Ultraschallextraktioun vun Anthocyaninen

Anthocyanine gi vill als natierleche Faarfstoff an als Ernärungszousaz a Liewensmëttel benotzt. D’Ultraschallextraktioun ass eng héicheffizient an einfach Technik, fir héichwäerteg Anthocyaninen ze gewannen. Den Asaz vu Sondenultraschallapparater fërdert d’Fräisetzung vun héichwäertegen Anthocyaninen aus Planzen, wat zu méi héijen Ausbezuelen an engem séiere Prozess féiert. Gläichzäiteg ass d’Ultraschallbehandlung eng schounend, ëmweltfrëndlech an effizient Technik fir d’industriell Produktioun vun Anthocyaninen a Liewensmëttel- a Pharmaqualitéit.

Anthocyaninen – Wéi een héichwäerteg Anthocyanine mat engem Ultraschallapparat extrahéiert

Anthocyanine gi vill als natierlech Faarfstoffer an der Liewensmëttelindustrie benotzt. Si hunn e breede Spektrum u Faarftéin, dee jee no Moleküllstruktur a pH-Wäert vun orange iwwer rout bis violett a blo reecht. Den Interessi un Anthocyanine berout net nëmmen op hirer fierwender Wierkung, mee och op hiren eegeschaften, déi der Gesondheet zeguttkommen. Well d’Bedenke géintiwwer syntheetesche Faarfstoffer a Bezuch op Ëmwelt a Gesondheet zouhuelen, sinn natierlech Faarfstoffer eng exzellent Alternativ als ëmweltfrëndlech Faarfstoffer fir d’Liewensmëttel- a Pharmaindustrie.

Duerch Ultraschall verbessert Anthocyaninextraktioun

Wéi extrahéiert een Anthocyanine mat Ultraschall? – Fallstudien

Ultraschallextraktioun vun Anthocyaninen aus violettem Räis Oryza Sativa L.

Violette Räis vun der Zort Oryza Sativa (och als Violet Nori oder violette Räis bekannt) ass aussergewéinlech räich u phenolesche Verbindunge wéi der Flavonoidgrupp vun den Anthocyaninen. Turrini et al. (2018) hunn d’Ultraschallextraktioun benotzt, fir polyphenolesch Verbindunge wéi Anthocyaninen an Antioxidantien aus der Karyops (a ganzer, bronger a virgedämpter Form) an de Blieder vum violette Räis ze isoléieren. D’Ultraschallextraktioun gouf mat engem Hielscher UP200St (200W, 26kHz, Bild lénks) an Ethanol 60% als Léisungsmëttel duerchgefouert.
Fir d’Integritéit vun den Anthocyaninen ze erhalen, goufen d’Ultraschallextrakter bei −20°C gelagert, wat et erlaabt huet, se op d’mannst bis zu dräi Méint ze lageren.
Cyanidin-3-Glucosid (och als Chrysanthemin bekannt) war bei wäitem dat haaptsächlech nogewisen Anthocyanin an de Kultivaren ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ an ‘Nerone’, déi an der Etüd vun Turrini et al. ënnersicht goufen, wärend Peonidin-3-Glucosid a Cyanidin-3-Rutinosid (och Antirrhinin) a méi klenge Quantitéite fonnt goufen.
Déi violett Blieder vun Oryza Sativa sinn eng exzellent Quell vun Anthocyaninen a vum Gesamtgehalt u phenolesche Verbindungen (TPC). Mat enger Quantitéit, déi ongeféier 2–3-mol esou héich ass wéi déi am Räis an am Miel, stellen d’Oryza-Blieder e bëllege Réistoff fir d’Extraktioun vun Anthocyaninen duer. Eng geschaten Ausbezuel vun ongeféier 4 kg Anthocyanin/t frësch Blieder ass däitlech méi héich wéi déi vun 1 kg Anthocyanin/t Räis, déi op Basis vun de mëttlere Quantitéiten un Anthocyaninen, déi am ‘Violet Nori’-Räis nogewise goufen (1300 µg/g Räis, als Cyanidin-3-Glucosid), fir eng Ausbezuel vun ongeféier 68 kg Räis aus 100 kg ongeschieltem Räis berechent gouf.

Ultraschallextraktioun vun Anthocyaninen aus roudem Kabes

Ravanfar et al. (2015) hunn d’Effizienz vun der Ultraschallextraktioun vun Anthocyaninen aus roudem Kabes ënnersicht. D’Versich zur Ultraschallextraktioun goufe mam Ultraschallsystem UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W) duerchgefouert. D’Sonotrod MS10 (10mm Spëtzenduerchmiesser) gouf an d’Mëtt vun engem temperaturkontrolléierte Becherglas mat Duebelmantel agefouert.

