コショウからのピペリンの超音波抽出
- ピペリンはコショウの実に含まれる生理活性物質で、その薬理学的特性が高く評価されています。
- 超音波抽出は、高品質な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す。
- 超音波抽出は、信頼性が高く実績のある方法で、すでに製薬業界や食品業界で広く使用されています。
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-カロテンなどの化合物の吸収を高める可能性があることで知られる、価値の高い生理活性化合物です。そのため、製薬業界や栄養関連業界では、高品質なピペリンの迅速かつ簡単な抽出に強い関心が寄せられています。
従来のピペリンおよびピペリジンの抽出は、有毒なDMC（ジクロロメタン）を使用する、時間のかかる溶媒抽出によって行われます。超音波抽出は、より高い収率、無毒性溶媒（エタノールなど）の使用、迅速な抽出プロセスという点で、従来の溶媒抽出より優れています。高性能超音波は液体中にキャビテーションを発生させます。音響キャビテーション、すなわち超音波キャビテーションは、超高温や圧力差、液体ジェット、せん断力などの極端な条件を局所的に生み出します。これらの超音波による力は細胞壁を破壊し、細胞内部と周囲の溶媒との間の物質移動を促進することで、生理活性物質を放出させます。超音波抽出は、粉砕したコショウからピペリンなどの目的化合物を単離するための実績のある技術です（piper nigrum, piper longum).
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超音波処理による最適な抽出条件
超音波による単離の最も重要な利点の一つは、すべてのプロセスパラメーターを精密に制御できることです。高品質なピペリンを最高の収率で得るために、超音波強度（振幅、出力、デューティサイクル）、抽出時間、溶媒、固体と溶媒の比率、温度を最適な条件に調整できます。
ピペリンの超音波抽出プロトコルの例
小規模なビーカーを用いた構成では、ピペリンの最大収率（5.8 mg/g）は、粉砕した Piper longum から、最適化された超音波抽出条件で得られます。その条件は、以下のとおりであることが確認されています。
超音波処理装置 UP200St または UP200Ht （200W、26kHz）
超音波パラメーター：振幅100%、デューティサイクル80%
超音波処理時間：約18 min.
溶媒：エタノール
固体と溶媒の比率：1:10
温度：50°C
優れた結果
超音波抽出には、従来のバッチ抽出や溶媒抽出に比べて大きな利点があります。Rathod (2014)は、バッチ溶媒抽出で8h、ソックスレー抽出で4hかかる抽出時間が、超音波抽出では18 min.に短縮されることを示しています。さらに、超音波抽出ではピペリンの抽出収率がより高くなります。ソックスレー抽出とバッチ抽出によるピペリンの抽出収率はそれぞれ1.67 mg/gと0.98 mg/gであり、超音波で得られた5.8mg/gという収率よりもはるかに低いことが確認されました。Rathod (2014)は、ピペリンなどの天然植物成分の超音波支援抽出が、従来の方法における抽出性の低さと抽出時間の長さという問題を軽減すると結論付けています。
超音波は、黒コショウからの精油抽出にも効果的に使用されています。 精油の超音波水蒸留について詳しくは、こちらをクリックしてください！
ピペリン抽出に最適な超音波処理装置を見つける
Hielscher Ultrasonicsは、高性能超音波抽出システムの製造に長年の経験を持つメーカーです。当社の製品ラインアップは、小型で高出力の 実験室用超音波処理装置 から堅牢な 卓上型および産業用システムまで幅広く、生理活性物質（ピペリン、 クルクミン など）を効率的に抽出・単離するための高強度超音波を供給します。
200W–16,000Wのすべての超音波装置は、デジタル制御用のカラーディスプレイ、自動データ記録用の内蔵SDカード、ブラウザーによる遠隔制御など、使いやすい機能を多数備えています。ソノトロードとフローセル（媒体と接触する部品）はオートクレーブで滅菌でき、洗浄も簡単です。
当社の超音波処理装置はすべて24/7運転用に設計されており、メンテナンスの負担が少なく、簡単かつ安全に操作できます。
以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 0.5–1.5mL | 該当なし | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| 該当なし | 10–100L/min | UIP16000 |
| 該当なし | より大きな流量 | クラスター構成の UIP16000 |
文献・参考資料
- Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): グリーンペッパー（Piper nigrum）の抗酸化作用および抗糖化作用の可能性：応答曲面法によるβ-シクロデキストリンを用いた抽出の最適化。 Food Chemistry, Volume 316, 2020.
- Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): イオン液体を用いた白コショウからのピペリンの超音波支援抽出. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
- Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): 超音波を用いたPiper longumからのピペリン抽出。 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): 超音波支援抽出法を用いたナツメ（Ziziphus Jujube）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）の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): 従来の熱水法と超音波支援法を用いた緑茶からのエピガロカテキンガレート抽出パラメーターの最適化. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
知っておきたい情報
超音波抽出
植物からの生理活性物質の超音波抽出は、 音響キャビテーションの原理に基づいています。音響キャビテーションは、非常に高強度の超音波（例えば、20–26kHzの超音波によって生成される100µmの高振幅）が液体に結合されると発生します。キャビテーションによるせん断力は、植物材料の細胞壁に穴を開けて破壊し、周囲の溶媒を細胞内部へ押し込み、外へ引き出します。抽出プロセスの後、溶媒には目的の分子が含まれており、その分子を分離できます（例えば遠心分離によって）。超音波抽出は、損なわれていない植物抽出物を高収率で得られることでよく知られています。
細胞からの超音波抽出：ミント（Mentha piperita）の茎頂部の顕微鏡横断切片（TS）は、細胞からの超音波抽出における作用機構を示しています（倍率2000x）［出典：Vilkhu et al. 2011］
ピペリン
ピペリン（1-piperyol-piperidine）は、コショウ（piper nigrum / piper longum, コショウ科）の主要な辛味成分です。コショウの風味、辛味、そしてそれらによる品質は、ピペリンの含有量と相関しています。この品質特性は、ピペリンを加水分解してピペリジン環を開裂させることで変化させることができます。
ピペリンは、抗真菌作用、止瀉作用、抗炎症作用、5-lipoxygenaseおよびcyclooxygenase-1の阻害活性など、さまざまな薬理作用を持つことで知られています。さらに、ピペリンは クルクミン の生物学的利用能を2000%増加させます。そのため、ピペリンはサプリメント製剤（BioPerine®など）に使用される人気のある物質です。
ピペリンは Piper nigrum および Piper longumから抽出できます。
ピペリジンは環状第二級アミンで、多くの植物アルカロイドに見られる分子構造です。ピペリジンはピペリンの加水分解によって生成されます。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広く用いられる構成要素です。
コショウ
Piper nigrum、すなわち黒コショウは、 コショウ科に属する、花を咲かせるつる植物です。通常は乾燥させて香辛料や調味料として用いるコショウの実を収穫するために栽培されます。黒、緑、白のコショウの実は、いずれも黒コショウの植物から得られます。色の違いは、コショウの実の処理や加工方法によるものです。黒コショウの実は、未熟な核果を熱湯で煮た後に乾燥させて得られます。白コショウは、コショウの植物の十分に熟した実を収穫し、その後、熟した果実の暗色の果皮を取り除いて作られます（浸漬処理）。グリーンペッパーの実は、緑色の色素を保持するために、未熟な核果を二酸化硫黄で処理するか、缶詰加工または凍結乾燥して作られます。
Piper longum Linnは、インドナガコショウ（pipli）とも呼ばれ、 Piper nigrum の近縁種です。味は Piper nigrumに似ていますが、より辛味が強いのが特徴です。
Piper longum の果実には、約1%の揮発性油、樹脂、アルカロイドのピペリンとピペルロングミニン、ろう状のアルカロイドNisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide、およびテルペノイド物質が含まれています。ピペリジンアルカロイドであるピペリンは、コショウの実のスパイシーで刺激的な辛味をもたらします。ピペルロングミンは薬理活性物質であり、前立腺がん、乳がん、肺がん、結腸がん、リンパ腫、白血病、原発性脳腫瘍、胃がんなど、多くのがんに対する活性を示します。
さらに、コショウの実には、カルシウム1230mg/100g、リン190mg/100g、鉄62.1mg/100gという量のミネラルが含まれています。根には、ピペリン、ピペルロングミンまたはピプラルチン、およびジヒドロスチグマステロールが含まれています。
