Ultrahangos antocianin extrakció

Az antocianinokat széles körben használják természetes színezékként és táplálkozási adalékanyagként az élelmiszerekben. Az ultrahangos extrakció rendkívül hatékony és egyszerű technika a kiváló minőségű antocianinok előállítására. A szonda típusú szondák használata elősegíti a kiváló minőségű antocianinok felszabadulását a növényekből, ami magasabb hozamot és gyors folyamatot eredményez. Ugyanakkor az ultrahangos kezelés enyhe, zöld és hatékony technika az élelmiszer- és gyógyszeripari minőségű antocianinok ipari előállításához.

antocianinok – Hogyan lehet kivonni a kiváló minőségű antocianinokat szonikátor segítségével

Az antocianinokat széles körben használják természetes színezékként az élelmiszeriparban. A színtónusok széles spektruma van, a narancssárgától a vörösön át a liláig és a kékig, a molekuláris szerkezettől és a pH-értéktől függően. Az antocianinok iránti érdeklődés nemcsak színező hatásukon, hanem egészségelőnyös tulajdonságaikon is alapul. A szintetikus színezékekkel kapcsolatos növekvő környezeti és egészségügyi aggályok miatt a természetes színezékek nagyszerű alternatívát jelentenek környezetbarát színezőanyagként az élelmiszer- és gyógyszeripar számára.

Ultrahanggal javított antocianin extrakció

Hogyan lehet kivonni az antocyyaninokat ultrahanggal? – Esettanulmányok

Ultrahangos antocianin extrakció lila rizsből Oryza Sativa L.

Az Oryza Sativa törzs lila rizse (más néven Violet Nori vagy lila rizs) rendkívül gazdag fenolokban, például az antocianinok favonoid csoportjában. Turrini et al. (2018) ultrahangos extrakciót használt a polifenolok, például antocianinok és antioxidánsok izolálására a caryopsisból (egész, barna és forrázott formában) és a lila rizs leveleiből. Az ultrahangos extrakciót Hielscher segítségével végeztük UP200St (200W, 26kHz, Kép. balra) és 60% etanol oldószerként.
Az antocianin integritásának megőrzése érdekében az ultrahangos kivonatokat -20 ° C-on tároltuk, ami lehetővé tette legalább három hónapig történő tárolásukat.
A cianidin-3 glükozid (más néven krizantémin) volt messze a leggyakrabban kimutatott antocianin a Turrini és munkatársai által vizsgált "Violet Nori", "Artemide" és "Nerone" fajtákban, míg a peonidin-3-glükozid és a cianidin-3-rutinozid (szintén antirrhinin) alacsonyabb mennyiségben volt kimutatható.
Az Oryza Sativa lila levelei kiváló antocianinforrást és teljes fenoltartalmat (TPC) jelentenek. A rizsnél és lisztnél kb. 2–3-szor nagyobb mennyiséggel az Oryza levelek olcsó nyersanyagot jelentenek az antocianinok kivonásához. A körülbelül 4 kg antocianin/t friss levelek becsült hozama jelentősen magasabb, mint az 1 kg antocianin/t rizsé, amelyet a "Violet Nori" rizsben (1300 μg/g rizs, cianidin-3-glükozidként) kimutatott közepes antocianin-mennyiségek alapján számítanak ki, körülbelül 68 kg rizs hozama mellett 100 kg hántolatlan rizsből.

Ultrahangos antocianin extrakció vörös káposztából

Ravanfar et al. (2015) megvizsgálta az antocianinok vörös káposztából történő ultrahangos extrakciójának hatékonyságát. Az ultrahangos extrakciós kísérleteket ultrahangos rendszerrel végeztük UP100H (Hielscher ultrahangos, 30 kHz, 100 W). Az MS10 szonotródot (10mm hegyátmérő) egy szabályozott köpenyes üvegpohár közepébe helyezték.

A kísérlethez frissen vágott, 5 mm méretű (kocka alakú) és 92,11 ± 0,45% nedvességtartalmú lilakáposzta darabokat használtunk. Egy köpenyes üvegpoharat (térfogat: 200ml) töltöttünk meg 100 ml desztillált vízzel és 2 g vörös káposzta darabokkal. A főzőpoharat alumíniumfóliával vonták be, hogy megakadályozzák az oldószer (víz) párolgás miatti elvesztését a folyamat során. Minden kísérletben termosztatikus szabályozóval tartottuk fenn a főzőpohár hőmérsékletét. A mintákat végül 4000 fordulat / perc sebességgel gyűjtöttük, szűrtük és centrifugáltuk, és felülúszókat használtunk az antocianin hozam meghatározására. A vízfürdőben történő extrakciót kontrollkísérletként végeztük.
A vörös káposzta antocianin optimális hozamát 100 W teljesítményen, 30 perces idővel és 15 ° C hőmérsékleten határozták meg, ami körülbelül 21 mg / l antocianin hozamot eredményezett.
A vöröskáposzta festéket pH-értékének és intenzív színezésének színváltozása miatt pH-indikátorként használták gyógyszerkészítményekben, illetve antioxidánsként és színezékként az élelmiszerrendszerekben.

