Անտոցիանինների ուլտրաձայնային արդյունահանում

Անտոցիանինները լայնորեն օգտագործվում են սննդամթերքում որպես բնական գունանյութ և սննդային հավելում։ Ուլտրաձայնային արդյունահանումը բարձրորակ անտոցիանիններ ստանալու բարձր արդյունավետությամբ և պարզ մեթոդ է։ Զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերի օգտագործումը նպաստում է բույսերից բարձրորակ անտոցիանինների ազատմանը՝ ապահովելով ավելի բարձր ելք և արագ գործընթաց։ Միաժամանակ, ուլտրաձայնային մշակումը մեղմ, էկոլոգիապես մաքուր և արդյունավետ մեթոդ է սննդային և դեղագործական որակի անտոցիանինների արդյունաբերական արտադրության համար։

Անտոցիանիններ – ինչպես արդյունահանել բարձրորակ անտոցիանիններ ուլտրաձայնային սարքով

Անտոցիանինները լայնորեն օգտագործվում են սննդարդյունաբերությունում որպես բնական գունանյութեր։ Դրանք ունեն գունային երանգների լայն սպեկտր՝ նարնջագույնից կարմիրի միջով մինչև մանուշակագույն և կապույտ՝ կախված մոլեկուլային կառուցվածքից և pH-ի արժեքից։ Անտոցիանինների նկատմամբ հետաքրքրությունը պայմանավորված է ոչ միայն դրանց գունավորող ազդեցությամբ, այլև առողջության համար օգտակար հատկություններով։ Սինթետիկ ներկանյութերի հետ կապված բնապահպանական և առողջապահական մտահոգությունների աճի պայմաններում բնական ներկանյութերը հիանալի այլընտրանք են՝ որպես շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ գունանյութեր սննդի և դեղերի արդյունաբերության համար։

Ուլտրաձայնով բարելավված անտոցիանինների արդյունահանում

Ինչպե՞ս արդյունահանել անտոցիանիններ ուլտրաձայնով – հետազոտությունների օրինակներ

Անտոցիանինների ուլտրաձայնային արդյունահանում Oryza Sativa L. մանուշակագույն բրնձից

Oryza Sativa շտամի մանուշակագույն բրինձը (հայտնի է նաև որպես Violet Nori կամ մանուշակագույն բրինձ) արտակարգ հարուստ է այնպիսի ֆենոլային միացություններով, ինչպիսին է անտոցիանինների ֆլավոնոիդային խումբը։ Turrini et al. (2018) կիրառել են ուլտրաձայնային արդյունահանում՝ մանուշակագույն բրնձի հատիկապտղից (ամբողջական, շագանակագույն և շոգեխաշված ձևերով) և տերևներից այնպիսի պոլիֆենոլային միացություններ առանձնացնելու համար, ինչպիսիք են անտոցիանիններն ու հակաօքսիդանտները։ Ուլտրաձայնային արդյունահանումն իրականացվել է՝ օգտագործելով Hielscher UP200St (200W, 26kHz, ձախ նկարում) սարքը և 60% էթանոլը՝ որպես լուծիչ։
Անտոցիանինների ամբողջականությունը պահպանելու համար ուլտրաձայնային մզվածքները պահվել են −20°C ջերմաստիճանում, ինչը թույլ է տվել դրանք պահել առնվազն մինչև երեք ամիս։
Turrini et al.-ի հետազոտությունում ուսումնասիրված ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ և ‘Nerone’ սորտերում հայտնաբերված անտոցիանիններից cyanidin-3-glucoside միացությունը (հայտնի է նաև որպես քրիզանթեմին) քանակապես զգալիորեն գերակշռել է, մինչդեռ peonidin-3-glucoside և ցիանիդին-3-ռուտինոզիդ (նաև՝ անտիռինին) միացությունները հայտնաբերվել են ավելի փոքր քանակներով։
Oryza Sativa բույսի մանուշակագույն տերևները անտոցիանինների և ընդհանուր ֆենոլային պարունակության (TPC) հիանալի աղբյուր են։ Բրնձի և ալյուրի համեմատ մոտավորապես 2–3 անգամ ավելի բարձր քանակով՝ Oryza բույսի տերևները անտոցիանինների արդյունահանման էժան հումք են։ Մոտ 4 kg անտոցիանին/t թարմ տերև գնահատված ելքը զգալիորեն բարձր է 1 kg անտոցիանին/t բրինձ ցուցանիշից, որը հաշվարկվել է ‘Violet Nori’ բրնձում հայտնաբերված անտոցիանինների միջին քանակների հիման վրա (1300 µg/g բրինձ՝ արտահայտված որպես cyanidin-3-glucoside)՝ 100 kg չկեղևազրկված բրնձից մոտ 68 kg բրնձի ելքի դեպքում։

