ულტრაბგერითი ანთოციანინის ექსტრაქცია

ანთოციანინები ფართოდ გამოიყენება როგორც ბუნებრივი საღებავები და საკვები დანამატი კვების პროდუქტებში. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის უაღრესად ეფექტური და მარტივი ტექნიკა მაღალი ხარისხის ანთოციანინების მისაღებად. ზონდის ტიპის სონიკატორების გამოყენება ხელს უწყობს მცენარეებიდან მაღალი ხარისხის ანთოციანინების გამოყოფას, რაც იწვევს მაღალ მოსავალს და სწრაფ პროცესს. ამავე დროს, sonication არის რბილი, მწვანე და ეფექტური ტექნიკა საკვები და ფარმაკოლოგიური ხარისხის ანთოციანინების ინდუსტრიული წარმოებისთვის.

ანთოციანინები – როგორ გამოვიღოთ მაღალი ხარისხის ანთოციანინები Sonicator-ის გამოყენებით

ანთოციანინები ფართოდ გამოიყენება როგორც ბუნებრივი საღებავები კვების მრეწველობაში. მათ აქვთ ფერის ტონების ფართო სპექტრი, დაწყებული ნარინჯისფერიდან წითლამდე, მეწამულამდე და ლურჯამდე, რაც დამოკიდებულია მოლეკულურ სტრუქტურასა და pH მნიშვნელობაზე. ანთოციანინების მიმართ ინტერესი არამხოლოდ მათ შეღებვის ეფექტს ეფუძნება, არამედ მათი ჯანმრთელობისთვის სასარგებლო თვისებების გამო. სინთეზური საღებავების მიმართ მზარდი გარემოსდაცვითი და ჯანმრთელობის შეშფოთების გამო, ბუნებრივი საღებავები შესანიშნავი ალტერნატივაა, როგორც ეკოლოგიურად სუფთა საღებავები კვების და წამლის მრეწველობისთვის.

ულტრაბგერითი გაუმჯობესებული ანტოციანინის ექსტრაქცია

როგორ გამოვიღოთ ანთოციანინები ულტრაბგერით? – შემთხვევის შესწავლა

ულტრაბგერითი ანთოციანინის ექსტრაქცია მეწამული ბრინჯიდან Oryza Sativa L.

Oryza Sativa ჯიშის მეწამული ბრინჯი (ასევე ცნობილია როგორც Violet Nori ან იისფერი ბრინჯი) არაჩვეულებრივად მდიდარია ფენოლებით, როგორიცაა ანთოციანინების ფავონოიდური ჯგუფი. ტურინი და სხვ. (2018) გამოიყენა ულტრაბგერითი ექსტრაქცია პოლიფენოლის იზოლირებისთვის, როგორიცაა ანთოციანინები და ანტიოქსიდანტები კარიოფსისიდან (მთლიანად, ყავისფერი და ზემოდან მოხარშული სახით) და მეწამული ბრინჯის ფოთლებიდან. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია განხორციელდა Hielscher-ის გამოყენებით UP200St (200W, 26kHz, სურათი მარცხენა) და ეთანოლი 60% გამხსნელად.
ანთოციანინის მთლიანობის შესანარჩუნებლად, ულტრაბგერითი ექსტრაქტები ინახებოდა -20°C ტემპერატურაზე, რაც საშუალებას აძლევდა მათ შენახვას მინიმუმ სამ თვემდე.
ციანიდინ-3 გლუკოზიდი (ასევე ცნობილი როგორც ქრიზანთემინი) იყო ყველაზე მნიშვნელოვანი აღმოჩენილი ანტოციანინი "Violet Nori", "Artemide" და "Nerone" კულტურებში, რომლებიც გამოიკვლიეს Turrini et al.-ის შესწავლაში, ხოლო პეონიდინ-3-გლუკოზიდი და ციანიდინ- 3-რუტინოზიდი (ასევე ანტირინინი) აღმოჩნდა უფრო მცირე რაოდენობით.
Oryza Sativa-ს იისფერი ფოთლები ანთოციანინების და მთლიანი ფენოლური შემცველობის (TPC) შესანიშნავი წყაროა. თანხით დაახლ. 2-3-ჯერ უფრო მაღალია, ვიდრე ბრინჯსა და ფქვილში, Oryza-ს ფოთლები წარმოადგენს იაფ ნედლეულს ანთოციანინების მოპოვებისთვის. დაახლოებით 4 კგ ანთოციანინი/ტ ახალი ფოთლების სავარაუდო მოსავლიანობა მნიშვნელოვნად აღემატება 1 კგ ანთოციანინის/ტ ბრინჯის მოსავლიანობას, გამოთვლილი ანთოციანინის საშუალო ოდენობის საფუძველზე, რომელიც აღმოჩენილია ბრინჯში "Violet Nori" (1300 მკგ/გ ბრინჯი, ციანიდინის სახით. -3-გლუკოზიდი) დაახლოებით 68 კგ ბრინჯის მოსავლიანობისთვის 100 კგ პედიდან.

ულტრაბგერითი ანთოციანინის ექსტრაქცია წითელი კომბოსტოდან

რავანფარი და სხვ. (2015) გამოიკვლია წითელი კომბოსტოდან ანთოციანინების ულტრაბგერითი მოპოვების ეფექტურობა. ულტრაბგერითი მოპოვების ექსპერიმენტები ჩატარდა ულტრაბგერითი სისტემის გამოყენებით UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). sonotrode MS10 (10 მმ წვერის დიამეტრი) ჩასმული იყო ტემპერატურის კონტროლირებადი შუშის ქურთუკით ჭიქის ცენტრში.

ამ ექსპერიმენტისთვის გამოყენებული იქნა ახლად დაჭრილი წითელი კომბოსტოს ნაჭრები 5 მმ განზომილების (კუბური ფორმის) და 92,11 ± 0,45 % ტენიანობის შემცველობით. ქურთუკიანი მინის ჭიქა (მოცულობა: 200 მლ) ივსებოდა 100 მლ გამოხდილი წყლით და 2 გრამი წითელი კომბოსტოს ნაჭრებით. ჭიქა დაიფარა ალუმინის ფოლგით, რათა თავიდან აიცილოს გამხსნელის (წყლის) დაკარგვა პროცესის დროს აორთქლების შედეგად. ყველა ექსპერიმენტში, ჭიქაში ტემპერატურა შენარჩუნებული იყო თერმოსტატული კონტროლერის გამოყენებით. ნიმუშები საბოლოოდ შეგროვდა, გაფილტრული და ცენტრიფუგირებულ იქნა 4000 rpm-ზე და ზენატანტები გამოყენებული იქნა ანტოციანინის გამოსავლიანობის დასადგენად. წყლის აბანოში ექსტრაქცია ჩატარდა საკონტროლო ექსპერიმენტის სახით.
წითელი კომბოსტოდან ანთოციანინის ოპტიმალური გამოსავალი განისაზღვრა სიმძლავრეზე 100 ვტ, დრო 30 წუთი და ტემპერატურა 15°C, რამაც გამოიწვია ანთოციანინის გამოსავლიანობა დაახლოებით 21 მგ/ლ.
pH-ის მნიშვნელობაზე ფერის ცვლილებისა და მისი ინტენსიური შეფერილობის გამო, წითელი კომბოსტოს საღებავი გამოიყენებოდა, როგორც pH ინდიკატორი ფარმაცევტულ ფორმულირებებში ან როგორც ანტიოქსიდანტები და საღებავები, შესაბამისად, კვების სისტემებში.

ულტრაბგერითი მნიშვნელოვნად აძლიერებს ანთოციანინების მოპოვებას მცენარეული მასალისგან.
წყარო: რავანფარი და სხვ. 2015 წელი

 
სხვა კვლევებმა აჩვენა ანთოციანინების წარმატებული ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მოცვიდან, მაყვალიდან, ყურძნიდან, ალუბლისგან, მარწყვიდან და მეწამული ტკბილი კარტოფილიდან, სხვათა შორის.

