Estrazione ultrasonica della curcumina
La curcumina è un fitochimico farmacologico e nutrizionale presente nei rizomi della Curcuma longa. Per ottenere rese elevate di curcumina, gli estrattori a ultrasuoni sono utilizzati come tecnica di estrazione più efficiente. L'estrazione a ultrasuoni consente di ottenere curcumina di qualità superiore e rese molto elevate. Contemporaneamente, la sonicazione richiede solo un breve tempo di lavorazione del rizoma di curcuma.
Isolamento a ultrasuoni della curcumina
L'estrazione a ultrasuoni è un'alternativa molto efficiente alle tecniche di estrazione convenzionali come la macerazione, l'estrazione con solventi a caldo o l'estrazione Soxhlet.
Isolamento a ultrasuoni della curcumina e dei curcuminoidi dalla pianta di curcuma (es. Curcuma longa, Curcuma amada) è un processo efficiente, rapido e semplice. Rispetto all'estrazione Soxhlet e all'estrazione convenzionale in batch, l'estrazione assistita da ultrasuoni eccelle con un aumento significativo della resa di curcumina in un tempo di estrazione più breve.
Per l'estrazione a ultrasuoni dei fitocostituenti si possono utilizzare diversi solventi, come acqua, solventi acquosi, etanolo, metanolo, glicerina ecc. Per l'estrazione della curcumina, l'acqua, l'etanolo e i triacilgliceroli sono solventi efficaci e sicuri, che consentono di ottenere un'elevata resa di estratto.
- Alto rendimento
- Estrazione rapida
- Recupero più completo
- funzionamento sicuro
- Facile implementazione
ultrasuonatore UIP1000hdT con cella a flusso per l'estrazione della curcurmina
Processo di estrazione a ultrasuoni
I sonicatori all'avanguardia di Hielscher consentono il pieno controllo dei parametri di processo, quali ampiezza, temperatura, pressione ed energia immessa.
Per l'estrazione a ultrasuoni, i parametri periferici come la dimensione delle particelle della materia prima, il tipo di solvente, il rapporto solido-solvente e il tempo di estrazione possono essere facilmente variati e ottimizzati per ottenere i migliori risultati.
Poiché l'estrazione a ultrasuoni è un metodo di estrazione non termico, si evita la degradazione termica degli ingredienti bioattivi.
Nel complesso, vantaggi come l'alta resa, il breve tempo di estrazione, la bassa temperatura di estrazione e le piccole quantità di solvente rendono la sonicazione il metodo di estrazione superiore.
Estrazione ad ultrasuoni della curcumina con il UP400St e successiva separazione dei principi bioattivi dal solvente (recupero del solvente) attraverso un evaporatore rotativo
L'estrazione a ultrasuoni della curcumina dalla curcuma è risultata più efficiente quando la sonicazione è stata applicata in una configurazione continua in linea, utilizzando una cella di flusso a ultrasuoni. Le temperature di processo, comprese tra 60 e 80°C, sono utili per aumentare la resa dell'estratto.
Efficienza di processo superiore: L'estrazione a ultrasuoni eccelle come tecnica sostenibile che richiede solo un investimento moderato in apparecchiature a ultrasuoni. Il processo a ultrasuoni può essere scalato linearmente fino alla produzione industriale. I costi del solvente e dell'energia per il processo a ultrasuoni sono molto bassi. Altri importanti vantaggi sono la facilità e la sicurezza del funzionamento, i costi economici e la riproducibilità, fondamentale per una produzione standardizzata.