Անտոցիանինների ուլտրաձայնային արդյունահանում կարմիր կաղամբից

Ravanfar et al. (2015) ուսումնասիրել են կարմիր կաղամբից անտոցիանինների ուլտրաձայնային արդյունահանման արդյունավետությունը։ Ուլտրաձայնային արդյունահանման փորձերն իրականացվել են՝ օգտագործելով հետևյալ ուլտրաձայնային համակարգը՝ UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W)։ MS10 սոնոտրոդը (ծայրի տրամագիծը՝ 10mm) տեղադրվել է ջերմաստիճանի վերահսկմամբ պատյանավոր ապակե բաժակի կենտրոնում։

Այս փորձի համար օգտագործվել են թարմ կտրատված կարմիր կաղամբի՝ 5mm չափի (խորանարդաձև) և 92,11 ± 0,45 % խոնավության պարունակությամբ կտորներ։ Ջերմափոխանակման պատյանով ապակե բաժակը (ծավալը՝ 200ml) լցվել է 100ml թորած ջրով և 2g կարմիր կաղամբի կտորներով։ Բաժակը ծածկվել է ալյումինե փայլաթիթեղով՝ գործընթացի ընթացքում գոլորշիացման հետևանքով լուծիչի (ջրի) կորուստը կանխելու համար։ Բոլոր փորձերում բաժակի ներսում ջերմաստիճանը պահպանվել է ջերմաստատային կարգավորիչի միջոցով։ Վերջում նմուշները հավաքվել են, զտվել և ցենտրիֆուգվել 4000rpm արագությամբ, իսկ վերնստվածքային հեղուկներն օգտագործվել են անտոցիանինների ելքը որոշելու համար։ Որպես ստուգիչ փորձ իրականացվել է արդյունահանում ջրային բաղնիքում։
Կարմիր կաղամբից անտոցիանինների օպտիմալ ելքը որոշվել է 100 W հզորության, 30 min տևողության և 15°C ջերմաստիճանի պայմաններում, որոնց դեպքում անտոցիանինների ելքը կազմել է մոտ 21 mg/L։
pH արժեքից կախված գունափոխության և ինտենսիվ գունավորման շնորհիվ կարմիր կաղամբի ներկանյութն օգտագործվել է համապատասխանաբար որպես pH ցուցիչ դեղագործական բաղադրություններում կամ որպես հակաօքսիդանտ և գունանյութ սննդային համակարգերում։

Ուլտրաձայնը զգալիորեն ինտենսիվացնում է բուսական նյութից անտոցիանինների արդյունահանումը։
աղբյուր՝ Ravanfar և համահեղինակներ, 2015

 
Այլ ուսումնասիրություններ ցույց են տալիս անտոցիանինների հաջող ուլտրաձայնային արդյունահանումը, ի թիվս այլ աղբյուրների, հապալասից, մոշից, խաղողից, կեռասից, ելակից և մանուշակագույն քաղցր կարտոֆիլից։

Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային արդյունահանիչներ

Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մասնագիտացած է բուսական հումքից բարձրորակ մզվածքների արտադրության համար բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային պրոցեսորների արտադրության մեջ։
Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերի լայն տեսականին սկսվում է փոքր, հզոր լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից և հասնում մինչև ամուր սեղանադիր և ամբողջությամբ արդյունաբերական համակարգեր, որոնք ապահովում են բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայն՝ կենսաակտիվ նյութերի արդյունավետ արդյունահանման և առանձնացման համար (օրինակ՝ անտոցիանիններ, գինջերոլ, պիպերին, կուրկումին և այլն)։
Բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը, որոնց հզորությունը կազմում է 200W – 16 000W , ունեն գունավոր սենսորային էկրան՝ թվային կառավարման համար, ներկառուցված SD քարտ՝ տվյալների ավտոմատ գրանցման համար, դիտարկիչի միջոցով հեռակառավարում և օգտագործումը հեշտացնող բազմաթիվ այլ հնարավորություններ։ Սոնոտրոդներն ու հոսքային բջիջները (միջավայրի հետ շփվող մասերը) կարելի է ավտոկլավացնել, և դրանք հեշտ են մաքրվում։
Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը շատ ամուր են և նախատեսված են լրիվ բեռնվածությամբ 24/7 աշխատանքի համար՝ միաժամանակ պահանջելով քիչ տեխնիկական սպասարկում և ապահովելով հեշտ ու անվտանգ շահագործում։ Թվային գունավոր էկրանը թույլ է տալիս հարմարավետորեն կառավարել ուլտրաձայնային սարքը։
Մեր համակարգերը կարող են ապահովել ցածրից մինչև շատ բարձր ամպլիտուդներ։ Կաննաբինոիդների և տերպենների արդյունահանման համար մենք առաջարկում ենք հատուկ ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ (հայտնի նաև որպես ուլտրաձայնային զոնդեր կամ եղջյուրներ), որոնք օպտիմալացված են բարձրորակ ակտիվ նյութերի մեղմ առանձնացման համար։ Մեր բոլոր համակարգերը կարող են օգտագործվել կաննաբինոիդների արդյունահանման և հետագա էմուլգացման համար։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերի ամրությունը թույլ է տալիս շարունակական աշխատանք (24/7)՝ մեծ բեռնվածության և պահանջկոտ միջավայրերի պայմաններում։

Ուլտրաձայնային գործընթացի պարամետրերի ճշգրիտ կառավարումն ապահովում է վերարտադրելիություն և գործընթացի ստանդարտացում։
 

Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորության մասին։

Գրականություն / Հղումներ

• 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.

Փաստեր, որոնք արժե իմանալ

Ինչպե՞ս է գործում ուլտրաձայնի օժանդակությամբ արդյունահանումը։

Հեղուկ միջավայրի վրա ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքների ներգործությունն առաջացնում է կավիտացիա։ Այդ երևույթը՝ կավիտացիան, միջավայրում տեղայնորեն առաջացնում է ծայրահեղ ջերմաստիճաններ, ճնշումներ, տաքացման/սառեցման արագություններ, ճնշման տարբերություններ և սահքի մեծ ուժեր։ Երբ կավիտացիոն պղպջակները ներպայթում են պինդ մարմինների (օրինակ՝ մասնիկների, բուսական բջիջների, հյուսվածքների և այլն) մակերևույթին, միկրոշիթերը և միջմասնիկային բախումները առաջացնում են այնպիսի ազդեցություններ, ինչպիսիք են մակերևույթի շերտազատումը, էրոզիան և մասնիկների քայքայումը։ Բացի այդ, հեղուկ միջավայրերում կավիտացիոն պղպջակների ներպայթումն առաջացնում է մակրոտուրբուլենտություն և միկրոխառնում։
Բուսական նյութի ուլտրաձայնային ճառագայթումը մասնատում է բուսական բջիջների մատրիցը և ուժեղացնում դրանց հիդրատացումը։ Chemat et al (2015) եզրակացնում են, որ բուսական հումքից կենսաակտիվ միացությունների ուլտրաձայնային արդյունահանումը տարբեր անկախ կամ համակցված մեխանիզմների արդյունք է, այդ թվում՝ մասնատման, էրոզիայի, մազականության, կառուցվածքի քայքայման և սոնոպորացիայի։ Այս ազդեցությունները քայքայում են բջջապատը, բարելավում զանգվածափոխանակությունը՝ լուծիչը մղելով բջջի ներսը և բուսական միացություններով հագեցած լուծիչը ներծծելով դեպի դուրս, ինչպես նաև միկրոխառնման միջոցով ապահովում հեղուկի շարժումը։

