Estrazione a ultrasuoni della piperina dal pepe

• La piperina è una sostanza bioattiva presente nei grani di pepe e apprezzata per le sue proprietà farmacologiche.
• L’estrazione a ultrasuoni è una tecnica efficiente, semplice e rapida per isolare piperina di alta qualità.
• L’estrazione a ultrasuoni è un metodo affidabile e comprovato, già ampiamente utilizzato nell’industria farmaceutica e alimentare.

Estrazione della piperina mediante ultrasuoni ad alte prestazioni

La piperina è un composto bioattivo apprezzato, noto per la sua capacità potenziale di aumentare l’assorbimento di curcumina, selenio, vitamina B12, beta-carotene e altri composti. Per questo motivo, l’industria farmaceutica e nutrizionale è fortemente interessata all’estrazione rapida e semplice di piperina di alta qualità.
L’estrazione convenzionale della piperina e della piperidina viene effettuata mediante un’estrazione con solvente che richiede molto tempo e utilizza DMC (diclorometano), un solvente tossico. L’estrazione a ultrasuoni supera l’estrazione convenzionale con solvente grazie a rese più elevate, all’impiego di solventi non tossici (ad esempio etanolo) e a un processo di estrazione rapido. Gli ultrasuoni ad alte prestazioni generano cavitazione nei liquidi. La cavitazione acustica o ultrasonica genera localmente condizioni estreme, come temperature estremamente elevate e differenziali di pressione estremamente elevati, getti di liquido e forze di taglio. Queste forze ultrasoniche rompono le pareti cellulari e aumentano il trasferimento di massa tra l’interno delle cellule e il solvente circostante, consentendo il rilascio delle sostanze bioattive. L’estrazione a ultrasuoni è una tecnica comprovata per isolare composti specifici, come la piperina, dal pepe macinato (piper nigrum, piper longum).

Condizioni ottimali di estrazione mediante sonicazione

Uno dei vantaggi più importanti dell’isolamento a ultrasuoni è il controllo preciso di tutti i parametri di processo. L’intensità ultrasonica (ampiezza, potenza, ciclo di lavoro), il tempo di estrazione, il solvente, il rapporto solido/solvente e la temperatura possono essere regolati alle condizioni ottimali per ottenere la massima resa di piperina di alta qualità.

Esempio di protocollo per l’estrazione a ultrasuoni della piperina

In una configurazione su piccola scala con becher, la massima resa di piperina (5,8 mg/g) da Piper longum macinato si ottiene in condizioni ottimizzate di estrazione a ultrasuoni, individuate come segue:
Sonicatore UP200St o UP200Ht (200W, 26kHz)
parametri ultrasonici: ampiezza 100%, ciclo di lavoro 80%
tempo di sonicazione: circa 18 min.
solvente: etanolo
rapporto solido/solvente: 1:10
temperatura: 50°C

Risultati superiori

L’estrazione a ultrasuoni presenta vantaggi significativi rispetto all’estrazione tradizionale in batch e con solvente. Rathod (2014) mostra che il tempo di estrazione si riduce dalle 8h dell’estrazione in batch con solvente e dalle 4h dell’estrazione Soxhlet a 18 min. con l’estrazione a ultrasuoni. Inoltre, l’estrazione a ultrasuoni offre una resa di estrazione della piperina più elevata. Le rese di estrazione della piperina ottenute con l’estrazione Soxhlet e con i metodi di estrazione in batch sono risultate rispettivamente pari a 1,67 mg/g e 0,98 mg/g, valori molto inferiori alla resa di 5,8mg/g ottenuta con gli ultrasuoni. Rathod (2014) conclude che l’estrazione assistita da ultrasuoni di fitocostituenti naturali, come la piperina, riduce il problema della bassa estraibilità e dei lunghi tempi di estrazione rispetto ai metodi tradizionali.

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Tutti i nostri sonicatori sono progettati per il funzionamento 24/7, richiedono poca manutenzione e sono facili e sicuri da utilizzare.

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:

Bibliografia/Riferimenti

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Potenziale antiossidante e antiglicazione del pepe verde (Piper nigrum): ottimizzazione dell’estrazione a base di β-ciclodestrina mediante la metodologia delle superfici di risposta. Food Chemistry, Volume 316, 2020.
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• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Estrazione della piperina da Piper longum mediante ultrasuoni. Industrial Crops and Products Vol. 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Ottimizzazione dell’estrazione dei composti fenolici della giuggiola (Ziziphus Jujube) mediante un metodo di estrazione assistita da ultrasuoni.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Estrazione e caratterizzazione delle proteine del fiore di banano (Musa Sapientum L) e valutazione delle attività antimicrobiche. J Food Sci Technol (febbraio 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Ottimizzazione dei parametri di estrazione dell’epigallocatechina gallato dal tè verde mediante metodi convenzionali con acqua calda e metodi assistiti da ultrasuoni. Trasformazione degli alimenti e dei bioprodotti 111 (2018). 37-44.

