अल्ट्रासोनिक एंथोसायनिन निष्कर्षण

खाद्य उत्पादों में एंथोसायनिन का व्यापक रूप से प्राकृतिक रंगकारक और पोषण संबंधी योजक के रूप में उपयोग किया जाता है। उच्च गुणवत्ता वाले एंथोसायनिन प्राप्त करने के लिए अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण एक अत्यंत कुशल और सरल तकनीक है। प्रोब प्रकार के सोनिकेटरों का उपयोग पौधों से उच्च गुणवत्ता वाले एंथोसायनिन की मुक्ति को बढ़ावा देता है, जिससे अधिक उपज मिलती है और प्रक्रिया तेज़ होती है। साथ ही, खाद्य और औषधीय ग्रेड के एंथोसायनिन के औद्योगिक उत्पादन के लिए सोनिकेशन एक सौम्य, हरित और कुशल तकनीक है।

एंथोसायनिन – सोनिकेटर का उपयोग करके उच्च गुणवत्ता वाले एंथोसायनिन कैसे निकालें

खाद्य उद्योग में एंथोसायनिन का व्यापक रूप से प्राकृतिक रंगकारकों के रूप में उपयोग किया जाता है। आणविक संरचना और pH मान के आधार पर इनके रंगों का व्यापक वर्णक्रम नारंगी से लाल होते हुए बैंगनी और नीले तक होता है। एंथोसायनिन में रुचि केवल उनके रंग प्रदान करने वाले प्रभाव पर ही आधारित नहीं है, बल्कि उनके स्वास्थ्य के लिए लाभकारी गुणों के कारण भी है। संश्लेषित रंगों को लेकर पर्यावरण और स्वास्थ्य संबंधी बढ़ती चिंताओं के कारण, खाद्य और औषधि उद्योग के लिए पर्यावरण के अनुकूल रंगकारकों के रूप में प्राकृतिक रंग एक उत्कृष्ट विकल्प हैं।

अल्ट्रासोनिक तकनीक से बेहतर एंथोसायनिन निष्कर्षण

अल्ट्रासाउंड से एंथोसायनिन कैसे निकालें? – केस अध्ययन

बैंगनी चावल Oryza Sativa L. से अल्ट्रासोनिक एंथोसायनिन निष्कर्षण

Oryza Sativa प्रभेद के बैंगनी चावल (जिसे Violet Nori या वायलेट चावल भी कहा जाता है) में एंथोसायनिन के फ्लेवोनॉइड समूह जैसे फीनॉलिक यौगिक असाधारण रूप से प्रचुर मात्रा में होते हैं। Turrini et al. (2018) ने बैंगनी चावल के कैरियोप्सिस (साबुत, भूरे और उसना रूप में) और पत्तियों से एंथोसायनिन और एंटीऑक्सीडेंट जैसे पॉलीफीनॉलिक यौगिकों को अलग करने के लिए अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण का उपयोग किया। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के लिए Hielscher UP200St (200W, 26kHz, बाईं ओर चित्र) और विलायक के रूप में एथेनॉल 60% का उपयोग किया गया।
एंथोसायनिन की अखंडता बनाए रखने के लिए अल्ट्रासोनिक अर्कों को −20°C पर संग्रहित किया गया, जिससे उन्हें कम से कम अधिकतम तीन महीने तक संग्रहित करना संभव हुआ।
Turrini et al. के अध्ययन में जाँची गई ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ और ‘Nerone’ किस्मों में Cyanidin-3 glucoside (जिसे chrysanthemin भी कहा जाता है) अन्य की तुलना में कहीं अधिक मात्रा में पाया गया प्रमुख एंथोसायनिन था, जबकि peonidin-3-glucoside और cyanidin-3-rutinoside (जिसे antirrhinin भी कहा जाता है) कम मात्रा में पाए गए।
Oryza Sativa की बैंगनी पत्तियाँ एंथोसायनिन और कुल फीनॉलिक सामग्री (TPC) का उत्कृष्ट स्रोत हैं। चावल और आटे की तुलना में लगभग 2–3 गुना अधिक मात्रा होने के कारण, Oryza की पत्तियाँ एंथोसायनिन के निष्कर्षण के लिए एक सस्ता कच्चा माल हैं। लगभग 4 kg एंथोसायनिन/t ताज़ी पत्तियों की अनुमानित उपज, 1 kg एंथोसायनिन/t चावल की उपज से काफ़ी अधिक है। चावल की इस उपज की गणना 100 kg धान से लगभग 68 kg चावल की उपज के लिए ‘Violet Nori’ चावल में पाई गई एंथोसायनिन की औसत मात्रा (1300 µg/g चावल, cyanidin-3-glucoside के रूप में) के आधार पर की गई है।