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի և դրա հիդրոդինամիկական սահքի ուժերի վրա

Բուսական նյութի ուլտրաձայնային ճառագայթումը մասնատում է բուսական բջիջների մատրիցը և ուժեղացնում դրանց հիդրատացումը։ Chemat et al. (2015) եզրակացնում են, որ բուսական հումքից կենսաակտիվ միացությունների ուլտրաձայնային արդյունահանումը տարբեր անկախ կամ համակցված մեխանիզմների արդյունք է, այդ թվում՝ մասնատման, էրոզիայի, մազականության, կառուցվածքի քայքայման և սոնոպորացիայի։ Այս ազդեցությունները քայքայում են բջջապատը, բարելավում զանգվածափոխանակությունը՝ լուծիչը մղելով բջջի ներսը և բուսական միացություններով հագեցած լուծիչը ներծծելով դեպի դուրս, ինչպես նաև միկրոխառնման միջոցով ապահովում հեղուկի շարժումը։
Ուլտրաձայնային արդյունահանումն ապահովում է միացությունների շատ արագ անջատում՝ գերազանցելով արդյունահանման ավանդական մեթոդներին գործընթացի ավելի կարճ տևողությամբ, ավելի բարձր ելքով և ավելի ցածր ջերմաստիճաններում իրականացմամբ։ Որպես մեղմ մեխանիկական մշակում՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ արդյունահանումը կանխում է կենսաակտիվ բաղադրիչների ջերմային քայքայումը և գերազանցում է այլ մեթոդներին, ինչպիսիք են լուծիչով ավանդական արդյունահանումը, հիդրոթորումը կամ Սոքսլետի արդյունահանումը, որոնք, ինչպես հայտնի է, քայքայում են ջերմազգայուն մոլեկուլները։ Այս առավելությունների շնորհիվ ուլտրաձայնային արդյունահանումը նախընտրելի մեթոդ է բուսական հումքից ջերմազգայուն կենսաակտիվ միացությունների ազատման համար։

Ուլտրաձայնային արդյունահանում բուսական բջիջներից. մանրադիտակային լայնական կտրվածքը (TS) ցույց է տալիս բջիջներից ուլտրաձայնային արդյունահանման ընթացքում ազդեցությունների մեխանիզմը (խոշորացում՝ 2000x) [աղբյուր՝ Vilkhu et al. 2011]

Անտոցիանին – արժեքավոր բուսական գունանյութ

Անտոցիանինները բուսական վակուոլային գունանյութեր են, որոնք կարող են ունենալ կարմիր, մանուշակագույն, կապույտ կամ սև գույն։ Ջրում լուծվող անտոցիանինային գունանյութերի գունային դրսևորումը կախված է դրանց pH արժեքից։ Անտոցիանինները գտնվում են բջջի վակուոլում՝ հիմնականում ծաղիկներում և պտուղներում, բայց նաև տերևներում, ցողուններում և արմատներում, որտեղ դրանք հիմնականում հանդիպում են արտաքին բջջային շերտերում, օրինակ՝ էպիդերմիսում և մեզոֆիլի ծայրամասային բջիջներում։
Բնության մեջ առավել հաճախ հանդիպում են ցիանիդինի, դելֆինիդինի, մալվիդինի, պելարգոնիդինի, պեոնիդինի և պետունիդինի գլիկոզիդները։
Անտոցիանիններով հարուստ բույսերի բնորոշ օրինակներից են vaccinium ցեղի տեսակները, ինչպիսիք են կապույտ հապալասը, լոռամիրգը և սովորական հապալասը, Rubus ցեղի հատապտուղները, այդ թվում՝ սև ազնվամորին, կարմիր ազնվամորին և մոշը, սև հաղարջը, բալը, սմբուկը, սև բրինձը, ուբեն, Օկինավայի քաղցր կարտոֆիլը, Concord խաղողը, մուսկադին խաղողը, կարմիր կաղամբը և մանուշակի ծաղկաթերթերը։ Կարմիր պտղամսով դեղձերն ու խնձորները պարունակում են անտոցիանիններ։ Անտոցիանիններն ավելի քիչ են բանանում, ծնեբեկում, ոլոռում, սամիթում, տանձում և կարտոֆիլում, իսկ կանաչ կոկռոշենու որոշ մշակասորտերում կարող են իսպառ բացակայել։

