיכות גבוהה מן הצמחים.
הפורטפוליו הרחב של הסוניקטורים של Hielscher נע בין אולטרסאונד מעבדה קטן ורב עוצמה למערכות חזקות ותעשייתיות לחלוטין, המספקות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה למיצוי ובידוד יעילים של חומרים ביו-אקטיביים (למשל אנתוציאנינים, ג'ינג'רול, פיפרין, כורכומין וכו').
כל ultrasonicators מ 200 ואט ל 16,000 ואט כולל צג מגע צבעוני לשליטה דיגיטלית, כרטיס SD משולב להקלטת נתונים אוטומטית, שלט רחוק של הדפדפן ותכונות ידידותיות למשתמש רבות נוספות. הסונוטרודים ותאי הזרימה (החלקים, הנמצאים במגע עם המדיום) ניתנים לאוטוקלאבים וקלים לניקוי.
הסוניקטורים של Hielscher חזקים מאוד ובנויים לפעולה 24/7 תחת עומס מלא, תוך שהם דורשים תחזוקה נמוכה וקלים ובטוחים לתפעול. תצוגה צבעונית דיגיטלית מאפשרת שליטה ידידותית למשתמש של האולטרסוניקטור.
המערכות שלנו מסוגלות לספק משרעת נמוכה עד גבוהה מאוד. עבור מיצוי של קנבינואידים וטרפנים, אנו מציעים sonotrodes קולי מיוחד (הידוע גם בשם בדיקות קולי או קרניים) כי הם אופטימיזציה לבידוד הגיוני של חומרים פעילים באיכות גבוהה. כל המערכות שלנו יכולות לשמש למיצוי ולאחר מכן תחליב של קנבינואידים. החוסן של הסוניקטורים של Hielscher מאפשר פעולה רציפה (24/7) במשימות כבדות ובסביבות תובעניות.

השליטה המדויקת של פרמטרי התהליך העל-קולי מבטיחה יכולת שחזור וסטנדרטיזציה של תהליכים.
 

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:

ספרות / מקורות

• 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.

עובדות שכדאי לדעת

כיצד פועלת שאיבה בעזרת אולטרסאונד?

היישום של גלי אולטרסאונד אינטנסיביים על מדיום נוזלי גורם לקוויטציה. תופעת קוויטציה מוביל מקומית לטמפרטורות קיצוניות, לחצים, קצבי חימום/קירור, הפרשי לחצים וכוחות גזירה גבוהים בתווך. כאשר בועות קוויטציה מתפוצצות על פני השטח של מוצקים (כגון חלקיקים, תאי צמחים, רקמות וכו'), מיקרו-סילונים והתנגשות בין-חלקיקית יוצרים השפעות כגון קילוף פני השטח, שחיקה ופירוק חלקיקים. בנוסף, קריסת בועות קוויטציה במדיה נוזלית יוצרת מערבולות מאקרו ומיקרו-ערבוב.
הקרעה קולית של חומר צמחי שובר את המטריצה של תאי הצמח ומשפר את הידרציה של אותו. Chemat et al (2015) מסיקים כי מיצוי קולי של תרכובות ביו-אקטיביות מצמחים הוא תוצאה של מנגנונים עצמאיים או משולבים שונים, כולל פיצול, שחיקה, נימיות, detexturation, ו sonoporation. השפעות אלה משבשות את דופן התא, משפרות את העברת המסה על ידי דחיפת ממס לתוך התא ושאיבת ממס טעון תרכובת פיטו החוצה, ומבטיחות תנועת נוזלים על ידי מיקרו-ערבוב.

מיצוי אולטראסוני מבוסס על קוויטציה אקוסטית וכוחות הגזירה ההידרודינמיים שלה

הקרעה קולית של חומר צמחי שובר את המטריצה של תאי הצמח ומשפר את הידרציה של אותו. Chemat et al. (2015) מסיקים כי מיצוי קולי של תרכובות ביו-אקטיביות מצמחים הוא תוצאה של מנגנונים עצמאיים או משולבים שונים, כולל פיצול, שחיקה, נימיות, detexturation, ו sonoporation. השפעות אלה משבשות את דופן התא, משפרות את העברת המסה על ידי דחיפת ממס לתוך התא ושאיבת ממס טעון תרכובת פיטו החוצה, ומבטיחות תנועת נוזלים על ידי מיקרו-ערבוב.
מיצוי על-קולי משיג בידוד מהיר מאוד של תרכובות – ועולה בביצועיו על שיטות מיצוי קונבנציונליות בזמן תהליך קצר יותר, תפוקה גבוהה יותר ובטמפרטורות נמוכות יותר. כטיפול מכני מתון, מיצוי בעזרת אולטרסאונד מונע פירוק תרמי של רכיבים ביו-אקטיביים ומצטיין בהשוואה לטכניקות אחרות כגון מיצוי ממס קונבנציונלי, זיקוק הידרודיסטיקציה או מיצוי סוקסלט, הידועות כהשמדת מולקולות רגישות לחום. בשל יתרונות אלה, מיצוי קולי הוא הטכניקה המועדפת לשחרור תרכובות ביו-אקטיביות רגישות לטמפרטורה מצמחים צמחיים.