लाल पत्तागोभी से अल्ट्रासोनिक एंथोसायनिन निष्कर्षण

Ravanfar et al. (2015) ने लाल पत्तागोभी से एंथोसायनिन के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण की दक्षता की जाँच की है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण प्रयोगों में अल्ट्रासोनिक प्रणाली UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W) का उपयोग किया गया। सोनोट्रोड MS10 (सिरे का व्यास 10mm) को तापमान नियंत्रित जैकेटयुक्त काँच के बीकर के केंद्र में डाला गया।

इस प्रयोग में लाल पत्तागोभी के ताज़ा कटे हुए 5mm आकार के टुकड़ों (घनाकार) का उपयोग किया गया, जिनकी नमी की मात्रा 92.11 ± 0.45 % थी। एक जैकेटयुक्त काँच के बीकर (आयतन: 200ml) में 100ml आसुत जल और लाल पत्तागोभी के 2g टुकड़े भरे गए। प्रक्रिया के दौरान वाष्पीकरण से विलायक (पानी) की हानि रोकने के लिए बीकर को एल्युमिनियम फॉइल से ढका गया। सभी प्रयोगों में थर्मोस्टैटिक नियंत्रक का उपयोग करके बीकर का तापमान बनाए रखा गया। अंत में नमूने एकत्र किए गए, छाने गए और 4000rpm पर अपकेंद्रित किए गए तथा एंथोसायनिन की प्राप्ति निर्धारित करने के लिए अधिप्लावी द्रवों का उपयोग किया गया। नियंत्रण प्रयोग के रूप में जल स्नान में निष्कर्षण किया गया।
लाल पत्तागोभी से एंथोसायनिन की इष्टतम प्राप्ति 100 W की शक्ति, 30 min के समय और 15°C के तापमान पर निर्धारित की गई, जिससे लगभग 21 mg/L एंथोसायनिन प्राप्त हुआ।
pH मान के अनुसार रंग बदलने और गहरा रंग देने के कारण, लाल पत्तागोभी के रंजक का उपयोग क्रमशः औषधीय फ़ॉर्मूलेशनों में pH संकेतक के रूप में या खाद्य प्रणालियों में एंटीऑक्सीडेंट और रंगकारक के रूप में किया गया है।

अल्ट्रासोनिक्स पादप सामग्री से एंथोसायनिन के निष्कर्षण को उल्लेखनीय रूप से तीव्र करता है।
स्रोत: Ravanfar et al. 2015

 
अन्य अध्ययन ब्लूबेरी, ब्लैकबेरी, अंगूर, चेरी, स्ट्रॉबेरी और बैंगनी शकरकंद सहित अन्य स्रोतों से एंथोसायनिन के सफल अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण को दर्शाते हैं।

उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक निष्कर्षक

Hielscher Ultrasonics पादप सामग्रियों से उच्च गुणवत्ता वाले अर्क के उत्पादन के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बनाने में विशेषज्ञ है।
Hielscher सोनिकेटरों की विस्तृत उत्पाद शृंखला में छोटे, शक्तिशाली प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिकेटरों से लेकर मज़बूत बेंच-टॉप और पूरी तरह औद्योगिक प्रणालियाँ शामिल हैं, जो जैवसक्रिय पदार्थों (जैसे एंथोसायनिन, जिंजरॉल, पाइपरीन, करक्यूमिन आदि) के कुशल निष्कर्षण और पृथक्करण के लिए उच्च तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड प्रदान करती हैं।
200W से 16,000W तक के सभी अल्ट्रासोनिकेटरों में डिजिटल नियंत्रण के लिए रंगीन टच-डिस्प्ले, स्वचालित डेटा रिकॉर्डिंग के लिए एकीकृत SD कार्ड, ब्राउज़र से रिमोट नियंत्रण और कई अन्य उपयोगकर्ता-अनुकूल सुविधाएँ होती हैं। सोनोट्रोड और प्रवाह सेल (वे भाग जो माध्यम के संपर्क में आते हैं) को ऑटोक्लेव किया जा सकता है और इन्हें साफ़ करना आसान है।
Hielscher सोनिकेटर बहुत मज़बूत हैं और पूर्ण भार पर 24/7 संचालन के लिए बनाए गए हैं। साथ ही, इन्हें कम रखरखाव की आवश्यकता होती है और इनका संचालन आसान तथा सुरक्षित है। डिजिटल रंगीन डिस्प्ले अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोगकर्ता-अनुकूल नियंत्रण संभव बनाता है।
हमारी प्रणालियाँ कम से लेकर बहुत अधिक तक के आयाम प्रदान करने में सक्षम हैं। कैनाबिनॉइड और टर्पीन के निष्कर्षण के लिए हम विशेष अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड (जिन्हें अल्ट्रासोनिक प्रोब या हॉर्न भी कहा जाता है) उपलब्ध कराते हैं, जिन्हें उच्च गुणवत्ता वाले सक्रिय पदार्थों के सौम्य पृथक्करण के लिए अनुकूलित किया गया है। हमारी सभी प्रणालियों का उपयोग कैनाबिनॉइड के निष्कर्षण और उसके बाद उनके पायसीकरण के लिए किया जा सकता है। Hielscher सोनिकेटरों की मज़बूती भारी कार्यभार और चुनौतीपूर्ण परिवेश में निरंतर संचालन (24/7) संभव बनाती है।

अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया के मापदंडों का सटीक नियंत्रण पुनरुत्पादकता और प्रक्रिया का मानकीकरण सुनिश्चित करता है।
 

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

साहित्य / संदर्भ

• 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.

जानने योग्य तथ्य

अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण कैसे काम करता है?

द्रव माध्यम पर तीव्र अल्ट्रासाउंड तरंगें लागू करने से कैविटेशन की परिघटना उत्पन्न होती है। कैविटेशन स्थानीय स्तर पर माध्यम में अत्यधिक तापमान, दबाव, तापन/शीतलन दरें, दबावांतर और उच्च अपरूपण बल उत्पन्न करती है। जब कैविटेशन बुलबुले ठोस पदार्थों (जैसे कणों, पादप कोशिकाओं, ऊतकों आदि) की सतह पर अंतःस्फोट करते हैं, तो सूक्ष्म जेट और कणों के बीच टक्कर से सतह की परत उतरने, अपरदन और कणों के टूटने जैसे प्रभाव उत्पन्न होते हैं। इसके अतिरिक्त, तरल माध्यम में कैविटेशन बुलबुलों का अंतःस्फोट स्थूल विक्षोभ और सूक्ष्म मिश्रण उत्पन्न करता है।
पादप सामग्री पर अल्ट्रासोनिक विकिरण पादप कोशिकाओं के मैट्रिक्स को खंडित करता है और उनके जलयोजन को बढ़ाता है। Chemat et al (2015) का निष्कर्ष है कि पादप सामग्री से जैवसक्रिय यौगिकों का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण विभिन्न स्वतंत्र या संयुक्त क्रियाविधियों का परिणाम है, जिनमें खंडन, अपरदन, केशिकत्व, संरचनात्मक विघटन और सोनोपोरेशन शामिल हैं। ये प्रभाव कोशिका भित्ति को विघटित करते हैं, विलायक को कोशिका के भीतर धकेलकर और पादप यौगिकों से युक्त विलायक को बाहर खींचकर द्रव्यमान स्थानांतरण में सुधार करते हैं तथा सूक्ष्म मिश्रण द्वारा तरल की गति सुनिश्चित करते हैं।