Fir dëst Experiment goufe frësch geschnidde Stécker vu roude Kabes mat enger Gréisst vu 5mm (wierfelfërmeg) an engem Fiichtegkeetsgehalt vun 92,11 ± 0,45 % benotzt. E Becherglas mat Duebelmantel (Volumen: 200ml) gouf mat 100ml destilléiertem Waasser an 2g Stécker vu roude Kabes gefëllt. D’Becherglas gouf mat Aluminiumfolie ofgedeckt, fir de Verloscht vu Léisungsmëttel (Waasser) duerch Verdampfung wärend dem Prozess ze verhënneren. Bei allen Experimenter gouf d’Temperatur am Becherglas mat engem thermostatesche Reegler konstant gehalen. Zum Schluss goufe Prouwe geholl, filtréiert a bei 4000rpm zentrifugéiert, an déi iwwerstoend Flëssegkeete goufe benotzt, fir d’Ausbeut un Anthocyaninen ze bestëmmen. Als Kontrollexperiment gouf eng Extraktioun am Waasserbad duerchgefouert.
Déi optimal Ausbeut un Anthocyaninen aus roude Kabes gouf bei enger Leeschtung vun 100 W, enger Dauer vun 30 min an enger Temperatur vu 15°C ermëttelt, wat eng Ausbeut un Anthocyanine vun ongeféier 21 mg/L erginn huet.
Wéinst senge Faarfännerunge jee nom pH-Wäert a senger intensiver Faarfwierkung gouf de Faarfstoff vu roude Kabes als pH-Indikator a pharmazeutesche Formuléierungen respektiv als Antioxidant a Faarfstoff a Liewensmëttelsystemer benotzt.

Ultraschall verstäerkt d’Extraktioun vun Anthocyaninen aus Planzematerial däitlech.
Quell: Ravanfar et al. 2015

 
Aner Studie weisen déi erfollegräich Ultraschallextraktioun vun Anthocyaninen ënner anerem aus Molbieren, Bromberen, Drauwen, Kiischten, Äerdbieren a mofe séisse Gromperen.

Héichleeschtungs-Ultraschallextrakteren

Hielscher Ultrasonics ass op d’Hierstellung vun Héichleeschtungs-Ultraschallprozessoren fir d’Produktioun vun héichwäertegen Extrakter aus Planzematerial spezialiséiert.
Déi breet Offer un Ultraschallapparater vun Hielscher reecht vu klengen, leeschtungsstaarke Laborapparater bis zu robuste Dëschapparater a vollstänneg industrielle Systemer, déi Ultraschall mat héijer Intensitéit fir déi effizient Extraktioun an Isolatioun vu bioaktive Substanzen (z. B. Anthocyaninen, Gingerol, Piperin, Curcumin asw.) liwweren.
All Ultraschallapparater vun 200W bis 16.000W hunn e faarwegen Touchdisplay fir d’digital Steierung, eng integréiert SD-Kaart fir d’automatesch Opzeechnung vun Daten, eng Fernsteierung iwwer de Browser a vill aner benotzerfrëndlech Funktiounen. D’Sonotroden an d’Duerchflosszellen (déi Deeler, déi mam Medium a Kontakt kommen) kënnen am Autoklav steriliséiert ginn a si liicht ze botzen.
D’Ultraschallapparater vun Hielscher si ganz robust a fir de Betrib 24/7 ënner voller Laascht gebaut. Dobäi brauche si wéineg Ënnerhalt a si liicht a sécher ze bedéngen. En digitale Faarfdisplay erméiglecht eng benotzerfrëndlech Steierung vum Ultraschallapparat.
Eis Systemer kënne kleng bis ganz héich Amplitudë liwweren. Fir d’Extraktioun vu Cannabinoiden an Terpeene bidde mir speziell Ultraschallsonotroden (och als Ultraschallsonden oder Ultraschallhäerner bekannt) un, déi fir déi schounend Isolatioun vun héichwäertege Wierkstoffer optiméiert sinn. All eis Systemer kënne fir d’Extraktioun an déi uschléissend Emulgéierung vu Cannabinoide benotzt ginn. D’Robustheet vun den Ultraschallapparater vun Hielscher erméiglecht en Dauerbetrib (24/7) ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeldbedéngungen.

Déi präzis Steierung vun den Ultraschallprozessparameteren garantéiert d’Reproduzéierbarkeet an d’Standardiséierung vum Prozess.
 

D’Tabell hei drënner gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Literatur / Referenzen

• 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.

Wëssenswäert Fakten

Wéi funktionéiert d’ultraschallënnerstëtzt Extraktioun?

D’Applikatioun vun intensiven Ultraschallwellen op e flëssegt Medium féiert zu Kavitation. D’Phenomeen vun der Kavitation féiert lokal zu extremen Temperaturen, Drécker, Heiz-/Ofkillraten, Drockdifferenzen an héije Schéierkräften am Medium. Wa Kavitatiounsblosen op der Uewerfläch vu Feststoffer (wéi Partikelen, Planzenzellen, Tissu asw.) implodéieren, verursaache Mikrostralen a Kollisiounen tëscht Partikelen Effekter wéi d’Ofschiele vun der Uewerfläch, Erosioun an d’Zerbrieche vu Partikelen. Zousätzlech verursaacht d’Implosioun vu Kavitatiounsblosen a flëssege Medie Makroturbulenzen a Mikrovermëschung.
D’Beschallung vu Planzematerial mat Ultraschall fragmentéiert d’Matrix vun de Planzenzellen a verbessert hir Hydratatioun. Chemat et al (2015) kommen zur Konklusioun, datt d’Ultraschallextraktioun vu bioaktive Verbindungen aus Planzen d’Resultat vu verschiddenen onofhängegen oder kombinéierte Mechanismen ass, dorënner Fragmentéierung, Erosioun, Kapillaritéit, Destrukturéierung a Sonoporatioun. