ულტრაბგერითი ანთოციანინების ექსტრაქცია

ანთოციანინები ფართოდ გამოიყენება როგორც ბუნებრივი საღებავი და კვებითი დამატება საკვებ პროდუქტებში. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის მაღალეფექტური და მარტივი ტექნიკა მაღალი ხარისხის ანთოციანინების მისაღებად. პრობ-ტიპის სონიკატორების გამოყენება ხელს უწყობს მაღალი ხარისხის ანთოციანინების გამოყოფას მცენარეებიდან, რაც იწვევს უფრო მაღალ გამოსავლიანობას და სწრაფ პროცესს. ამავდროულად, ულტრაბგერითი დამუშავება არის მსუბუქი, ეკოლოგიურად სუფთა და ეფექტური ტექნიკა საკვები და ფარმაცევტული ხარისხის ანთოციანინების სამრეწველო წარმოებისთვის.

ანთოციანინები – როგორ მოვახდინოთ მაღალი ხარისხის ანთოციანინების ექსტრაქცია სონიკატორის გამოყენებით

ანთოციანინები ფართოდ გამოიყენება როგორც ბუნებრივი საღებავები საკვებ მრეწველობაში. მათ აქვთ ფერების ფართო სპექტრი, რომელიც მერყეობს ნარინჯისფერიდან წითელში, იისფერში და ლურჯში, მოლეკულური სტრუქტურისა და pH მნიშვნელობის მიხედვით. ინტერესი ანთოციანინების მიმართ ემყარება არა მხოლოდ მათ საღებავ ეფექტს, არამედ მათ ჯანმრთელობისთვის სასარგებლო თვისებებსაც. სინთეზური საღებავების მიმართ გარემოსდაცვითი და ჯანმრთელობის შესახებ ზრდადი შეშფოთების გამო, ბუნებრივი საღებავები არის შესანიშნავი ალტერნატივა როგორც ეკოლოგიურად სუფთა საღებავი საკვები და მედიცინის მრეწველობისთვის.

ულტრაბგერითი გაუმჯობესებული ანთოციანინების ექსტრაქცია

როგორ მოვახდინოთ ანთოციანინების ექსტრაქცია ულტრაბგერით? – შემთხვევის შესწავლები

ულტრაბგერითი ანთოციანინების ექსტრაქცია იისფერი ბრინჯიდან Oryza Sativa L.

Oryza Sativa ჯიშის იისფერი ბრინჯი (ასევე ცნობილი როგორც Violet Nori ან იისფერი ბრინჯი) განსაკუთრებით მდიდარია ფენოლური ნივთიერებებით, როგორიცაა ფლავონოიდური ჯგუფის ანთოციანინები. Turrini et al. (2018) გამოიყენეს ულტრაბგერითი ექსტრაქცია პოლიფენოლური ნივთიერებების, როგორიცაა ანთოციანინები და ანტიოქსიდანტები, იზოლაციისთვის იისფერი ბრინჯის კარიოფსიდან (მთლიანი, ყავისფერი და პარბოილირებული ფორმით) და ფოთლებიდან. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ჩატარდა Hielscher-ის UP200St (200W, 26kHz, ნახ. მარცხნივ) და გამხსნელად გამოყენებული იყო 60% ეთანოლი.
ანთოციანინების მთლიანობის შესანარჩუნებლად, ულტრაბგერითი ექსტრაქტები ინახებოდა −20°C-ზე, რაც საშუალებას იძლეოდა მათ შენახვა სულ მცირე სამი თვის განმავლობაში.
ციანიდინ-3-გლუკოზიდი (ასევე ცნობილი როგორც ქრიზანთემინი) იყო ყველაზე ძირითადი აღმოჩენილი ანთოციანინი ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ და ‘Nerone’ ჯიშებში, რომლებიც Turrini et al.-ის კვლევაში იქნა შესწავლილი, ხოლო პეონიდინ-3-გლუკოზიდი და ციანიდინ-3-რუტინოზიდი (ასევე ანტირინინი) ნაკლები რაოდენობით აღმოჩნდა.
Oryza Sativa-ს იისფერი ფოთლები არის ანთოციანინების და ჯამური ფენოლური შემცველობის (TPC) შესანიშნავი წყარო. რაოდენობით, რომელიც დაახლოებით 2–3-ჯერ აღემატება ბრინჯსა და ფქვილში არსებულ რაოდენობას, Oryza-ს ფოთლები წარმოადგენს იაფფასიან საწყის მასალას ანთოციანინების ექსტრაქციისთვის. დაახლოებით 4 კგ ანთოციანინი/ტ ახალი ფოთლის გათვლილი გამოსავლიანობა მნიშვნელოვნად აღემატება 1 კგ ანთოციანინი/ტ ბრინჯის გამოსავლიანობას, რომელიც გამოთვლილია ‘Violet Nori’ ბრინჯში აღმოჩენილი ანთოციანინების საშუალო რაოდენობის საფუძველზე (1300 µg/g ბრინჯი, როგორც ციანიდინ-3-გლუკოზიდი) 100 კგ პადიდან (ჭყინტი ბრინჯი) დაახლოებით 68 კგ ბრინჯის გამოსავლიანობისთვის.

