Ekstraksi Antosianin Ultrasonik

Antosianin banyak digunakan sebagai pewarna alami dan bahan tambahan nutrisi dalam produk pangan. Ekstraksi ultrasonik merupakan teknik yang sangat efisien dan sederhana untuk memperoleh antosianin berkualitas tinggi. Penggunaan sonikator tipe probe mendorong pelepasan antosianin berkualitas tinggi dari tanaman sehingga menghasilkan rendemen yang lebih tinggi dan proses yang cepat. Pada saat yang sama, sonikasi merupakan teknik yang lembut, ramah lingkungan, dan efisien untuk produksi antosianin bermutu pangan dan farmasi pada skala industri.

Antosianin – Cara Mengekstrak Antosianin Berkualitas Tinggi Menggunakan Sonikator

Antosianin banyak digunakan sebagai pewarna alami dalam industri pangan. Antosianin memiliki spektrum rona warna yang luas, mulai dari jingga, merah, hingga ungu dan biru, bergantung pada struktur molekul dan nilai pH. Ketertarikan terhadap antosianin tidak hanya didasarkan pada efek pewarnaannya, tetapi juga pada sifatnya yang bermanfaat bagi kesehatan. Seiring meningkatnya kekhawatiran terhadap lingkungan dan kesehatan terkait pewarna sintetis, pewarna alami menjadi alternatif yang sangat baik sebagai pewarna ramah lingkungan untuk industri pangan dan obat-obatan.

Ekstraksi Antosianin yang Ditingkatkan dengan Ultrasonik

Bagaimana Mengekstrak Antosianin dengan Ultrasonik? – Studi Kasus

Ekstraksi Antosianin Ultrasonik dari Beras Ungu Oryza Sativa L.

Beras ungu dari galur Oryza Sativa (juga dikenal sebagai Violet Nori atau beras ungu) sangat kaya akan senyawa fenolik seperti antosianin dari kelompok flavonoid. Turrini et al. (2018) menggunakan ekstraksi ultrasonik untuk mengisolasi senyawa polifenolik seperti antosianin dan antioksidan dari kariopsis (dalam bentuk utuh, pecah kulit, dan pratanak) serta daun padi ungu. Ekstraksi ultrasonik dilakukan menggunakan Hielscher UP200St (200W, 26kHz, gambar kiri) dan etanol 60% sebagai pelarut.
Untuk menjaga integritas antosianin, ekstrak ultrasonik disimpan pada −20°C, yang memungkinkan penyimpanan setidaknya hingga tiga bulan.
Sianidin-3 glukosida (juga dikenal sebagai chrysanthemin) merupakan antosianin yang terdeteksi dalam jumlah paling dominan pada kultivar ‘Violet Nori’, ‘Artemide’, dan ‘Nerone’ yang diteliti dalam studi Turrini et al., sedangkan peonidin-3-glukosida dan sianidin-3-rutinosida (juga disebut antirrhinin) ditemukan dalam jumlah lebih rendah.
Daun ungu Oryza Sativa merupakan sumber antosianin dan kandungan fenolik total (TPC) yang sangat baik. Dengan jumlah sekitar 2–3 kali lebih tinggi dibandingkan pada beras dan tepung, daun Oryza merupakan bahan baku murah untuk ekstraksi antosianin. Perkiraan rendemen sekitar 4 kg antosianin/t daun segar jauh lebih tinggi dibandingkan 1 kg antosianin/t beras, yang dihitung berdasarkan jumlah rata-rata antosianin yang terdeteksi pada beras ‘Violet Nori’ (1300 µg/g beras, sebagai sianidin-3-glukosida) untuk hasil sekitar 68 kg beras dari 100 kg gabah.

Ekstraksi Antosianin Ultrasonik dari Kubis Merah

Ravanfar et al. (2015) telah meneliti efisiensi ekstraksi ultrasonik antosianin dari kubis merah. Percobaan ekstraksi ultrasonik dilakukan menggunakan sistem ultrasonik UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). Sonotrode MS10 (diameter ujung 10mm) dimasukkan ke bagian tengah gelas beker berjaket dengan suhu terkendali.

Potongan kubis merah yang baru dipotong berukuran 5mm (berbentuk kubus) dengan kadar air 92,11 ± 0,45 % digunakan untuk percobaan ini. Gelas beker berjaket (volume: 200ml) diisi dengan 100ml air suling dan 2g potongan kubis merah. Beker ditutup dengan foil aluminium untuk mencegah kehilangan pelarut (air) akibat penguapan selama proses. Dalam semua percobaan, suhu di dalam beker dipertahankan menggunakan pengendali termostatik. Sampel kemudian dikumpulkan, disaring, dan disentrifugasi pada 4000rpm, lalu supernatan digunakan untuk menentukan rendemen antosianin. Ekstraksi dalam penangas air dilakukan sebagai percobaan kontrol.
Rendemen antosianin optimum dari kubis merah diperoleh pada daya 100 W, waktu 30 min, dan suhu 15°C, yang menghasilkan rendemen antosianin sekitar 21 mg/L.
Karena perubahan warnanya sesuai nilai pH dan pewarnaannya yang kuat, pewarna kubis merah telah digunakan sebagai indikator pH dalam formulasi farmasi atau sebagai antioksidan dan pewarna dalam sistem pangan.

