ペッパーからのピペリンの超音波抽出
- ピペリンはトウガラシに含まれる生理活性物質で、その薬理学的特性が評価されている。
- 超音波は、高品質のピペリンを単離するための、効率的で簡単かつ迅速な抽出技術である。
- 超音波抽出は、製薬・食品業界ですでに広く使われている、信頼性と実績のある方法である。
高性能超音波によるピペリン抽出
ピペリンは、クルクミン、セレン、ビタミンB12、β-カロテンなどの吸収を高める可能性があることで知られる貴重な生理活性化合物である。そのため、製薬・栄養業界は、高品質のピペリンを迅速かつ簡単に抽出することに大きな関心を寄せている。
従来のピペリンとピペリジンの抽出は、有毒なDMC（ジクロロメタン）を用いた時間のかかる溶媒抽出で行われていた。超音波抽出は、収率が高く、毒性のない溶媒（エタノールなど）を使用し、抽出プロセスが迅速であるため、従来の溶媒抽出よりも優れています。高性能超音波は液体中にキャビテーションを発生させる。音響または超音波キャビテーションは、超高温・高圧の差、液体の噴流、せん断力など、局所的に極限状態を発生させる。これらの超音波力により細胞壁が破壊され、細胞内部と周囲の溶媒との間の物質移動が増加し、生理活性物質が放出される。超音波抽出は、挽いたコショウからピペリンなどの標的化合物を単離するための実証済みの技術である(黒胡椒, 長いすもも).
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ソニケーションによる最適抽出条件
超音波分離の最も重要な利点の一つは、全てのプロセスパラメーターを正確に制御できることである。超音波の強度（振幅、出力、デューティーサイクル）、抽出時間、溶媒、固形分と溶媒の比率、温度を最適な条件に調整し、高品質のピペリンを最高収率で得ることができる。
超音波ピペリン抽出プロトコルの例
小規模のビーカーセットアップでは、粉砕したピペリンから最大収量(5.8 mg/g)が得られた。 長いすもも は、最適化された超音波抽出条件で得られ、その条件は以下の通りであることが判明した：
ちょうおんぱはっせいそうち UP200St または UP200Ht (200W、26kHz）
超音波パラメータ100%振幅、80%デューティサイクル
超音波処理時間：約18分
溶媒：エタノール
固形分と溶媒の比率：1：10
温度50°C
優れた結果
超音波抽出は、従来のバッチ抽出や溶媒抽出に比べて大きな利点がある。Rathod (2014)は、抽出時間が8時間のバッチ溶媒抽出と4時間のソックスレー抽出から、18分の超音波抽出に短縮されることを示している。さらに、超音波抽出はピペリンの高い抽出収率を与える。ソックスレー抽出法とバッチ抽出法で得られたピペリンの抽出収量は、それぞれ1.67mg/gと0.98mg/gであり、超音波で得られた収量5.8mg/gよりはるかに低いことがわかった。Rathod (2014)は、ピペリンのような天然植物成分の超音波アシスト抽出は、従来の方法よりも抽出性が低く、抽出時間が長いという問題を軽減すると結論づけている。
黒胡椒からエッセンシャルオイルを抽出する際にも、超音波がうまく使われている。 エッセンシャルオイルの超音波水蒸留法について詳しくはこちらをご覧ください！
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下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：
| バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 00.5〜1.5mL | n.a. | バイアルツイーター |
| 1〜500mL | 10～200mL/分 | UP100H |
| 10〜2000mL | 20～400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1～20L | 0.2～4L/分 | UIP2000hdT |
| 10～100L | 2～10L/分 | UIP4000 |
| n.a. | 10～100L/分 | uip16000 |
| n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
文献／参考文献
- レオナルド・クリスティアン・ファブレ、グイド・ローランデリ、ンドゥミソ・ムシチレリ、ルサニ・ノラ・ヴァンガニ、クリスティーナ・ドス・サントス・フェレイラ、ジェシー・ファン・ウィク、マリア・デル・ピラール・ブエラ（2020年）： ピーマン（Piper nigrum）の抗酸化能と抗糖化能：応答曲面法によるβ-シクロデキストリンベースの抽出の最適化。 食品化学、第316巻、2020年。
- Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009)： イオン液体を用いたホワイトペッパーからのピペリンの超音波抽出.Analytica Chimica Acta 640, 2009.47-51.
- Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014)： 超音波を用いたPiper longumからのピペリンの抽出。 工業作物と製品 Vol.58, 2014.259-264.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013)： 超音波アシスト抽出法を用いたナツメのフェノール化合物抽出の最適化。
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018)： バナナ(Musa Sapientum L)花からのタンパク質の抽出と特性評価および抗菌活性の評価。 J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658-666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018)： 緑茶からのエピガロカテキンガレートの熱水および超音波アシスト法による抽出パラメータの最適化.Food and Bioproducts Processing 111 (2018).37-44.
知っておくべき事実
超音波抽出
植物からの生理活性物質の超音波抽出は、以下の原理に基づいている。 音響キャビテーション.音響キャビテーションは、高強度の超音波（例えば、20～26kHzの超音波で発生する100μmの高振幅）が液体中に結合することで発生する。キャビテーションによるせん断力は、植物材料の細胞壁を穿孔・破裂させ、周囲の溶媒を細胞内部へ押し込んだり、細胞内部から引き抜いたりする。抽出プロセスの後、溶媒は目的とする分子を運び、（例えば遠心分離によって）分離することができる。超音波抽出は、無傷の植物抽出物を高い収率で得ることができることで知られている。
細胞からの超音波抽出：ミント（Mentha piperita）の先端茎の顕微鏡横断面（TS）は、細胞からの超音波抽出中の作用メカニズムを示す（倍率2000倍）[resource: Vilkhu et al.］
ピペリン
ピペリン（1-ピペリオール-ピペリジン）はコショウの主な辛味成分である(黒胡椒 / 長いすもも, ピペラ科).ペッパーの風味、辛味、ひいてはその品質は、ピペリン量と相関している。この品質特性は、ピペリンを加水分解し、ピペリジン環を切断することで変化させることができる。
ピペリンには、抗真菌作用、止瀉作用、抗炎症作用、5-リポキシゲナーゼおよびシクロオキシゲナーゼ-1阻害作用など、さまざまな薬理作用があることが知られている。さらに、ピペリンは以下の物質の生物学的利用能を高める。 クルクミン を2000％上回る。そのため、ピペリンはサプリメント製剤（バイオペリン®など）によく使われる物質である。
ピペリンは以下から抽出できる。 黒胡椒 そして 長いすもも.
ピペリジンは環状二級アミンで、多くの植物アルカロイドに見られる分子構造である。ピペリジンはピペリンの加水分解によって生じる。ピペリジンとその誘導体は、医薬品やファインケミカルの合成において、どこにでもある構成要素である。
ペッパー
黒胡椒黒胡椒は、コショウ科のつる性植物で、花を咲かせる。 ピペラ科.黒胡椒の果実は通常乾燥され、スパイスや調味料として使用される。黒胡椒、緑胡椒、白胡椒はすべて黒胡椒から採れる。その色の違いは、コショウの実の処理と調理の結果である。黒胡椒は、未熟な果梗を熱湯で煮てから乾燥させる。白胡椒は、胡椒の木の完熟した実を収穫し、熟した実の黒い皮を取り除く（retting）。グリーン・ペッパーコーンは、未熟な果実を二酸化硫黄で処理したり、缶詰にしたり、フリーズドライにしたりして、緑色の色素を残したものである。
パイパー・ロンガム・リンインド・ロングペッパー（ピプリ）としても知られる。 黒胡椒 に似ているが、より辛い味を持っている。 黒胡椒.
の果実 長いすもも 約1％の揮発性オイル、樹脂、アルカロイドのピペリンとピペロングミニン、ワックス状のアルカロイドのニソブチルデカ-トランス-2-トランス-4-ジエンアミド、テルペノイド物質を含む。ピペリジン系アルカロイドのピペリンは、コショウの実のスパイシーで刺激的な味の原因である。ピペロングミンは、前立腺癌、乳癌、肺癌、大腸癌、リンパ腫、白血病、原発性脳腫瘍、胃癌など多くの癌に対して活性を示す薬理活性物質である。
さらに、ペッパーベリーには以下のミネラルが含まれている：カルシウム1230mg/100g、リン190mg/100g、鉄62.1mg/100g。根にはピペリン、ピペロングミンまたはピプラルチン、ジヒドロスチグマステロールが含まれる。
