काली मिर्च से पाइपरीन का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण

• पाइपरीन एक जैवसक्रिय पदार्थ है जो काली मिर्च के दानों में पाया जाता है और अपने औषधीय गुणों के लिए मूल्यवान माना जाता है।
• उच्च गुणवत्ता वाले पाइपरीन को पृथक करने के लिए अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण एक कुशल, सरल और त्वरित तकनीक है।
• अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण एक विश्वसनीय और प्रमाणित विधि है, जिसका औषधि और खाद्य उद्योगों में पहले से ही व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासाउंड द्वारा पाइपरीन का निष्कर्षण

पाइपरीन एक मूल्यवान जैवसक्रिय यौगिक है, जो कर्क्यूमिन, सेलेनियम, विटामिन B12, बीटा-कैरोटीन और अन्य यौगिकों के अवशोषण को बढ़ाने की अपनी संभावित क्षमता के लिए जाना जाता है। इसलिए, औषधि और पोषण उद्योग उच्च गुणवत्ता वाले पाइपरीन के त्वरित और सरल निष्कर्षण में बहुत रुचि रखते हैं।
पाइपरीन और पाइपेरिडीन का पारंपरिक निष्कर्षण विषैले DMC (डाइक्लोरोमेथेन) का उपयोग करके समय लेने वाली विलायक निष्कर्षण विधि से किया जाता है। अधिक उपज, गैर-विषैले विलायकों (जैसे एथेनॉल) के उपयोग और त्वरित निष्कर्षण प्रक्रिया के कारण अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण पारंपरिक विलायक निष्कर्षण से बेहतर है। उच्च प्रदर्शन वाला अल्ट्रासाउंड तरल पदार्थों में कैविटेशन उत्पन्न करता है। ध्वनिक या अल्ट्रासोनिक कैविटेशन स्थानीय स्तर पर अत्यधिक चरम परिस्थितियाँ उत्पन्न करता है, जैसे तापमान और दाब में अत्यधिक अंतर, तरल जेट और अपरूपण बल। ये अल्ट्रासोनिक बल कोशिका भित्तियों को तोड़ते हैं और कोशिका के आंतरिक भाग तथा आसपास के विलायक के बीच द्रव्यमान अंतरण बढ़ाते हैं, जिससे जैवसक्रिय पदार्थ मुक्त होते हैं। पिसी हुई काली मिर्च से पाइपरीन जैसे लक्षित यौगिकों को पृथक करने के लिए अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण एक प्रमाणित तकनीक है (piper nigrum, piper longum).

सोनिकेशन का उपयोग करके निष्कर्षण की इष्टतम परिस्थितियाँ

अल्ट्रासोनिक पृथक्करण के सबसे महत्वपूर्ण लाभों में से एक प्रक्रिया के सभी मापदंडों पर सटीक नियंत्रण है। उच्च गुणवत्ता वाले पाइपरीन की उच्चतम उपज प्राप्त करने के लिए अल्ट्रासोनिक तीव्रता (आयाम, शक्ति, कार्य चक्र), निष्कर्षण समय, विलायक, ठोस और विलायक का अनुपात तथा तापमान को इष्टतम परिस्थितियों के अनुरूप समायोजित किया जा सकता है।

अल्ट्रासोनिक पाइपरीन निष्कर्षण के लिए उदाहरणात्मक प्रोटोकॉल

छोटे पैमाने की बीकर व्यवस्था में, पाइपरीन की अधिकतम उपज (5.8 mg/g) पिसे हुए Piper longum से अनुकूलित अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण परिस्थितियों में प्राप्त होती है, जो निम्नलिखित पाई गई हैं:
सोनिकेटर UP200St या UP200Ht (200W, 26kHz)
अल्ट्रासोनिक मापदंड: 100% आयाम, 80% कार्य चक्र
सोनिकेशन समय: लगभग 18 min.
विलायक: एथेनॉल
ठोस और विलायक का अनुपात: 1:10
तापमान: 50°C