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები

Hielscher Ultrasonics სპეციალიზირებულია მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი პროცესორების წარმოებაში ბოტანიკური პროდუქტებისგან მაღალი ხარისხის ექსტრაქტების წარმოებისთვის.
Hielscher sonicators-ის ფართო პორტფოლიო მერყეობს პატარა, მძლავრი ლაბორატორიული ულტრაბგერითი აპარატებიდან დაწყებული მძლავრი სკამიანი და სრულად ინდუსტრიული სისტემებით, რომლებიც აწვდიან მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერას ბიოაქტიური ნივთიერებების ეფექტური მოპოვებისა და იზოლაციისთვის (მაგ. ანთოციანინები, ჯინჯეროლი, პიპერინი, კურკუმინი და ა.შ.).
ყველა ულტრაბგერითი დან 200 W რომ 16000 W აქვს ფერადი სენსორული დისპლეი ციფრული მართვისთვის, ინტეგრირებული SD ბარათი მონაცემთა ავტომატური ჩაწერისთვის, ბრაუზერის დისტანციური მართვის პულტი და მრავალი სხვა მოსახერხებელი ფუნქცია. სონოტროდები და ნაკადის უჯრედები (ნაწილები, რომლებიც კონტაქტშია გარემოსთან) შეიძლება ავტოკლავირებული იყოს და ადვილად იწმინდება.
Hielscher sonicators არის ძალიან მტკიცე და შექმნილია 24/7 მუშაობისთვის სრული დატვირთვის პირობებში, ამასთანავე საჭიროებს დაბალ მოვლას და არის მარტივი და უსაფრთხო მუშაობა. ციფრული ფერადი დისპლეი იძლევა ულტრაბგერითი აპარატის მოსახერხებელი კონტროლის საშუალებას.
ჩვენს სისტემებს შეუძლიათ მიწოდება დაბალიდან ძალიან მაღალ ამპლიტუდამდე. კანაბინოიდების და ტერპენების მოპოვებისთვის, ჩვენ გთავაზობთ სპეციალურ ულტრაბგერითი სონოტროდებს (ასევე ცნობილია როგორც ულტრაბგერითი ზონდები ან რქები), რომლებიც ოპტიმიზებულია მაღალი ხარისხის აქტიური ნივთიერებების გონივრული იზოლაციისთვის. ყველა ჩვენი სისტემა შეიძლება გამოყენებულ იქნას კანაბინოიდების ექსტრაქციისა და შემდგომ ემულსიფიკაციისთვის. Hielscher sonicators-ის გამძლეობა იძლევა უწყვეტი მუშაობის საშუალებას (24/7) მძიმე სამუშაოზე და მომთხოვნ გარემოში.

ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრების ზუსტი კონტროლი უზრუნველყოფს განმეორებადობას და პროცესის სტანდარტიზაციას.
 

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:

ლიტერატურა / ლიტერატურა

• Chemat, Farid; Rombaut, Natacha; Sicaire, Anne-Gaëlle; Meullemiestre, Alice; Fabiano-Tixier, Anne-Sylvie; Abert-Vian, Maryline (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry 34 (2017) 540–560.
• Ravanfar, Raheleh; Tamadon, Ali Mohammad, Niakousari, Mehrdad (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of anthocyanins from red cabbage using Taguchi design method. J Food Sci Technol. 2015 Dec; 52(12): 8140–8147.
• Turrini, Federica; Boggia, Raffaella; Leardi, Riccardo; Borriello, Matilde; Zunin, Paola (2018): Optimization of the Ultrasonic-Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Oryza Sativa L. ‘Violet Nori’ and Determination of the Antioxidant Properties of its Caryopses and Leaves. Molecules 2018, 23, 844.

ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს

როგორ მუშაობს ულტრაბგერითი დახმარებით ექსტრაქცია?

ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღების გამოყენება თხევად გარემოზე იწვევს კავიტაციას. ფენომენი კავიტაცია ადგილობრივად იწვევს ექსტრემალურ ტემპერატურებს, წნევას, გათბობა/გაგრილების სიჩქარეს, წნევის დიფერენციალურობას და საშუალო ათვლის ძალებს. როდესაც კავიტაციის ბუშტები იშლება მყარი ნივთიერების ზედაპირზე (როგორიცაა ნაწილაკები, მცენარეული უჯრედები, ქსოვილები და ა.შ.), მიკრო-ჯეტები და ნაწილაკთაშორისი შეჯახება წარმოშობს ისეთ ეფექტებს, როგორიცაა ზედაპირის პილინგი, ეროზია და ნაწილაკების დაშლა. გარდა ამისა, კავიტაციის ბუშტების აფეთქება თხევად მედიაში ქმნის მაკროტურბულენტობას და მიკრო შერევას.
მცენარეული მასალის ულტრაბგერითი დასხივება ფრაგმენტებს მცენარეთა უჯრედების მატრიქსს და აძლიერებს მათი დატენიანებას. Chemat et al (2015) ასკვნიან, რომ ბიოაქტიური ნაერთების ულტრაბგერითი მოპოვება ბოტანიკური ნივთიერებებიდან არის სხვადასხვა დამოუკიდებელი ან კომბინირებული მექანიზმების შედეგი, მათ შორის ფრაგმენტაცია, ეროზია, კაპილარულობა, დეტექსტურაცია და სონოპორაცია. ეს ეფექტები არღვევს უჯრედის კედელს, აუმჯობესებს მასის გადაცემას გამხსნელის უჯრედში შეწოვით და ფიტო-ნაერთებით დატვირთული გამხსნელის გამოწოვით და უზრუნველყოფს სითხის მოძრაობას მიკრო-შერევით.