Formulazione liposomiale a ultrasuoni
La curcumina è una molecola idrofobica e liposolubile. Ciò significa che la curcumina deve essere formulata in un sistema di trasporto del farmaco come liposomi, nanoemulsioni, nanosfere, nanoparticelle polimeriche o complessi fito-fosfolipidici. Le soluzioni acquose di curcumina possono essere preparate aggiungendo tensioattivi, lipidi, albumine, ciclodestrine, biopolimeri ecc. La preparazione a ultrasuoni di nanoemulsioni e sospensioni uniformi è una tecnica molto efficace per formulare la curcumina in complessi di carrier farmacologici. I carrier farmacologici migliorano la solubilità, l'assorbimento, la farmacocinetica e la biodisponibilità della curcumina. Formulando la curcumina in nano-complessi, la solubilità in acqua è aumentata di circa 98000 volte (rispetto alla curcumina libera in acqua). La nanocomplicazione ha migliorato notevolmente la biodisponibilità e la stabilità di conservazione della curcumina.
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apparecchiatura di estrazione a ultrasuoni
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Tutte le macchine digitali a ultrasuoni sono dotate di un display touch colorato, di una scheda SD integrata per il protocollaggio automatico dei dati e di un controllo remoto via browser per un monitoraggio completo del processo. Con i sofisticati sistemi a ultrasuoni di Hielscher, l'elevata standardizzazione dei processi e il controllo della qualità diventano semplici.
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Protocollo: Nano-incapsulazione a ultrasuoni della curcumina
Preparazione di nanoparticelle caricate con curcumina
Le nanoparticelle caricate con curcumina sono sintetizzate con la tecnica della miniemulsificazione-evaporazione. La procedura varia a seconda dell'incapsulante utilizzato, come descritto di seguito. La formulazione utilizzata è stata di 22,400 g di acqua, 0,180 g di lecitina, 11,500 g di diclorometano e 0,390 g di incapsulante (acido poli(L-lattico) PLLA, 4.000 g/gmol o poli(acido metacilico-co-metilmetacrilato Eudragit S100, 125.000 g/gmol o una loro miscela). Non è necessario alcun co-stabilizzante, poiché è noto che i polimeri preformati sono efficaci nel prevenire la degradazione dell'emulsione per diffusione.
Quando si utilizza il PLLA come incapsulante, il PLLA e la lecitina sono stati sciolti in diclorometano per 10 minuti e, successivamente, è stata aggiunta la curcumina e mescolata per 5 minuti (1, 3, 6, 18 wt% della massa totale dell'incapsulante). Questa soluzione è stata aggiunta all'acqua distillata sotto leggera agitazione. La macroemulsione formata viene sonicata con un omogeneizzatore a ultrasuoni, ad esempio UP100H per 180 secondi a cicli di impulsi (30 secondi di sonicazione, 10 secondi di pausa). Successivamente, il solvente è stato fatto evaporare per 18 ore a 40°C. Quando PLLA ed Eudragit S100 sono stati utilizzati insieme come incapsulante, Eudragit S100 è stato sciolto in diclorometano a 60°C per 20 minuti. Successivamente, la miscela è stata raffreddata e il solvente evaporato è stato aggiunto nuovamente.
Letteratura / Riferimenti
- M. V. Bagal; Aamir Deshmukh, Nihar Thakur, Anmol Valiyare (2020): Curcumin Extraction using Ultra sonication: A Review. JETIR Volume 7, Issue 6, June 2020.
- Dang, Le Hang; Vu, Minh Thanh; Chen, Jun; Nguyen, Cuu Khoa; Bach, Long Giang; Tran, Ngoc Quyen; Le, Van Thu (2019): Effect of Ultrasonication on Self-Assembled Nanostructures Formed by Amphiphilic Positive-Charged Copolymers and Negative-Charged Drug. ACS Omega 4, 2019. 4540-4552.
- Thorat, Alpana; Dalvi, Sameer (2014): Particle Formation Pathways and Polymorphism of Curcumin Induced by Ultrasound and Additives During Liquid Antisolvent Precipitation. CrystEngComm. 16, 2014.
- Chen, F.-P. et al. (2015): Nanocomplexation between Curcumin and Soy Protein Isolate: Influence on Curcumin Stability/Bioaccessibility and in Vitro Protein Digestibility. J. Agric. Food Chem. 63, 2015. 3559−3569.