ულტრაბგერითი ანთოციანინების ექსტრაქცია წითელი კომბოსტოდან

Ravanfar et al. (2015) შეისწავლეს ულტრაბგერითი ექსტრაქციის ეფექტურობა ანთოციანინებისთვის წითელი კომბოსტოდან. ულტრაბგერითი ექსტრაქციის ექსპერიმენტები ჩატარდა ულტრაბგერითი სისტემის UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W) გამოყენებით. სონოტროდი MS10 (10mm წვერის დიამეტრი) ჩასმული იყო ტემპერატურაკონტროლირებადი გარსიანი მინის ჭიქის ცენტრში.

ამ ექსპერიმენტისთვის გამოიყენებოდა წითელი კომბოსტოს ახლად დაჭრილი ნაჭრები 5mm ზომის (კუბური ფორმა) და 92,11 ± 0,45 % ტენიანობის მაჩვენებლით. ორმაგი კედლიანი მინის ჭიქა (მოცულობა: 200ml) შეივსო 100ml დისტილირებული წყლით და 2g წითელი კომბოსტოს ნაჭრებით. ჭიქა დაფარული იყო ალუმინის ფოლგით, რათა პროცესის დროს გამორიცხულიყო გამხსნელის (წყლის) აორთქლებით დაკარგვა. ყველა ექსპერიმენტში ჭიქაში ტემპერატურა ინარჩუნებოდა თერმოსტატული კონტროლერის გამოყენებით. საბოლოოდ, ნიმუშები შეგროვდა, გადაიფილტრა და ცენტრიფუგირდა 4000rpm სიჩქარით, ხოლო სუპერნატანტები გამოიყენებოდა ანთოციანინების გამოსავლიანობის დასადგენად. წყლის აბანოში ექსტრაქცია ჩატარდა როგორც საკონტროლო ექსპერიმენტი.
წითელი კომბოსტოდან ანთოციანინების ოპტიმალური გამოსავლიანობა დადგინდა 100 W სიმძლავრეზე, 30 წთ ხანგრძლივობასა და 15°C ტემპერატურაზე, რამაც გამოიწვია დაახლოებით 21 mg/L ანთოციანინების გამოსავლიანობა.
pH მნიშვნელობის მიხედვით ფერის ცვლილებისა და ინტენსიური შეფერილობის გამო, წითელი კომბოსტოს საღებავი გამოიყენებოდა pH ინდიკატორად ფარმაცევტულ ფორმულირებებში, ხოლო საკვებ სისტემებში – ანტიოქსიდანტად და საღებავად, შესაბამისად.

ულტრაბგერა მნიშვნელოვნად აძლიერებს ანტოციანინების ექსტრაქციას მცენარეული მასალიდან.
წყარო: Ravanfar et al. 2015

 
სხვა კვლევები აჩვენებს ანთოციანინების წარმატებულ ულტრაბგერით ექსტრაქციას მოცვის, მაყვლის, ყურძნის, ალუბლის, მარწყვისა და იისფერი ტკბილი კარტოფილისგან, სხვათა შორის.

მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები

Hielscher Ultrasonics სპეციალიზირებულია მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი პროცესორების წარმოებაში, ბოტანიკური მასალიდან მაღალი ხარისხის ექსტრაქტების მისაღებად.
Hielscher-ის სონიკატორების ფართო პორტფელი მოიცავს მცირე, მძლავრ ლაბორატორიულ ულტრაბგერით აპარატებს მდგრადი სეზონური გამოყენებისთვის განკუთვნილ საგამოცდო მოწყობილობებამდე და სრულად სამრეწველო სისტემებამდე, რომლებიც უზრუნველყოფენ მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერას ბიოაქტიური ნივთიერებების (მაგ. ანთოციანინები, გინგეროლი, პიპერინი, კურკუმინი და ა.შ.).
ყველა ულტრაბგერითი აპარატი 200W დან 16 000W მდე აღჭურვილია ფერადი სახის ეკრანით ციფრული კონტროლისთვის, ინტეგრირებული SD ბარათით ავტომატური მონაცემთა ჩაწერისთვის, ბრაუზერული დისტანციური მართვითა და მრავალი სხვა მომხმარებლისთვის მოსახერხებელი ფუნქციით. სონოტროდები და ნაკადის კამერები (ნაწილები, რომლებიც კონტაქტში არიან გარემოსთან) შეიძლება ავტოკლავირდეს და მათი გაწმენდა მარტივია.
Hielscher-ის სონიკატორები ძალიან მდგრადია და შექმნილია 24/7 სრული დატვირთვით მუშაობისთვის, მაშინ როცა მოითხოვენ დაბალ მომსახურებას და მათი ექსპლუატაცია მარტივი და უსაფრთხოა. ციფრული ფერადი ეკრანი საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი აპარატის მომხმარებლისთვის მოსახერხებელი კონტროლის.
ჩვენი სისტემები შეძლებენ დაბალიდან ძალიან მაღალ ამპლიტუდებამდე მუშაობას. კანაბინოიდებისა და ტერპენების ექსტრაქციისთვის, ჩვენ გთავაზობთ სპეციალურ ულტრაბგერით სონოტროდებს (ასევე ცნობილი, როგორც ულტრაბგერითი ზონდები ან რქები), რომლებიც ოპტიმიზებულია მაღალი ხარისხის აქტიური ნივთიერებების ფრთხილი იზოლაციისთვის. ჩვენი ყველა სისტემა შეიძლება გამოყენებულ იქნას კანაბინოიდების ექსტრაქციისა და შემდგომი ემულსიფიკაციისთვის. Hielscher-ის სონიკატორების მდგრადობა საშუალებას იძლევა უწყვეტი მუშაობის (24/7) მძიმე დატვირთვისა და მოთხოვნად გარემოში.

ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრების ზუსტი კონტროლი უზრუნველყოფს გამეორებადობასა და პროცესის სტანდარტიზაციას.
 

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის შესახებ:

ლიტერატურა / ლიტერატურული წყაროები

• 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.

სასარგებლო ფაქტები

როგორ მუშაობს ულტრაბგერითი დახმარებით ექსტრაქცია?

ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღების გამოყენება თხევად გარემოში იწვევს კავიტაციას. მოვლენა კავიტაცია ადგილობრივად იწვევს ექსტრემალურ ტემპერატურებს, წნევებს, გათბობის/გაგრილების სიჩქარეებს, წნევის სხვაობებს და მაღალ ძვრის ძალებს გარემოში. როდესაც კავიტაციის ბუშტუკები იმპლოდირდება მყარი სხეულების ზედაპირზე (მაგალითად, ნაწილაკები, მცენარეული უჯრედები, ქსოვილები და ა.შ.), მიკრო-ჯეტები და ნაწილაკთაშორისი შეჯახებები ქმნის ისეთ ეფექტებს, როგორიცაა ზედაპირის აცლა, ეროზია და ნაწილაკების დაშლა. გარდა ამისა, კავიტაციის ბუშტუკების იმპლოზია თხევად გარემოში ქმნის მაკრო-ტურბულენტობას და მიკრო-შერევას.
მცენარეული მასალის ულტრაბგერითი დასხივება შლის მცენარეული უჯრედების მატრიცას და აუმჯობესებს მის ჰიდრატაციას. Chemat et al (2015) დაასკვნიან, რომ ბოტანიკური მასალიდან ბიოაქტიური ნაერთების ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის სხვადასხვა დამოუკიდებელი ან კომბინირებული მექანიზმების შედეგი, მათ შორის ფრაგმენტაცია, ეროზია, კაპილარობა, დეტექსტურაცია და სონოპორაცია. ეს ეფექტები არღვევენ უჯრედის კედელს, აუმჯობესებენ მასაგადაცემას გამხსნელის უჯრედში შეყვანით და ფიტონაერთებით დატვირთული გამხსნელის ამოწოვით, და უზრუნველყოფენ სითხის მოძრაობას მიკრო-შერევით.