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეფუძნება აკუსტიკური კავიტაციის და მისი ჰიდროდინამიკური ათვლის ძალებს

მცენარეული მასალის ულტრაბგერითი დასხივება ფრაგმენტებს მცენარეთა უჯრედების მატრიქსს და აძლიერებს მათი დატენიანებას. ჩემატი და სხვ. (2015) ასკვნიან, რომ ბიოაქტიური ნაერთების ულტრაბგერითი მოპოვება ბოტანიკური ნივთიერებებიდან არის სხვადასხვა დამოუკიდებელი ან კომბინირებული მექანიზმების შედეგი, მათ შორის ფრაგმენტაცია, ეროზია, კაპილარულობა, დეტექსტურაცია და სონოპორაცია. ეს ეფექტები არღვევს უჯრედის კედელს, აუმჯობესებს მასის გადაცემას გამხსნელის უჯრედში შეწოვით და ფიტო-ნაერთებით დატვირთული გამხსნელის გამოწოვით და უზრუნველყოფს სითხის მოძრაობას მიკრო-შერევით.
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია აღწევს ნაერთების ძალიან სწრაფ იზოლაციას - აჯობებს ექსტრაქციის ჩვეულებრივ მეთოდებს მოკლე პროცესის დროში, უფრო მაღალ მოსავლიანობაში და დაბალ ტემპერატურაზე. როგორც რბილი მექანიკური მკურნალობა, ულტრაბგერითი დახმარებით ექსტრაქცია თავიდან აიცილებს ბიოაქტიური კომპონენტების თერმულ დეგრადაციას და აჯობებს სხვა მეთოდებთან შედარებით, როგორიცაა ჩვეულებრივი გამხსნელი ექსტრაქცია, ჰიდროდისტილაცია ან სოქსლეტის ექსტრაქცია, რომლებიც ცნობილია სითბოსადმი მგრძნობიარე მოლეკულების განადგურებით. ამ უპირატესობების გამო, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის სასურველი ტექნიკა ბოტანიკური ნივთიერებებისგან ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე ბიოაქტიური ნაერთების გასათავისუფლებლად.

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მცენარეთა უჯრედებიდან: მიკროსკოპული განივი განყოფილება (TS) გვიჩვენებს მოქმედების მექანიზმს უჯრედებიდან ულტრაბგერითი ამოღების დროს (გადიდება 2000x) [რესურსი: Vilkhu et al. 2011]

ანთოციანინი – ღირებული მცენარეული პიგმენტი

ანთოციანინები არის ვაკუოლური მცენარეული პიგმენტები, რომლებიც შეიძლება გამოჩნდეს წითელი, მეწამული, ლურჯი ან შავი. წყალში ხსნადი ანტოციანინის პიგმენტების ფერის გამოხატულება დამოკიდებულია მათ pH მნიშვნელობაზე. ანთოციანინები გვხვდება უჯრედის ვაკუოლში, ძირითადად ყვავილებსა და ნაყოფებში, მაგრამ ასევე ფოთლებში, ღეროებსა და ფესვებში, სადაც ისინი ძირითადად გვხვდება უჯრედის გარე შრეებში, როგორიცაა ეპიდერმისი და პერიფერიული მეზოფილის უჯრედები.
ბუნებაში ყველაზე ხშირად გვხვდება ციანიდინის, დელფინიდინის, მალვიდინის, პელარგონიდინის, პეონიდინის და პეტუნიდინის გლიკოზიდები.
ანთოციანინებით მდიდარი მცენარეების თვალსაჩინო მაგალითებს მიეკუთვნება ვაქცინიუმის სახეობები, როგორიცაა მოცვი, მოცვი და მოცვი; რუბუსის კენკრა, მათ შორის შავი ჟოლო, წითელი ჟოლო და მაყვალი; შავი მოცხარი, ალუბალი, ბადრიჯანი, შავი ბრინჯი, უბე, ოკინავური ტკბილი კარტოფილი, კონკორდის ყურძენი, მუსკადინის ყურძენი, წითელი კომბოსტო და იისფერი ფურცლები. წითელხორციანი ატამი და ვაშლი შეიცავს ანთოციანინებს. ანთოციანინები ნაკლებად უხვადაა ბანანში, ასპარაგში, ბარდაში, ცერეცოს, მსხალსა და კარტოფილში და შესაძლოა სრულიად არ იყოს მწვანე გოჭის ზოგიერთ სახეობაში.