- Kimthet, Ch. et al. (2017): Extraction of curcumin from Curcuma longa L. using ultrasound assisted supercritical carbon dioxide. AIP Conference Proceedings 184, 2017.
Particolarità / Cose da sapere
Gli ultrasuoni e i loro effetti estrattivi
L'estrazione assistita da ultrasuoni si basa sul principio di Cavitazione acustica. Quando gli ultrasuoni ad alta potenza (US a bassa frequenza e alta intensità) vengono accoppiati a un mezzo liquido o pastoso, le onde creano cicli alternati di alta pressione (compressione) e bassa pressione (rarefazione). Durante questi cicli di alta e bassa pressione, si formano delle bolle di vuoto che crescono per diversi cicli. Quando le bolle non possono più assorbire energia, implodono violentemente. L'implosione delle bolle e i suoi effetti sono noti come cavitazione acustica. La cavitazione genera microgetti, forze di taglio, onde d'urto/differenziali di pressione elevati, formazione di radicali, temperature estreme e streaming acustico. Queste condizioni intense provocano la rottura delle pareti cellulari e un elevato trasferimento di massa, in modo che il materiale intracellulare venga trasferito nel solvente.
Solventi delicati e non tossici
Gli estratti di erbe utilizzati a scopo medicinale e nutrizionale stanno riscuotendo un interesse sempre crescente come rimedi farmacologici e come integratori alimentari (nutraceutici). Per rilasciare i composti desiderati dal materiale vegetale, questo deve essere disciolto in un solvente. Quando gli estratti mirati vengono rimossi dalla massa del materiale vegetale e trasferiti nel solvente, l'estratto può essere concentrato. L'estrazione a ultrasuoni può essere applicata come metodologia priva di solventi, utilizzando l'acqua come solvente. Le estrazioni con alcool e glicerina sono entrambe non tossiche ed efficaci e vengono spesso utilizzate per l'estrazione di ingredienti alimentari, farmaceutici e cosmetici.
Per quanto riguarda la produzione di estratti altamente potenti, sani e non tossici, è importante utilizzare un metodo di estrazione efficiente, che consenta l'uso di solventi delicati e non tossici come acqua, triacilgliceroli o alcol.
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curcumina
La curcumina è un'oleoresina di curcuma e un pigmento naturale presente nei rizomi della pianta di tumore. Altri importanti composti curcuminoidi sono la demetossicurcumina (DMC) e la bisdemetossicurcumina (BDMC).
La curcumina (formula chimica C21H20O6) può essere estratto da Curcuma longa, Curcuma amada, Curcuma ochrorhiza Val. o sintetizzati chimicamente.
La curcumina è catturata nella rete di polisaccaridi-lignina della curcuma. Pertanto, è necessaria una tecnica di estrazione potente come la sonicazione per rompere le pareti cellulari in modo da liberare il fitochimico bioattivo.
Alcuni studi hanno dimostrato che il composto attivo piperina, presente nel pepe nero, aumenta la biodisponibilità della curcumina di oltre il 2.000%.
curcuma
Curcuma (Curcuma longa) è una pianta erbacea perenne della famiglia dello zenzero. Zingiberaceae. È originaria dell'India e del sud-est asiatico. I rizomi della pianta di curcuma vengono raccolti per essere utilizzati come spezia e medicina.
La curcuma è la spezia che conferisce al curry il suo colore giallo intenso ed è utilizzata in India da migliaia di anni come spezia culinaria e come medicina ayurvedica. La curcuma in polvere è caratterizzata da un sapore caldo, amaro, simile al pepe e da un aroma terroso.
La polvere o la pasta di curcuma viene utilizzata per preparare una bevanda calda molto diffusa. – il cosiddetto “latte alla curcuma” o “latte d'oro” – che viene preparato con latte o alternative al latte, come il latte di soia, di mandorla o di cocco.
La curcuma è apprezzata per i suoi effetti antiossidanti, antinfiammatori e analgesici.
Oltre agli usi culinari e medicinali, la curcuma viene utilizzata come colorante naturale.