Az ultrahang jelentősen fokozza az antocianinok kivonását a növényi anyagból.
forrás: Ravanfar et al. 2015

 
Más tanulmányok bizonyítják az antocianinok sikeres ultrahangos extrakcióját többek között áfonyából, szederből, szőlőből, cseresznyéből, eperből és lila édesburgonyából.

Nagy teljesítményű ultrahangos elszívók

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos processzorok gyártására specializálódott kiváló minőségű botanikai kivonatok előállítására.
A Hielscher szonikátorok széles választéka a kicsi, erőteljes laboratóriumi ultrahangos készülékektől a robusztus asztali és teljesen ipari rendszerekig terjed, amelyek nagy intenzitású ultrahangot biztosítanak a bioaktív anyagok (pl. antocianinok, gingerol, piperin, Kurkumin stb.).
Minden ultrahangos készülék 200 W hoz 16 000 W színes érintőképernyővel rendelkezik a digitális vezérléshez, integrált SD-kártyával az automatikus adatrögzítéshez, böngésző távirányítóval és még sok más felhasználóbarát funkcióval. A sonotrodes és az áramlási cellák (a közeggel érintkező részek) autoklávozhatók és könnyen tisztíthatók.
A Hielscher szonikátorok nagyon robusztusak és teljes terhelés alatt 24/7 működésre épülnek, miközben alacsony karbantartást igényelnek, és könnyen és biztonságosan működtethetők. A digitális színes kijelző lehetővé teszi az ultrahangos készülék felhasználóbarát vezérlését.
Rendszereink képesek az alacsony amplitúdótól a nagyon magas amplitúdóig szállítani. A kannabinoidok és terpének kivonásához speciális ultrahangos szonotródákat (más néven ultrahangos szondákat vagy szarvakat) kínálunk, amelyek optimalizálva vannak a kiváló minőségű hatóanyagok ésszerű izolálására. Minden rendszerünk használható kannabinoidok extrahálására és utólagos emulgeálására. A Hielscher szonikátorok robusztussága lehetővé teszi a folyamatos működést (24/7) nagy teherbírású és igényes környezetben.

Az ultrahangos folyamatparaméterek pontos szabályozása biztosítja a reprodukálhatóságot és a folyamat szabványosítását.
 

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:

Irodalom / Hivatkozások

• 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.

Tények, amelyeket érdemes tudni

Hogyan működik az ultrahanggal segített extrakció?

Az intenzív ultrahanghullámok folyékony közegre történő alkalmazása kavitációt eredményez. A jelenség Kavitáció lokálisan szélsőséges hőmérsékletekhez, nyomásokhoz, fűtési/hűtési sebességekhez, nyomáskülönbségekhez és nagy nyíróerőkhöz vezet a közegben. Amikor a kavitációs buborékok összeomlanak a szilárd anyagok (például részecskék, növényi sejtek, szövetek stb.) felületén, a mikrofúvókák és az interpartikuláris ütközés olyan hatásokat generál, mint a felület hámlása, erózió és részecskék lebontása. Ezenkívül a kavitációs buborékok folyékony közegben történő implóziója makro-turbulenciákat és mikrokeverést hoz létre.
A növényi anyag fragmenseinek ultrahangos besugárzása a növényi sejtek mátrixát és fokozza annak hidratálását. Chemat et al (2015) arra a következtetésre jut, hogy a bioaktív vegyületek ultrahangos extrakciója a botanikai anyagokból különböző független vagy kombinált mechanizmusok eredménye, beleértve a töredezettséget, eróziót, kapillárisságot, detexturációt, és sonoporációt. Ezek a hatások megzavarják a sejtfalat, javítják a tömegátadást azáltal, hogy oldószert nyomnak a sejtbe, és kiszívják a fitovegyülettel töltött oldószert, és mikrokeveréssel biztosítják a folyadék mozgását.

Az ultrahangos extrakció akusztikus kavitáción és hidrodinamikai nyíróerőin alapul