ძირითადი ანთოციანინების სტრუქტურა

ანთოციანინები შესანიშნავი ალტერნატივაა საკვები პროდუქტების სინთეზური შეღებვის აგენტების ჩანაცვლებისთვის. ანტოციანინები დამტკიცებულია საკვებ საღებავებად გამოსაყენებლად ევროკავშირში, ავსტრალიაში და ახალ ზელანდიაში, საღებავის კოდით E163. ანთოციანინები გვხვდება ხილსა და ბოსტნეულში და შეიძლება აღწერილი იყოს, როგორც წყალში ხსნადი მცენარეული პიგმენტები. ქიმიურად, ანთოციანინები არის ანტოციანიდინების გლიკოზიდები, რომლებიც დაფუძნებულია 2-ფენილბენზოფირილიუმის (ფლავილიუმის) სტრუქტურის საფუძველზე. არსებობს 200-ზე მეტი განსხვავებული ფიტოქიმიკა, რომლებიც მიეკუთვნება ანთოციანინების კატეგორიას. როგორც ველური ხილისა და კენკრის ძირითადი ფერის პიგმენტი, არსებობს მრავალი წყარო, საიდანაც შესაძლებელია ანთოციანინების მოპოვება. ანთოციანინების გამორჩეული წყაროა ყურძნის კანი. ყურძნის კანში ანტოციანინის პიგმენტები ძირითადად შედგება დი-გლუკოზიდებისგან, მონო-გლუკოზიდებისგან, აცილირებული მონოგლუკოზიდებისგან, აგრეთვე პეონიდინის, მალვიდინის, ციანიდინის, პეტუნიდინისა და დელფინიდინის აცილირებული დი-გლუკოზიდებისგან. ანთოციანინის შემცველობა ყურძენში მერყეობს 30-750 მგ/100გრ.
ყველაზე გამორჩეული ანთოციანინებია ციანიდინი, დელფინიდინი, პელარგონიდინი, პეონიდინი, მალვიდინი და პეტუნიდინი.
მაგალითად, ანთოციანინები პეონიდინ-3-კაფეოილ-პ-ჰიდროქსიბენზოილსოფოროზიდი-5-გლუკოზიდი, პეონიდინ-3-(6″-კაფეოილ-6‴-ფერულოილსოფოროზიდი)-5-გლუკოზიდი და ციანიდინ-3-კაფეოილ-პ-ჰიდროქსი სოფოროზიდი-5-გლუკოზიდი გვხვდება მეწამულ ტკბილ კარტოფილში.

ანთოციანინები – ჯანმრთელობის სარგებელი

გარდა მათი დიდი უნარისა, იმოქმედოს როგორც ბუნებრივი საკვები საღებავები, ანთოციანინები ძალიან ღირებულია მათი ანტიოქსიდანტური ეფექტისთვის. ამიტომ, ანთოციანინები ავლენენ ბევრ დადებით გავლენას ჯანმრთელობაზე. კვლევამ აჩვენა, რომ ანთოციანინებს შეუძლიათ დათრგუნონ დნმ-ის დაზიანება კიბოს უჯრედებში, დათრგუნონ საჭმლის მომნელებელი ფერმენტები, გამოიწვიონ ინსულინის წარმოება იზოლირებულ პანკრეასის უჯრედებში, შეამცირონ ანთებითი რეაქციები, დაიცვან ტვინის ფუნქციის ასაკთან დაკავშირებული დაქვეითები, გააუმჯობესონ კაპილარული სისხლძარღვების შებოჭილობა და თავიდან აიცილონ თრომბოციტების აგრეგაცია.