Estrazione della curcumina a ultrasuoni
La curcumina è un composto fitochimico di interesse farmacologico e nutrizionale presente nei rizomi di Curcuma longa. Per ottenere rese elevate di curcumina, si utilizzano estrattori a ultrasuoni come tecnica di estrazione più efficiente. L’estrazione a ultrasuoni consente di ottenere curcumina di qualità superiore e rese molto elevate. Al contempo, la sonicazione richiede soltanto un breve tempo di trattamento del rizoma di curcuma.
Isolamento della curcumina a ultrasuoni
L’estrazione a ultrasuoni è un’alternativa altamente efficiente alle tecniche di estrazione convenzionali, quali la macerazione, l’estrazione con solvente caldo o l’estrazione Soxhlet.
L’isolamento a ultrasuoni della curcumina e dei curcuminoidi dalla pianta di curcuma (ad es. Curcuma longa, Curcuma amada) è un processo efficiente, rapido e semplice. Rispetto all’estrazione Soxhlet e all’estrazione convenzionale in lotti, l’estrazione assistita da ultrasuoni si distingue per una resa di curcumina significativamente maggiore in un tempo di estrazione più breve.
Per l’estrazione a ultrasuoni dei fitocostituenti si possono utilizzare vari solventi, quali acqua, solventi acquosi, etanolo, metanolo, glicerina ecc. Per l’estrazione della curcumina, acqua, etanolo e triacilgliceroli sono solventi efficaci e sicuri che consentono di ottenere una resa elevata di estratto.
- Resa elevata
- Estrazione rapida
- Recupero più completo
- Funzionamento sicuro
- Facile implementazione
Sonicatore UIP1000hdT con cella di flusso per l’estrazione della curcumina
Processo di estrazione a ultrasuoni
I sonicatori Hielscher all’avanguardia consentono il pieno controllo dei parametri di processo, quali ampiezza, temperatura, pressione e apporto energetico.
Per l’estrazione a ultrasuoni, parametri accessori quali 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 quali la resa elevata, il breve tempo di estrazione, la bassa temperatura di estrazione e le ridotte quantità di solvente rendono la sonicazione il metodo di estrazione superiore.
Estrazione della curcumina a ultrasuoni con UP400ST e successiva separazione dei principi bioattivi dal solvente (recupero del solvente) mediante evaporatore rotante
L’estrazione della curcumina dalla curcuma a ultrasuoni si è dimostrata più efficiente quando la sonicazione è stata applicata in una configurazione continua in linea, utilizzando una cella di flusso a ultrasuoni. Temperature di processo comprese tra 60 e 80°C favoriscono l’aumento della resa di estratto.
Efficienza di processo superiore: L’estrazione a ultrasuoni si distingue come tecnica sostenibile che richiede soltanto un investimento moderato in apparecchiature a ultrasuoni. Il processo a ultrasuoni può essere scalato linearmente fino alla produzione industriale. I costi dei solventi e dell’energia per il processo a ultrasuoni sono molto bassi. Altri vantaggi importanti sono il funzionamento semplice e sicuro, i costi contenuti e la riproducibilità, fondamentale per una produzione standardizzata.
Formulazione liposomiale a ultrasuoni
La curcumina è una molecola idrofoba e liposolubile. Ciò significa che la curcumina deve essere formulata in un sistema di veicolazione 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 veicolazione del farmaco. I veicoli del farmaco migliorano la solubilità, l’assorbimento, la farmacocinetica e la biodisponibilità della curcumina. Formulando la curcumina in nanocomplessi, la solubilità in acqua aumenta di circa 98.000 volte (rispetto alla curcumina libera in acqua). La nanocomplessazione ha migliorato considerevolmente la biodisponibilità e la stabilità della curcumina durante la conservazione.
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Apparecchiature per l’estrazione a ultrasuoni
Hielscher Ultrasonics è il tuo partner per i processi di estrazione da materie prime vegetali. Che tu voglia estrarre piccole quantità per la ricerca e l’analisi o trattare grandi volumi per la produzione commerciale, abbiamo l’estrattore a ultrasuoni adatto a te. I nostri omogeneizzatori a ultrasuoni da laboratorio , così come i nostri sonicatori da banco e industriali , sono robusti, facili da usare e costruiti per funzionare 24/7 a pieno carico. Un’ampia gamma di accessori , quali sonotrodi (sonde / corni a ultrasuoni) di diverse dimensioni e forme, celle di flusso, reattori e booster, consente di ottenere la configurazione ottimale per il tuo specifico processo di estrazione.
Tutte le apparecchiature digitali a ultrasuoni sono dotate di un display touch a colori, una scheda SD integrata per la registrazione automatica dei dati e un controllo remoto tramite browser per un monitoraggio completo del processo. Con i sofisticati sistemi a ultrasuoni Hielscher, ottenere un’elevata standardizzazione del processo e controllare la qualità diventa semplice.