बेहतर परिणाम

पारंपरिक बैच और विलायक निष्कर्षण की तुलना में अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के महत्वपूर्ण लाभ हैं। Rathod (2014) दर्शाते हैं कि बैच विलायक निष्कर्षण में लगने वाला 8h और सॉक्सलेट निष्कर्षण में लगने वाला 4h का निष्कर्षण समय अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण में घटकर 18 min. रह जाता है। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण से पाइपरीन की अधिक निष्कर्षण उपज मिलती है। सॉक्सलेट निष्कर्षण और बैच निष्कर्षण विधियों से प्राप्त पाइपरीन की निष्कर्षण उपज क्रमशः 1.67 mg/g और 0.98 mg/g पाई गई, जो अल्ट्रासोनिक विधि से प्राप्त 5.8mg/g की उपज से बहुत कम थी। Rathod (2014) निष्कर्ष निकालते हैं कि पाइपरीन जैसे प्राकृतिक पादप घटकों का अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण पारंपरिक विधियों की तुलना में कम निष्कर्षणीयता और लंबे निष्कर्षण समय की समस्या को कम करता है।

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साहित्य/संदर्भ

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): हरी मिर्च (Piper nigrum) की एंटीऑक्सीडेंट और ग्लाइकेशन-रोधी क्षमता: प्रतिक्रिया सतह पद्धति द्वारा β-साइक्लोडेक्सट्रिन-आधारित निष्कर्षण का अनुकूलन। Food Chemistry, खंड 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): आयनिक द्रव पर आधारित अल्ट्रासाउंड-सहायित विधि से सफेद मिर्च से पाइपरीन का निष्कर्षण. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके Piper longum से पाइपरीन का निष्कर्षण। Industrial Crops and Products खंड 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण विधि का उपयोग करके बेर (Ziziphus Jujube) के फेनोलिक यौगिकों के निष्कर्षण का अनुकूलन।
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): केले (Musa Sapientum L) के फूल से प्रोटीनों का निष्कर्षण और अभिलक्षणन तथा रोगाणुरोधी गतिविधियों का मूल्यांकन। 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): पारंपरिक गर्म पानी और अल्ट्रासाउंड-सहायित विधियों का उपयोग करके हरी चाय से एपिगैलोकैटेचिन गैलेट के निष्कर्षण के मापदंडों का अनुकूलन. खाद्य और जैव उत्पाद प्रसंस्करण 111 (2018)। 37–44.

जानने योग्य तथ्य

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण

वनस्पतियों से जैवसक्रिय पदार्थों के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण का आधार है ध्वनिक कैविटेशन का सिद्धांत। ध्वनिक कैविटेशन तब होता है जब अत्यधिक तीव्र अल्ट्रासाउंड तरंगों (जैसे 20–26kHz अल्ट्रासाउंड द्वारा उत्पन्न 100µm के उच्च आयामों वाली तरंगों) की ऊर्जा किसी द्रव में संचारित की जाती है। कैविटेशन से उत्पन्न अपरूपण बल पादप सामग्री की कोशिका भित्तियों में छिद्र बनाते हैं और उन्हें तोड़ते हैं तथा आसपास के विलायक को कोशिका के भीतर और बाहर धकेलते और खींचते हैं। निष्कर्षण प्रक्रिया के बाद विलायक में लक्षित अणु होते हैं, जिन्हें फिर अलग किया जा सकता है (जैसे अपकेंद्रीकरण द्वारा)। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण अक्षुण्ण पादप अर्कों की उच्च उपज देने के लिए सुविख्यात है।

कोशिकाओं से अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण: पुदीने (Mentha piperita) के शीर्षस्थ तने का सूक्ष्म अनुप्रस्थ काट (TS) कोशिकाओं से अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के दौरान होने वाली क्रियाओं की कार्यविधि दर्शाता है (आवर्धन 2000x) [स्रोत: Vilkhu et al. 2011]