A növényi anyag fragmenseinek ultrahangos besugárzása a növényi sejtek mátrixát és fokozza annak hidratálását. Chemat et al. (2015) arra a következtetésre jut, hogy a bioaktív vegyületek ultrahangos extrakciója a botanikai anyagokból különböző független vagy kombinált mechanizmusok eredménye, beleértve a töredezettséget, eróziót, kapillárisságot, detexturációt és szonoporációt. Ezek a hatások megzavarják a sejtfalat, javítják a tömegátadást azáltal, hogy oldószert nyomnak a sejtbe, és kiszívják a fitovegyülettel töltött oldószert, és mikrokeveréssel biztosítják a folyadék mozgását.
Az ultrahangos extrakció a vegyületek nagyon gyors izolálását eredményezi – felülmúlva a hagyományos extrakciós módszereket rövidebb folyamatidővel, nagyobb hozammal és alacsonyabb hőmérsékleten. Enyhe mechanikai kezelésként az ultrahanggal segített extrakció elkerüli a bioaktív komponensek termikus lebomlását, és kiemelkedik más technikákkal, például a hagyományos oldószeres extrakcióval, a hidrodesztillációval vagy a Soxhlet extrakcióval, amelyekről ismert, hogy elpusztítják a hőérzékeny molekulákat. Ezeknek az előnyöknek köszönhetően az ultrahangos extrakció az előnyben részesített technika a hőmérséklet-érzékeny bioaktív vegyületek botanikai anyagokból történő felszabadítására.

Ultrahangos extrakció növényi sejtekből: a mikroszkópos keresztirányú szakasz (TS) mutatja a hatásmechanizmust a sejtekből történő ultrahangos extrakció során (nagyítás 2000x) [forrás: Vilkhu et al. 2011]

Antocianin – Értékes növényi pigment

Az antocianinok vakuoláris növényi pigmentek, amelyek piros, lila, kék vagy fekete színűek lehetnek. A vízben oldódó antocianin pigmentek színkifejezése pH-értéküktől függ. Az antocianinok megtalálhatók a sejt vakuoljában, főleg virágokban és gyümölcsökben, de levelekben, szárakban és gyökerekben is, ahol többnyire a külső sejtrétegekben, például az epidermiszben és a perifériás mezofillsejtekben találhatók.
A természetben leggyakrabban előforduló cianidin, delphinidin, malvidin, pelargonidin, peonidin és petunidin glikozidjai.
Az antocianinokban gazdag növények kiemelkedő példái közé tartoznak a vaccinium fajok, mint például az áfonya, az áfonya és a fekete áfonya; Rubus bogyók, beleértve a fekete málnát, a vörös málnát és a szederet; fekete ribizli, cseresznye, padlizsán, fekete rizs, ube, okinawai édesburgonya, Concord szőlő, muscadine szőlő, vörös káposzta és lila szirmok. A vörös húsú őszibarack és alma antocianinokat tartalmaz. Az antocianinok kevésbé gyakoriak banánban, spárgában, borsóban, édesköményben, körtében és burgonyában, és teljesen hiányozhatnak a zöld egres bizonyos fajtáiban.

A fő antocianinok szerkezete

Az antocianinok kiváló alternatívát jelentenek az élelmiszerekben lévő szintetikus színezőanyagok helyettesítésére. Az antocianinok élelmiszer-színezékként való felhasználását engedélyezték az Európai Unióban, Ausztráliában és Új-Zélandon, E163 színezékkóddal. Az antocianinok gyümölcsökben és zöldségekben találhatók, és vízben oldódó növényi pigmentekként írhatók le. Kémiailag az antocianinok az antocianidinek glikozidjai, amelyek a 2-fenilbenzofillilium (flavilium) szerkezeten alapulnak. Több mint 200 különböző fitokemikália létezik, amelyek az antocianinok kategóriájába tartoznak. A vadon termő gyümölcsök és bogyók fő színpigmentjeként számos forrásból lehet antocianinokat kivonni. Az antocianinok kiemelkedő forrása a szőlő bőre. A szőlőhéjban található antocianin pigmentek főként di-glükozidokból, mono-glükozidokból, acilezett monoglükozidokból, valamint peonidin, malvidin, cianidin, petunidin és delphinidin acilezett di-glükozidjaiból állnak. A szőlő antocianin tartalma 30-750 mg/100 g között változik.
A legjelentősebb antocianinok a cianidin, a delphinidin, a pelargonidin, a peonidin, a malvidin és a petunidin.
Például az antocianinok, a peonidin-3-caffeoyl-p-hidroxibenzoil-szoforozid-5-glükozid, a peonidin-3-(6"-caffeoyl-6'''-feruloyl sophoroside)-5-glükozid és a cianidin-3-caffeoil-p-hidroxibenzoil-szofozid-5-glükozid lila édesburgonyában találhatók.

antocianinok – Egészségügyi előnyök

Amellett, hogy képesek természetes élelmiszer-színezékként működni, az antocianinokat antioxidáns hatásuk miatt nagyra értékelik. Ezért az antocianinok számos pozitív egészségügyi hatást mutatnak. A kutatások kimutatták, hogy az antocianinok gátolhatják a rákos sejtek DNS-károsodását, gátolhatják az emésztőenzimeket, inzulintermelést indukálhatnak izolált hasnyálmirigy-sejtekben, csökkenthetik a gyulladásos válaszokat, megvédhetik az agyműködés életkorral összefüggő csökkenését, javíthatják a kapilláris erek feszességét és megakadályozhatják a trombocita aggregációt.