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Protocollo: nanoincapsulamento della curcumina a ultrasuoni
Preparazione di nanoparticelle caricate con curcumina
Le nanoparticelle caricate con curcumina vengono sintetizzate mediante la tecnica di miniemulsificazione-evaporazione. La procedura varia in funzione dell’incapsulante utilizzato, come descritto di seguito. La formulazione utilizzata era composta da 22,400g di acqua, 0,180g di lecitina, 11,500g di diclorometano e 0,390g di incapsulante (poli(acido L-lattico) PLLA, 4.000g/gmol oppure poly(methacylic acid-co-methyl methacrylate Eudragit S100, 125.000 g/gmol oppure una loro miscela vengono utilizzati come incapsulante). 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 vengono disciolti in diclorometano per 10 minuti; successivamente si aggiunge la curcumina e si miscela per 5 min (1, 3, 6, 18 wt% della massa totale dell’incapsulante). Questa soluzione viene aggiunta all’acqua distillata sotto lieve agitazione. La macroemulsione formata viene sonicata con un omogeneizzatore a ultrasuoni come UP100H per 180 secondi in cicli pulsati (30sec di sonicazione, 10sec di pausa). Successivamente, il solvente viene fatto evaporare per 18 ore a 40°C. Quando PLLA ed Eudragit S100 vengono utilizzati insieme come incapsulante, Eudragit S100 viene disciolto in diclorometano a 60°C per 20 minuti. In seguito, la miscela viene raffreddata e il solvente evaporato viene nuovamente aggiunto.
Letteratura / Riferimenti bibliografici
- 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.
Informazioni utili
Gli ultrasuoni e i loro effetti estrattivi
L’estrazione assistita da ultrasuoni si basa sul principio della cavitazione acustica. Quando ultrasuoni ad alta potenza (bassa frequenza, alta intensità) vengono accoppiati a un mezzo liquido o pastoso, le onde generano cicli alternati di alta pressione (compressione) e bassa pressione (rarefazione). Durante questi cicli di alta pressione / bassa pressione si formano bolle di vuoto che crescono nel corso di più cicli. Quando le bolle non possono assorbire altra energia, implodono violentemente. Questa implosione delle bolle e i suoi effetti sono noti come cavitazione acustica. La cavitazione genera microgetti, forze di taglio, onde d’urto / elevati differenziali di pressione, formazione di radicali, temperature estreme e correnti acustiche. Queste condizioni intense rompono le pareti cellulari e determinano un elevato trasferimento di massa, così che il materiale intracellulare viene trasferito nel solvente.
Solventi delicati e non tossici
Gli estratti vegetali utilizzati per scopi medicinali e nutrizionali suscitano un interesse in rapida crescita come rimedi farmacologici e integratori nutrizionali (nutraceutici). Per liberare i composti desiderati dal materiale vegetale, questo deve essere disciolto in un solvente. Quando gli estratti di interesse 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 senza solventi utilizzando l’acqua come solvente. Anche le estrazioni con alcol e glicerina sono non tossiche ed efficaci e vengono spesso utilizzate per l’estrazione di ingredienti alimentari, farmaceutici e cosmetici.
Per la produzione di estratti altamente potenti, salutari e non tossici, è importante utilizzare un metodo di estrazione efficiente che consenta l’impiego di solventi delicati e non tossici, quali 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 curcuma. Altri importanti composti curcuminoidi sono la demetossicurcumina (DMC) e la bisdemetossicurcumina (BDMC).
La curcumina (formula chimica C21H20O6) può essere estratta da Curcuma longa, Curcuma amada, Curcuma ochrorhiza Val. oppure sintetizzata chimicamente.
La curcumina è intrappolata nella rete di polisaccaridi e lignina della curcuma. È quindi necessaria una tecnica di estrazione potente, come la sonicazione, per rompere le pareti cellulari e liberare il composto fitochimico bioattivo.
Gli studi hanno dimostrato che il composto attivo piperina, presente nel pepe nero, aumenta la biodisponibilità della curcumina di oltre il 2.000%.
Curcuma
La curcuma (Curcuma longa) è una pianta erbacea perenne della famiglia dello zenzero, le Zingiberaceae. È originaria dell’India e del Sud-est asiatico. I rizomi della pianta di curcuma vengono raccolti per essere utilizzati come spezia e medicinale.
La curcuma è la spezia che conferisce al curry il suo colore giallo intenso e viene utilizzata in India da migliaia di anni sia come spezia in cucina sia come medicinale ayurvedico. La curcuma in polvere è caratterizzata da un sapore caldo, amaro, simile al pepe e da un aroma terroso.
La curcuma in polvere o in pasta viene utilizzata per preparare una popolare bevanda calda – il cosiddetto “latte alla curcuma” o “latte dorato” – preparata con latte o alternative vegetali al latte, come latte di soia, mandorla o 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.