Հիմնական անտոցիանինների կառուցվածքը

Անտոցիանինները հիանալի այլընտրանք են սննդամթերքում սինթետիկ ներկանյութերը փոխարինելու համար։ Անտոցիանինները թույլատրված են որպես սննդային ներկանյութեր օգտագործելու համար Եվրոպական միությունում, Ավստրալիայում և Նոր Զելանդիայում՝ E163 ներկանյութի ծածկագրով։ Անտոցիանինները հանդիպում են մրգերում և բանջարեղենում և կարող են բնութագրվել որպես ջրալույծ բուսական գունանյութերի տեսակ։ Քիմիական առումով անտոցիանինները անտոցիանիդինների գլիկոզիդներ են, որոնց հիմքում 2-phenylbenzophyrylium (flavylium) կառուցվածքն է։ Անտոցիանինների դասին են պատկանում ավելի քան 200 տարբեր բուսաքիմիական միացություններ։ Որպես վայրի մրգերի և հատապտուղների հիմնական գունանյութ՝ անտոցիանիններն ունեն բազմաթիվ աղբյուրներ, որոնցից կարող են արդյունահանվել։ Անտոցիանինների նշանակալի աղբյուր է խաղողի կեղևը։ Խաղողի կեղևի անտոցիանինային գունանյութերը հիմնականում կազմված են պեոնիդինի, մալվիդինի, ցիանիդինի, պետունիդինի և դելֆինիդինի դիգլիկոզիդներից, մոնոգլիկոզիդից, ացիլացված մոնոգլիկոզիդներից, ինչպես նաև ացիլացված դիգլիկոզիդներից։ Խաղողում անտոցիանինների պարունակությունը տատանվում է 30–750mg/100g սահմաններում։
Առավել հայտնի անտոցիանիններն են ցիանիդինը, դելֆինիդինը, պելարգոնիդինը, պեոնիդինը, մալվիդինը և պետունիդինը։
Օրինակ՝ մանուշակագույն քաղցր կարտոֆիլում հանդիպում են հետևյալ անտոցիանինները՝ peonidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6″-caffeoyl-6‴-feruloyl sophoroside)-5-glucoside և cyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside։

Անտոցիանիններ – առողջության համար օգտակար հատկություններ

Բացի որպես բնական սննդային ներկանյութ գործելու իրենց մեծ կարողությունից՝ անտոցիանինները բարձր են գնահատվում իրենց հակաօքսիդանտային ազդեցությունների համար։ Հետևաբար, անտոցիանիններն առողջության վրա բազմաթիվ դրական ազդեցություններ են դրսևորում։ Հետազոտությունները ցույց են տվել, որ անտոցիանինները կարող են արգելակել քաղցկեղային բջիջներում ԴՆԹ-ի վնասումը, արգելակել մարսողական ֆերմենտների ակտիվությունը, խթանել ինսուլինի արտադրությունն առանձնացված ենթաստամոքսային գեղձի բջիջներում, նվազեցնել բորբոքային արձագանքները, պաշտպանել ուղեղի գործառույթների տարիքային անկումից, բարելավել մազանոթային արյունատար անոթների հերմետիկությունը և կանխել թրոմբոցիտների ագրեգացիան։