पाइपरीन

पाइपरीन (1-piperyol-piperidine) मिर्च का मुख्य तीखापन देने वाला यौगिक है (piper nigrum / piper longum, Piperaceae)। मिर्च का स्वाद, उसका तीखापन और इस प्रकार उसकी गुणवत्ता, पाइपरीन की मात्रा से संबंधित हैं। पाइपरीन का जल-अपघटन करके गुणवत्ता के इस गुण को बदला जा सकता है, जिससे पाइपेरिडीन वलय टूट जाता है।
पाइपरीन विभिन्न औषधीय प्रभावों के लिए जाना जाता है, जैसे कवकरोधी, अतिसाररोधी, सूजनरोधी तथा 5-lipoxygenase और cyclooxygenase-1 को अवरुद्ध करने वाली गतिविधियाँ। इसके अलावा, पाइपरीन कर्क्यूमिन की जैवउपलब्धता 2000% बढ़ाता है। इसलिए, पाइपरीन पूरक आहार के फॉर्मूलेशनों (जैसे BioPerine®) में इस्तेमाल होने वाला एक लोकप्रिय पदार्थ है।
पाइपरीन को इनसे निकाला जा सकता है: Piper nigrum और Piper longum.
पाइपेरिडीन एक चक्रीय द्वितीयक ऐमीन है, जिसकी आणविक संरचना कई पादप ऐल्कलॉइडों में पाई जाती है। पाइपरीन के जल-अपघटन से पाइपेरिडीन बनता है। पाइपेरिडीन और इसके व्युत्पन्न औषधियों तथा विशिष्ट रसायनों के संश्लेषण में व्यापक रूप से प्रयुक्त मूलभूत घटक हैं।

मिर्च

Piper nigrum, जिसे काली मिर्च कहा जाता है, Piperaceae कुल की एक पुष्पधारी लता है। इसकी खेती इसके मिर्च के दानों के लिए की जाती है, जिनका आमतौर पर सुखाकर मसाले और स्वादवर्धक के रूप में उपयोग किया जाता है। काली, हरी और सफेद मिर्च के दाने सभी काली मिर्च के पौधे से प्राप्त होते हैं। इनके अलग-अलग रंग मिर्च के दानों के उपचार और तैयारी के परिणाम होते हैं। काली मिर्च के दाने प्राप्त करने के लिए कच्चे अष्ठिल फलों को गर्म पानी में उबालकर बाद में सुखाया जाता है। सफेद मिर्च के लिए मिर्च के पौधे के पूरी तरह पके फल तोड़े जाते हैं; फिर पके फल का गहरे रंग का छिलका हटाया जाता है (रेटिंग)। हरी मिर्च के दाने कच्चे अष्ठिल फलों से बनाए जाते हैं, जिनके हरे वर्णकों को बनाए रखने के लिए उन्हें सल्फर डाइऑक्साइड से उपचारित किया जाता है, डिब्बाबंद किया जाता है या उनका हिम-शुष्कन किया जाता है।

Piper longum Linn, जिसे भारतीय लंबी मिर्च (पिपली) भी कहा जाता है, Piper nigrum का निकट संबंधी है और इसका स्वाद Piper nigrum के समान, लेकिन उससे अधिक तीखा होता है।
Piper longum के फलों में लगभग 1% वाष्पशील तेल, रेज़िन, पाइपरीन और पाइपरलॉन्गुमिनीन ऐल्कलॉइड, एक मोम जैसा ऐल्कलॉइड Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide और एक टरपेनॉइड पदार्थ होता है। पाइपेरिडीन ऐल्कलॉइड पाइपरीन मिर्च के फलों के मसालेदार, तीखे स्वाद के लिए उत्तरदायी है। पाइपरलॉन्गुमीन औषधीय रूप से सक्रिय पदार्थ है, जो प्रोस्टेट, स्तन, फेफड़े, बृहदान्त्र, लिम्फोमा, ल्यूकेमिया, प्राथमिक मस्तिष्क ट्यूमर और आमाशय के कैंसर सहित कई कैंसरों के विरुद्ध सक्रियता दिखाता है।
इसके अलावा, मिर्च के फलों में खनिज निम्न मात्राओं में पाए जा सकते हैं: 1230mg/100g कैल्शियम, 190mg/100g फॉस्फोरस और 62.1mg/100g लौह। जड़ों में पाइपरीन, पाइपरलॉन्गुमीन या पिप्लार्टीन और डाइहाइड्रोस्टिग्मास्टरॉल होते हैं।