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण ध्वनिक कैविटेशन और उसके द्रवगतिकीय अपरूपण बलों पर आधारित है

पादप सामग्री पर अल्ट्रासोनिक विकिरण पादप कोशिकाओं के मैट्रिक्स को खंडित करता है और उनके जलयोजन को बढ़ाता है। Chemat et al. (2015) का निष्कर्ष है कि पादप सामग्री से जैवसक्रिय यौगिकों का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण विभिन्न स्वतंत्र या संयुक्त क्रियाविधियों का परिणाम है, जिनमें खंडन, अपरदन, केशिकत्व, संरचनात्मक विघटन और सोनोपोरेशन शामिल हैं। ये प्रभाव कोशिका भित्ति को विघटित करते हैं, विलायक को कोशिका के भीतर धकेलकर और पादप यौगिकों से युक्त विलायक को बाहर खींचकर द्रव्यमान स्थानांतरण में सुधार करते हैं तथा सूक्ष्म मिश्रण द्वारा तरल की गति सुनिश्चित करते हैं।
अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण यौगिकों का अत्यंत तीव्र पृथक्करण करता है – यह कम प्रसंस्करण समय, अधिक उपज और कम तापमान पर निष्कर्षण के मामले में पारंपरिक निष्कर्षण विधियों से बेहतर प्रदर्शन करता है। एक सौम्य यांत्रिक उपचार के रूप में, अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण जैवसक्रिय घटकों के ऊष्मीय अपघटन से बचाता है और पारंपरिक विलायक निष्कर्षण, जल-आसवन या Soxhlet निष्कर्षण जैसी अन्य तकनीकों की तुलना में बेहतर प्रदर्शन करता है, जो ऊष्मा-संवेदनशील अणुओं को नष्ट करने के लिए जानी जाती हैं। इन लाभों के कारण, पादप सामग्री से तापमान-संवेदनशील जैवसक्रिय यौगिकों को मुक्त करने के लिए अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण पसंदीदा तकनीक है।

पादप कोशिकाओं से अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण: सूक्ष्मदर्शीय अनुप्रस्थ काट (TS) कोशिकाओं से अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के दौरान होने वाली क्रियाओं की क्रियाविधि दर्शाता है (आवर्धन 2000x) [स्रोत: Vilkhu et al. 2011]

एंथोसायनिन – एक मूल्यवान पादप वर्णक

एंथोसायनिन रिक्तिकाओं में पाए जाने वाले पादप वर्णक हैं, जो लाल, बैंगनी, नीले या काले दिखाई दे सकते हैं। जल में घुलनशील एंथोसायनिन वर्णकों का रंग उनके pH मान पर निर्भर करता है। एंथोसायनिन कोशिका की रिक्तिका में पाए जाते हैं, मुख्यतः फूलों और फलों में, लेकिन पत्तियों, तनों और जड़ों में भी पाए जाते हैं, जहाँ वे अधिकतर बाहरी कोशिका परतों, जैसे एपिडर्मिस और परिधीय पर्णमध्योतक कोशिकाओं में पाए जाते हैं।
प्रकृति में सबसे अधिक पाए जाने वाले ग्लाइकोसाइड सायनिडिन, डेल्फिनिडिन, माल्विडिन, पेलार्गोनिडिन, पियोनिडिन और पेटुनिडिन के होते हैं।
एंथोसायनिन से भरपूर पौधों के प्रमुख उदाहरणों में vaccinium प्रजातियाँ, जैसे ब्लूबेरी, क्रैनबेरी और बिलबेरी; Rubus की बेरियाँ, जिनमें काली रास्पबेरी, लाल रास्पबेरी और ब्लैकबेरी शामिल हैं; ब्लैककरंट, चेरी, बैंगन, काला चावल, उबे, ओकिनावन शकरकंद, कॉनकॉर्ड अंगूर, मस्कडाइन अंगूर, लाल पत्तागोभी और बनफशा की पंखुड़ियाँ शामिल हैं। लाल गूदे वाले आड़ू और सेब में एंथोसायनिन होते हैं। केले, शतावरी, मटर, सौंफ, नाशपाती और आलू में एंथोसायनिन कम मात्रा में पाए जाते हैं, और हरे गूजबेरी की कुछ किस्मों में ये पूरी तरह अनुपस्थित हो सकते हैं।