Informazioni utili

Estrazione a ultrasuoni

L’estrazione a ultrasuoni di sostanze bioattive da materiali vegetali si basa sul principio della cavitazione acustica. La cavitazione acustica si verifica quando onde ultrasoniche ad alta intensità (ad esempio con ampiezze elevate di 100µm, generate da ultrasuoni a 20–26kHz) vengono accoppiate a un liquido. Le forze di taglio dovute alla cavitazione perforano e rompono le pareti cellulari del materiale vegetale e spingono il solvente circostante all’interno delle cellule, per poi richiamarlo all’esterno. Dopo il processo di estrazione, il solvente contiene le molecole di interesse, che possono quindi essere separate (ad esempio mediante centrifugazione). L’estrazione a ultrasuoni è nota per fornire rese elevate di estratti vegetali integri.

Estrazione a ultrasuoni dalle cellule: la sezione trasversale (TS) microscopica del fusto apicale della menta (Mentha piperita) mostra il meccanismo d’azione durante l’estrazione a ultrasuoni dalle cellule (ingrandimento 2000x) [fonte: Vilkhu et al. 2011]

Piperina

La piperina (1-piperyol-piperidine) è il principale composto pungente del pepe (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Il sapore del pepe, la sua piccantezza e quindi la sua qualità sono correlati alla quantità di piperina. Questo attributo qualitativo può essere modificato mediante l’idrolisi della piperina, che provoca la scissione dell’anello piperidinico.
La piperina è nota per diversi effetti farmacologici, ad esempio attività antifungina, antidiarroica, antinfiammatoria e inibitoria nei confronti della 5-lipossigenasi e della ciclossigenasi-1. Inoltre, la piperina aumenta la biodisponibilità della curcumina del 2000%. Per questo motivo, la piperina è una sostanza molto utilizzata nelle formulazioni di integratori (ad esempio BioPerine®).
La piperina può essere estratta da Piper nigrum e Piper longum.
La piperidina è un’ammina secondaria ciclica, una struttura molecolare presente in molti alcaloidi vegetali. La piperidina deriva dall’idrolisi della piperina. La piperidina e i suoi derivati sono elementi costitutivi ampiamente utilizzati nella sintesi di prodotti farmaceutici e prodotti di chimica fine.

Pepe

Piper nigrum, il pepe nero, è una pianta rampicante a fiore della famiglia Piperaceae. Viene coltivata per i suoi frutti, i grani di pepe, che vengono generalmente essiccati e utilizzati come spezia e condimento. I grani di pepe nero, verde e bianco sono tutti ottenuti dalla pianta del pepe nero. I diversi colori derivano dal trattamento e dalla preparazione dei grani di pepe. I grani di pepe nero si ottengono facendo bollire le drupe acerbe in acqua calda e successivamente essiccandole. Il pepe bianco viene raccolto sotto forma di bacche completamente mature della pianta del pepe; successivamente, la buccia scura del frutto maturo viene rimossa mediante macerazione. I grani di pepe verde si ottengono dalle drupe acerbe trattandole con anidride solforosa, conservandole in scatola o liofilizzandole per preservarne i pigmenti verdi.

Piper longum Linn, noto anche come pepe lungo indiano (pipli), è strettamente imparentato con Piper nigrum e ha un sapore simile, ma più piccante rispetto a Piper nigrum.
I frutti di Piper longum contengono circa l’1% di oli volatili, resina, gli alcaloidi piperina e piperlonguminina, un alcaloide ceroso denominato Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide e una sostanza terpenoide. La piperina, un alcaloide piperidinico, è responsabile del gusto speziato e pungente delle bacche di pepe. La piperlongumina è una sostanza farmacologicamente attiva che mostra attività contro molti tumori, tra cui quelli della prostata, della mammella, del polmone e del colon, il linfoma, la leucemia, i tumori cerebrali primari e il tumore gastrico.
Inoltre, nelle bacche di pepe si possono trovare le seguenti quantità di minerali: 1230mg/100g di calcio, 190mg/100g di fosforo e 62,1mg/100g di ferro. Le radici contengono piperina, piperlongumina o piplartina e diidrostigmasterolo.