Ultrasonik secara signifikan mengintensifkan ekstraksi antosianin dari bahan tanaman.
sumber: Ravanfar et al. 2015

 
Studi lain menunjukkan keberhasilan ekstraksi antosianin ultrasonik, antara lain dari bluberi, blackberry, anggur, ceri, stroberi, dan ubi jalar ungu.

Ekstraktor Ultrasonik Berkinerja Tinggi

Hielscher Ultrasonics berspesialisasi dalam pembuatan prosesor ultrasonik berkinerja tinggi untuk produksi ekstrak berkualitas tinggi dari bahan botani.
Portofolio sonikator Hielscher yang luas mencakup ultrasonikator laboratorium berukuran kecil dengan daya tinggi hingga sistem meja yang kokoh dan sistem industri sepenuhnya, yang menghasilkan ultrasonik berintensitas tinggi untuk ekstraksi dan isolasi zat bioaktif secara efisien (misalnya antosianin, gingerol, piperin, kurkumin dll.).
Semua ultrasonikator dari 200W hingga 16.000W dilengkapi layar sentuh berwarna untuk kontrol digital, kartu SD terintegrasi untuk perekaman data otomatis, kendali jarak jauh melalui peramban, dan banyak fitur lain yang mudah digunakan. Sonotrode dan sel alir (bagian yang bersentuhan dengan medium) dapat disterilkan dengan autoklaf dan mudah dibersihkan.
Sonikator Hielscher sangat kokoh dan dirancang untuk pengoperasian 24/7 pada beban penuh, sekaligus membutuhkan sedikit perawatan serta mudah dan aman dioperasikan. Layar digital berwarna memungkinkan pengendalian ultrasonikator yang mudah digunakan.
Sistem kami mampu menghasilkan amplitudo rendah hingga sangat tinggi. Untuk ekstraksi kanabinoid dan terpena, kami menawarkan sonotrode ultrasonik khusus (juga dikenal sebagai probe atau horn ultrasonik) yang dioptimalkan untuk isolasi zat aktif berkualitas tinggi secara lembut. Semua sistem kami dapat digunakan untuk ekstraksi dan emulsifikasi kanabinoid setelahnya. Kekokohan sonikator Hielscher memungkinkan pengoperasian kontinu (24/7) pada beban kerja berat dan di lingkungan dengan tuntutan tinggi.

Kontrol parameter proses ultrasonik yang presisi memastikan reproduktibilitas dan standardisasi proses.
 

Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Literatur / Referensi

• 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.

Fakta yang Perlu Diketahui

Bagaimana Cara Kerja Ekstraksi Berbantuan Ultrasonik?

Penerapan gelombang ultrasonik intens pada medium cair menghasilkan kavitasi. Fenomena kavitasi secara lokal menimbulkan suhu, tekanan, laju pemanasan/pendinginan, dan perbedaan tekanan yang ekstrem serta gaya geser tinggi di dalam medium. Ketika gelembung kavitasi mengalami implosi pada permukaan padatan (seperti partikel, sel tanaman, jaringan, dll.), semburan mikro dan tumbukan antarpartikel menghasilkan efek seperti pengelupasan permukaan, erosi, dan pemecahan partikel. Selain itu, implosi gelembung kavitasi dalam medium cair menciptakan turbulensi makro dan pencampuran mikro.
Iradiasi ultrasonik pada bahan tanaman memfragmentasi matriks sel tanaman dan meningkatkan hidrasinya. Chemat et al (2015) menyimpulkan bahwa ekstraksi ultrasonik senyawa bioaktif dari bahan botani merupakan hasil dari berbagai mekanisme yang bekerja secara independen atau gabungan, termasuk fragmentasi, erosi, kapilaritas, destrukturisasi tekstur, dan sonoporasi. Efek-efek ini merusak dinding sel, meningkatkan perpindahan massa dengan mendorong pelarut masuk ke dalam sel dan mengisap keluar pelarut yang mengandung senyawa tanaman, serta memastikan pergerakan cairan melalui pencampuran mikro.

Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada kavitasi akustik dan gaya geser hidrodinamiknya

Iradiasi ultrasonik pada bahan tanaman memfragmentasi matriks sel tanaman dan meningkatkan hidrasinya. Chemat et al. (2015) menyimpulkan bahwa ekstraksi ultrasonik senyawa bioaktif dari bahan botani merupakan hasil dari berbagai mekanisme yang bekerja secara independen atau gabungan, termasuk fragmentasi, erosi, kapilaritas, destrukturisasi tekstur, dan sonoporasi. Efek-efek ini merusak dinding sel, meningkatkan perpindahan massa dengan mendorong pelarut masuk ke dalam sel dan mengisap keluar pelarut yang mengandung senyawa tanaman, serta memastikan pergerakan cairan melalui pencampuran mikro.
Ekstraksi ultrasonik menghasilkan isolasi senyawa yang sangat cepat – mengungguli metode ekstraksi konvensional dengan waktu proses lebih singkat, rendemen lebih tinggi, dan suhu lebih rendah. Sebagai perlakuan mekanis yang lembut, ekstraksi berbantuan ultrasonik menghindari degradasi termal komponen bioaktif dan lebih unggul dibandingkan teknik lain seperti ekstraksi pelarut konvensional, hidrodistilasi, atau ekstraksi Soxhlet, yang diketahui merusak molekul sensitif terhadap panas. Karena keunggulan ini, ekstraksi ultrasonik merupakan teknik pilihan untuk melepaskan senyawa bioaktif yang sensitif terhadap suhu dari bahan botani.

Ekstraksi ultrasonik dari sel tanaman: penampang melintang (TS) mikroskopis menunjukkan mekanisme kerja selama ekstraksi ultrasonik dari sel (perbesaran 2000x) [sumber: Vilkhu et al. 2011]

Antosianin – Pigmen Tanaman yang Bernilai

Antosianin merupakan pigmen vakuola tanaman yang dapat tampak merah, ungu, biru, atau hitam. Warna yang ditampilkan oleh pigmen antosianin yang larut dalam air bergantung pada nilai pH-nya. Antosianin ditemukan di vakuola sel, terutama pada bunga dan buah, tetapi juga pada daun, batang, dan akar, yang sebagian besar terdapat pada lapisan sel luar seperti epidermis dan sel mesofil perifer.
Yang paling sering ditemukan di alam adalah glikosida sianidin, delfinidin, malvidin, pelargonidin, peonidin, dan petunidin.
Contoh utama tanaman yang kaya akan antosianin meliputi spesies vaccinium, seperti bluberi, cranberry, dan bilberry; buah beri Rubus, termasuk rasberi hitam, rasberi merah, dan blackberry; blackcurrant, ceri, terung, beras hitam, ube, ubi jalar Okinawa, anggur Concord, anggur muscadine, kubis merah, dan mahkota bunga violet. Persik dan apel berdaging merah mengandung antosianin. Antosianin lebih sedikit terdapat pada pisang, asparagus, kacang ercis, adas, pir, dan kentang, dan mungkin sama sekali tidak terdapat pada kultivar gooseberry hijau tertentu.

Struktur antosianin utama

Antosianin merupakan alternatif yang sangat baik untuk menggantikan zat pewarna sintetis dalam produk pangan. Antosianin telah disetujui untuk digunakan sebagai pewarna pangan di Uni Eropa, Australia, dan Selandia Baru, dengan kode pewarna E163. Antosianin terdapat dalam buah dan sayuran serta dapat digambarkan sebagai jenis pigmen tanaman yang larut dalam air. Secara kimia, antosianin merupakan glikosida antosianidin yang didasarkan pada struktur 2-phenylbenzophyrylium (flavylium). Terdapat lebih dari 200 senyawa fitokimia berbeda yang termasuk dalam kategori antosianin. Sebagai pigmen warna utama dalam buah liar dan buah beri, terdapat banyak sumber yang dapat digunakan untuk mengekstrak antosianin. Salah satu sumber utama antosianin adalah kulit anggur. Pigmen antosianin dalam kulit anggur terutama terdiri atas diglukosida, monoglukosida, monoglukosida terasilasi, serta diglukosida terasilasi dari peonidin, malvidin, sianidin, petunidin, dan delfinidin. Kandungan antosianin dalam anggur bervariasi dari 30–750mg/100g.
Antosianin yang paling utama adalah sianidin, delfinidin, pelargonidin, peonidin, malvidin, dan petunidin.
Sebagai contoh, antosianin peonidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6″-caffeoyl-6‴-feruloyl sophoroside)-5-glucoside, dan cyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside ditemukan dalam ubi jalar ungu.

Antosianin – Manfaat bagi Kesehatan

Selain kemampuannya yang sangat baik sebagai pewarna pangan alami, antosianin sangat dihargai karena efek antioksidatifnya. Oleh karena itu, antosianin menunjukkan banyak efek positif bagi kesehatan. Penelitian menunjukkan bahwa antosianin dapat menghambat kerusakan DNA pada sel kanker, menghambat enzim pencernaan, menginduksi produksi insulin pada sel pankreas yang diisolasi, mengurangi respons peradangan, melindungi dari penurunan fungsi otak terkait usia, meningkatkan kekedapan pembuluh darah kapiler, dan mencegah agregasi trombosit.