मुख्य एंथोसायनिनों की संरचना

खाद्य उत्पादों में कृत्रिम रंगकारकों की जगह लेने के लिए एंथोसायनिन एक बेहतरीन विकल्प हैं। यूरोपीय संघ, ऑस्ट्रेलिया और न्यूज़ीलैंड में एंथोसायनिन को खाद्य रंगकारकों के रूप में उपयोग करने की स्वीकृति प्राप्त है और इनका रंगकारक कोड E163 है। एंथोसायनिन फलों और सब्ज़ियों में पाए जाते हैं और इन्हें जल में घुलनशील पादप वर्णकों का एक प्रकार कहा जा सकता है। रासायनिक रूप से, एंथोसायनिन 2-phenylbenzophyrylium (flavylium) संरचना पर आधारित एंथोसायनिडिन के ग्लाइकोसाइड हैं। 200 से अधिक अलग-अलग पादप रसायन एंथोसायनिन की श्रेणी में आते हैं। जंगली फलों और बेरी फलों में प्रमुख रंग वर्णक के रूप में मौजूद होने के कारण, ऐसे कई स्रोत हैं जिनसे एंथोसायनिन निकाले जा सकते हैं। अंगूर का छिलका एंथोसायनिन का एक प्रमुख स्रोत है। अंगूर के छिलके में एंथोसायनिन वर्णकों में मुख्यतः peonidin, malvidin, cyanidin, petunidin और delphinidin के डाइ-ग्लूकोसाइड, मोनो-ग्लूकोसाइड, एसिलीकृत मोनोग्लूकोसाइड तथा एसिलीकृत डाइ-ग्लूकोसाइड शामिल होते हैं। अंगूर में एंथोसायनिन की मात्रा 30–750mg/100g के बीच होती है।
सबसे प्रमुख एंथोसायनिन cyanidin, delphinidin, pelargonidin, peonidin, malvidin और petunidin हैं।
उदाहरण के लिए, बैंगनी शकरकंद में peonidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6″-caffeoyl-6‴-feruloyl sophoroside)-5-glucoside और cyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside नामक एंथोसायनिन पाए जाते हैं।

एंथोसायनिन – स्वास्थ्य लाभ

प्राकृतिक खाद्य रंगकारक के रूप में कार्य करने की अपनी उत्कृष्ट क्षमता के अलावा, एंथोसायनिन को उनके एंटीऑक्सीडेंट प्रभावों के लिए अत्यधिक महत्व दिया जाता है। इसलिए, एंथोसायनिन स्वास्थ्य पर कई सकारात्मक प्रभाव दिखाते हैं। शोध से पता चला है कि एंथोसायनिन कैंसर कोशिकाओं में DNA की क्षति को रोक सकते हैं, पाचन एंज़ाइमों को बाधित कर सकते हैं, पृथक अग्न्याशय कोशिकाओं में इंसुलिन उत्पादन प्रेरित कर सकते हैं, सूजन संबंधी प्रतिक्रियाओं को कम कर सकते हैं, मस्तिष्क की कार्यक्षमता में उम्र से संबंधित गिरावट से बचा सकते हैं, केशिका रक्त वाहिकाओं की पारगम्यता को कम कर सकते हैं और प्लेटलेट एकत्रीकरण को रोक सकते हैं।