Ultrazvučna ekstrakcija piperina iz papra

• Piperin je bioaktivna tvar koja se nalazi u zrnima papra i cijenjena je zbog svojih farmakoloških svojstava.
• Ultrazvuk je učinkovita, jednostavna i brza tehnika ekstrakcije za izolaciju visokokvalitetnog piperina.
• Ultrazvučna ekstrakcija pouzdana je i dokazana metoda koja se već široko primjenjuje u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji.

Ekstrakcija piperina ultrazvukom visokih performansi

Piperin je cijenjen bioaktivni spoj poznat po svojem potencijalu za povećanje apsorpcije kurkumina, selena, vitamina B12, beta-karotena i drugih spojeva. Stoga su farmaceutska industrija i industrija prehrambenih proizvoda vrlo zainteresirane za brzu i jednostavnu ekstrakciju visokokvalitetnog piperina.
Konvencionalna ekstrakcija piperina i piperidina provodi se dugotrajnom ekstrakcijom otapalom uz upotrebu toksičnog DMC-a (diklormetana). Ultrazvučna ekstrakcija nadmašuje konvencionalnu ekstrakciju otapalom većim prinosima, upotrebom netoksičnih otapala (npr. etanola) i brzim postupkom ekstrakcije. Ultrazvuk visokih performansi stvara kavitaciju u tekućinama. Akustična ili ultrazvučna kavitacija lokalno stvara ekstremne uvjete, poput iznimno velikih razlika u temperaturi i tlaku, mlazova tekućine i smičnih sila. Te ultrazvučne sile razaraju stanične stijenke i povećavaju prijenos tvari između unutrašnjosti stanice i okolnog otapala, čime se oslobađaju bioaktivne tvari. Ultrazvučna ekstrakcija dokazana je tehnika za izolaciju ciljanih spojeva poput piperina iz mljevenog papra (piper nigrum, piper longum).

Optimalni uvjeti ekstrakcije primjenom sonikacije

Jedna od najvažnijih prednosti ultrazvučne izolacije jest precizna kontrola svih procesnih parametara. Intenzitet ultrazvuka (amplituda, snaga, radni ciklus), vrijeme ekstrakcije, otapalo, omjer krute tvari i otapala te temperatura mogu se prilagoditi optimalnim uvjetima kako bi se postigao najveći prinos visokokvalitetnog piperina.

Primjer protokola za ultrazvučnu ekstrakciju piperina

U laboratorijskoj čaši malog volumena najveći prinos piperina (5,8 mg/g) iz mljevenog papra vrste Piper longum postiže se pri optimiziranim uvjetima ultrazvučne ekstrakcije, za koje je utvrđeno da su sljedeći:
Sonikator UP200St ili UP200Ht (200W, 26kHz)
ultrazvučni parametri: amplituda 100%, radni ciklus 80%
vrijeme sonikacije: približno 18 min.
otapalo: etanol
omjer krute tvari i otapala: 1:10
temperatura: 50°C

Vrhunski rezultati

Ultrazvučna ekstrakcija ima značajne prednosti u odnosu na tradicionalnu šaržnu ekstrakciju i ekstrakciju otapalom. Rathod (2014) pokazuje da se vrijeme ekstrakcije skraćuje s 8h za šaržnu ekstrakciju otapalom i 4h za Soxhletovu ekstrakciju na 18 min. za ultrazvučnu ekstrakciju. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija daje veći prinos ekstrakcije piperina. Utvrđeno je da prinosi ekstrakcije piperina dobiveni Soxhletovom ekstrakcijom i metodama šaržne ekstrakcije iznose 1,67 mg/g odnosno 0,98 mg/g, što je znatno manje od ultrazvučno dobivenog prinosa od 5,8mg/g. Rathod (2014) zaključuje da ekstrakcija prirodnih biljnih sastojaka poput piperina potpomognuta ultrazvukom ublažava problem slabe ekstraktibilnosti i dugog vremena ekstrakcije u usporedbi s tradicionalnim metodama.

Ultrazvuk se uspješno primjenjuje i za ekstrakciju eteričnih ulja iz crnog papra. Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučnoj hidrodestilaciji eteričnih ulja!

Pronađite najbolji sonikator za ekstrakciju piperina

Hielscher Ultrasonics proizvođač je ultrazvučnih sustava visokih performansi za ekstrakciju s dugogodišnjim iskustvom. Naš asortiman proizvoda obuhvaća raspon od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i industrijskih sustava, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za učinkovitu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih tvari (npr. piperina, kurkumina itd.).
Svi ultrazvučni uređaji od 200W do 16.000W imaju zaslon u boji za digitalno upravljanje, integriranu SD karticu za automatsko bilježenje podataka, daljinsko upravljanje putem preglednika i brojne druge značajke prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u dodiru s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste.
Svi naši ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja te su jednostavni i sigurni za rukovanje.