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეფუძნება აკუსტიკურ კავიტაციას და მის ჰიდროდინამიკურ ძვრის ძალებს

მცენარეული მასალის ულტრაბგერითი ირადიაცია შლის მცენარეული უჯრედების მატრიცას და აუმჯობესებს მის ჰიდრატაციას. Chemat et al. (2015) დაასკვნის, რომ ბოტანიკური მასალიდან ბიოაქტიური ნაერთების ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის სხვადასხვა დამოუკიდებელი ან კომბინირებული მექანიზმების შედეგი, მათ შორის ფრაგმენტაცია, ეროზია, კაპილარობა, დეტექსტურაცია და სონოპორაცია. ეს ეფექტები არღვევენ უჯრედის კედელს, აუმჯობესებენ მასათა გადატანას გამხსნელის უჯრედში შეყვანით და ფიტონაერთებით დატვირთული გამხსნელის ამოწოვით, და უზრუნველყოფენ სითხის მოძრაობას მიკრო-შერევით.
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია უზრუნველყოფს ნაერთების ძალიან სწრაფ იზოლაციას – ტრადიციულ ექსტრაქციის მეთოდებს სჯობნის პროცესის ხანმოკლეობით, უფრო მაღალი გამოსავლიანობითა და უფრო დაბალი ტემპერატურით. როგორც მსუბუქი მექანიკური დამუშავება, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია თავიდან იცილებს ბიოაქტიური კომპონენტების თერმულ დეგრადაციას და სჯობნის სხვა ტექნიკებს, როგორიცაა გამხსნელით ტრადიციული ექსტრაქცია, ჰიდროდისტილაცია ან Soxhlet-ის ექსტრაქცია, რომლებიც ცნობილია სითბოზე მგრძნობიარე მოლეკულების დაშლით. ამ უპირატესობების გამო, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია უპირატესი ტექნიკაა მცენარეული მასალიდან ტემპერატურაზე მგრძნობიარე ბიოაქტიური ნაერთების გამოყოფისთვის.

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მცენარეული უჯრედებიდან: მიკროსკოპული განივი ჭრილი (TS) აჩვენებს მოქმედების მექანიზმებს უჯრედებიდან ულტრაბგერითი ექსტრაქციის დროს (გადიდება 2000x) [წყარო: Vilkhu et al. 2011]

ანტოციანინი – ღირებული მცენარეული პიგმენტი

ანტოციანინები არის ვაკუოლური მცენარეული პიგმენტები, რომლებიც შეიძლება იყოს წითელი, იისფერი, ლურჯი ან შავი. წყალში ხსნადი ანტოციანინური პიგმენტების ფერის გამოხატულება დამოკიდებულია მათ pH მნიშვნელობაზე. ანტოციანინები მოიპოვება უჯრედის ვაკუოლში, ძირითადად ყვავილებსა და ხილში, მაგრამ ასევე ფოთლებში, ღეროებსა და ფესვებში, სადაც ისინი ძირითადად მოიპოვება გარე უჯრედულ ფენებში, როგორიცაა ეპიდერმისი და პერიფერიული მეზოფილის უჯრედები.
ბუნებაში ყველაზე ხშირად გვხვდება ციანიდინის, დელფინიდინის, მალვიდინის, პელარგონიდინის, პეონიდინის და პეტუნიდინის გლიკოზიდები.
ანტოციანინებით მდიდარი მცენარეების მნიშვნელოვანი მაგალითებია Vaccinium-ის სახეობები, როგორიცაა ლურჯი მოცვი, შტოში და შავი მოცვი; Rubus-ის კენკრა, მათ შორის შავი ჟოლო, წითელი ჟოლო და მაყვალი; შავი მოცხარი, ალუბალი, ბადრიჯანი, შავი ბრინჯი, უბე, ოკინავას ტკბილი კარტოფილი, კონკორდის ყურძენი, მუსკადინის ყურძენი, წითელი კომბოსტო და იის ფურცლები. წითელრბილიანი ატამი და ვაშლი შეიცავს ანტოციანინებს. ანტოციანინები ნაკლები რაოდენობით გვხვდება ბანანში, სატაცურში, ბარდაში, ცერეცოში, მსხალსა და კარტოფილში და შეიძლება სრულიად არ იყოს მწვანე ხურტკმელის ზოგიერთ ჯიშში.