מיצוי קולי מתאי צמחים: החלק הרוחבי המיקרוסקופי (TS) מראה את מנגנון הפעולות במהלך מיצוי קולי מתאים (הגדלה 2000x) [משאב: Vilkhu et al. 2011]

אנתוציאנין – פיגמנט צמח יקר ערך

אנתוציאנינים הם פיגמנטים צמחיים ריקניים, שיכולים להופיע אדומים, סגולים, כחולים או שחורים. ביטוי הצבע של פיגמנטי האנתוציאנין המסיסים במים תלוי בערך ה- pH שלהם. אנתוציאנינים נמצאים בחלל התא, בעיקר בפרחים ובפירות, אך גם בעלים, גבעולים ושורשים, שם הם נמצאים בעיקר בשכבות תאים חיצוניות כגון האפידרמיס ותאי מזופיל היקפיים.
הנפוצים ביותר בטבע הם הגליקוזידים של ציאנידין, דלפינידין, מלווידין, פלרגונדין, פיונידין ופטונידין.
דוגמאות בולטות לצמחים עשירים באנתוציאנינים כוללות מיני חיסונים, כגון אוכמניות, חמוציות ואוכמניות; פירות יער רובוס, כולל פטל שחור, פטל אדום ופטל שחור; דומדמניות שחורות, דובדבן, חצילים, אורז שחור, אובה, בטטה אוקינאווה, ענבי קונקורד, ענבי מוסקדין, כרוב אדום ועלי כותרת סגולים. אפרסקים ותפוחים אדומים מכילים אנתוציאנינים. אנתוציאנינים נפוצים פחות בבננה, אספרגוס, אפונה, שומר, אגס ותפוח אדמה, ועשויים להיעלם לחלוטין בזנים מסוימים של דומדמניות ירוקות.

מבנה האנתוציאנינים העיקריים

אנתוציאנינים הם חלופה מצוינת להחליף חומרי צביעה סינתטיים במוצרי מזון. אנתוציאנינים מאושרים לשימוש כצבעי מאכל באיחוד האירופי, אוסטרליה וניו זילנד, עם קוד צבע E163. אנתוציאנינים נמצאים בפירות וירקות וניתן לתאר אותם כסוג של פיגמנטים צמחיים מסיסים במים. מבחינה כימית, אנתוציאנינים הם גליקוזידים של אנתוציאנידינים המבוססים על מבנה 2-פנילבנזופירליום (פלביליום). ישנם יותר מ -200 פיטוכימיקלים שונים אשר נופלים לקטגוריה של אנתוציאנינים. כפיגמנט צבע עיקרי בפירות בר ופירות יער, ישנם מקורות רבים מהם ניתן להפיק אנתוציאנינים. מקור בולט לאנתוציאנינים הוא קליפת ענבים. פיגמנטים אנתוציאנין בקליפת ענבים מורכבים בעיקר di-glucosides, mono-glucoside, monoglucosides acylated, כמו גם di-glucosides acylated של peonidin, malvidin, cyanidin, petunidin ו delphinidin. תכולת האנתוציאנין בענבים נעה בין 30-750 מ"ג/100 גרם.
האנתוציאנינים הבולטים ביותר הם ציאנידין, דלפינידין, פלרגונידין, פיונידין, מלווידין ופטונידין.
לדוגמה, אנתוציאנינים peonidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6"-caffeoyl-6'''-feruloyl sophoroside)-5-glucoside, ו cyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside נמצאים בטטות סגולות.

אנתוציאנינים – יתרונות בריאותיים

מלבד היכולת הגדולה שלהם לתפקד כצבע מאכל טבעי, אנתוציאנינים מוערכים מאוד בזכות ההשפעות נוגדות החמצון שלהם. לכן, אנתוציאנינים מראים השפעות בריאותיות חיוביות רבות. מחקרים הראו כי אנתוציאנינים יכולים לעכב נזק לדנ"א בתאים סרטניים, לעכב אנזימי עיכול, לגרום לייצור אינסולין בתאי לבלב מבודדים, להפחית תגובות דלקתיות, להגן מפני ירידה הקשורה לגיל בתפקוד המוח, לשפר את הלחץ של כלי דם נימיים ולמנוע הצטברות טרומבוציטים.