Tablica u nastavku prikazuje približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Literatura/Reference

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioksidacijski i antiglikacijski potencijal zelenog papra (Piper nigrum): optimizacija ekstrakcije na bazi β-ciklodekstrina metodologijom odzivnih površina. Food Chemistry, svezak 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija piperina iz bijelog papra primjenom ionske tekućine. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Ekstrakcija piperina iz biljke Piper longum primjenom ultrazvuka. Industrial Crops and Products, sv. 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimizacija ekstrakcije fenolnih spojeva žižule (Ziziphus Jujube) primjenom metode ultrazvučno potpomognute ekstrakcije.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Ekstrakcija i karakterizacija proteina iz cvijeta banane (Musa Sapientum L) te procjena antimikrobnog djelovanja. 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): Optimizacija parametara ekstrakcije epigalokatehin-galata iz zelenog čaja primjenom konvencionalnih metoda s vrućom vodom i ultrazvučno potpomognutih metoda. Prerada hrane i bioproizvoda 111 (2018). 37–44 (prikaz, stručni).

Korisne činjenice

Ultrazvučna ekstrakcija

Ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih tvari iz biljnog materijala temelji se na načelu akustične kavitacije. Akustična kavitacija nastaje kada se ultrazvučni valovi visokog intenziteta (npr. visoke amplitude od 100µm, generirane ultrazvukom frekvencije 20–26kHz) prenose u tekućinu. Kavitacijske smične sile perforiraju i razaraju stanične stijenke biljnog materijala te potiskuju i povlače okolno otapalo u unutrašnjost stanice i iz nje. Nakon postupka ekstrakcije otapalo sadržava ciljane molekule, koje se zatim mogu odvojiti (npr. centrifugiranjem). Ultrazvučna ekstrakcija dobro je poznata po visokim prinosima neoštećenih biljnih ekstrakata.

Ultrazvučna ekstrakcija iz stanica: mikroskopski poprečni presjek (TS) vršnog dijela stabljike metvice (Mentha piperita) prikazuje mehanizam djelovanja tijekom ultrazvučne ekstrakcije iz stanica (povećanje 2000x) [izvor: Vilkhu i sur. 2011]

Piperin

Piperin (1-piperyol-piperidine) glavni je spoj odgovoran za ljutinu papra (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Okus papra, njegova ljutina, a time i kvaliteta, povezani su s količinom piperina. To svojstvo kvalitete može se promijeniti hidrolizom piperina, pri čemu se cijepa piperidinski prsten.
Piperin je poznat po različitim farmakološkim učincima, npr. protugljivičnom, antidijaroičnom i protuupalnom djelovanju te inhibiciji 5-lipoksigenaze i ciklooksigenaze-1. Nadalje, piperin povećava bioraspoloživost kurkumina za 2000%. Stoga je piperin popularna tvar koja se upotrebljava u formulacijama dodataka prehrani (npr. BioPerine®).
Piperin se može ekstrahirati iz biljaka Piper nigrum i Piper longum.
Piperidin je ciklički sekundarni amin, molekulska struktura koja se nalazi u mnogim biljnim alkaloidima. Piperidin nastaje hidrolizom piperina. Piperidin i njegovi derivati sveprisutne su gradivne jedinice u sintezi farmaceutskih proizvoda i finih kemikalija.

Papar

Piper nigrum, crni papar, cvatuća je penjačica iz porodice Piperaceae. Uzgaja se zbog svojih plodova, zrna papra, koji se obično suše i upotrebljavaju kao začin i dodatak jelima. Crna, zelena i bijela zrna papra dobivaju se od biljke crnog papra. Različite boje rezultat su obrade i pripreme zrna papra. Crna zrna papra dobivaju se kuhanjem nezrelih koštunica u vrućoj vodi i njihovim naknadnim sušenjem. Bijeli papar dobiva se berbom potpuno zrelih bobica biljke papra; zatim se tamna kožica zrelog ploda uklanja močenjem. Zelena zrna papra dobivaju se od nezrelih koštunica obradom sumporovim dioksidom, konzerviranjem ili liofilizacijom radi očuvanja njihovih zelenih pigmenata.

Piper longum Linn, poznat i kao indijski dugi papar (pipli), bliski je srodnik vrste Piper nigrum i ima sličan, ali ljući okus od vrste Piper nigrum.
Plodovi vrste Piper longum sadrže približno 1% hlapljivih ulja, smolu, alkaloide piperin i piperlonguminin, voštani alkaloid Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide i terpenoidnu tvar. Piperidinski alkaloid piperin odgovoran je za začinski, ljuti okus bobica papra. Piperlongumin je farmakološki aktivna tvar koja pokazuje djelovanje protiv brojnih vrsta raka, uključujući rak prostate, dojke, pluća i debelog crijeva, limfom, leukemiju, primarne tumore mozga i rak želuca.
Nadalje, u bobicama papra mogu se pronaći sljedeće količine minerala: 1230mg/100g kalcija, 190mg/100g fosfora i 62,1mg/100g željeza. Korijenje sadrži piperin, piperlongumin ili piplartin te dihidrostigmasterol.