მთავარი ანტოციანინების სტრუქტურა

ანთოციანინები კარგი ალტერნატივაა საკვებ პროდუქტებში სინთეზური საღებავების ჩასანაცვლებლად. ანთოციანინები დაშვებულია საკვებ საღებავებად გამოსაყენებლად ევროკავშირში, ავსტრალიასა და ახალ ზელანდიაში, საღებავის კოდით E163. ანთოციანინები გვხვდება ხილსა და ბოსტნეულში და შეიძლება აღიწეროს, როგორც წყალში ხსნადი მცენარეული პიგმენტების ტიპი. ქიმიურად, ანთოციანინები არის ანთოციანიდინების გლიკოზიდები, რომლებიც ეფუძნება 2-ფენილბენზოპირილიუმის (ფლავილიუმის) სტრუქტურას. არსებობს 200-ზე მეტი განსხვავებული ფიტოქიმიური ნაერთი, რომელიც ეკუთვნის ანთოციანინების კატეგორიას. ანთოციანინები ველური ხილისა და კენკრის ძირითადი ფერადი პიგმენტებია და მათი ექსტრაქცია მრავალი წყაროდან არის შესაძლებელი. ანთოციანინების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი წყაროა ყურძნის კანი. ყურძნის კანში არსებული ანთოციანინის პიგმენტები ძირითადად შედგება პეონიდინის, მალვიდინის, ციანიდინის, პეტუნიდინისა და დელფინიდინის დიგლუკოზიდების, მონოგლუკოზიდების, ასევე აცილირებული მონოგლუკოზიდებისა და აცილირებული დიგლუკოზიდებისგან. ანთოციანინების შემცველობა ყურძენში მერყეობს 30–750 მგ/100 გ-ის ფარგლებში.
ყველაზე მნიშვნელოვანი ანთოციანინებია ციანიდინი, დელფინიდინი, პელარგონიდინი, პეონიდინი, მალვიდინი და პეტუნიდინი.
მაგალითად, ანთოციანინები პეონიდინ-3-კაფეოილ-p-ჰიდროქსიბენზოილ სოფოროზიდ-5-გლუკოზიდი, პეონიდინ-3-(6″-კაფეოილ-6‴-ფერულოილ სოფოროზიდ)-5-გლუკოზიდი და ციანიდინ-3-კაფეოილ-p-ჰიდროქსიბენზოილ სოფოროზიდ-5-გლუკოზიდი გვხვდება იისფერ ტკბილ კარტოფილში.

ანთოციანინები – ჯანმრთელობისთვის სასარგებლო ეფექტები

გარდა იმისა, რომ ანთოციანინები ეფექტურად ასრულებს ბუნებრივი საკვები საღებავის ფუნქციას, ისინი მეტად ფასობს ანტიოქსიდანტური ეფექტების გამო. ამიტომ, ანთოციანინებს ჯანმრთელობაზე მრავალი დადებითი ეფექტი აქვს. კვლევებმა აჩვენა, რომ ანთოციანინებს შეუძლია შეაფერხოს დნმ-ის დაზიანება კიბოს უჯრედებში, დათრგუნოს საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების მოქმედება, გამოიწვიოს ინსულინის წარმოქმნა პანკრეასის იზოლირებულ უჯრედებში, შეამციროს ანთებითი რეაქციები, დაიცვას ტვინის ფუნქცია ასაკთან დაკავშირებული დაქვეითებისგან, გააუმჯობესოს კაპილარული სისხლძარღვების კედლების სიმკვრივე და ხელი შეუშალოს თრომბოციტების აგრეგაციას.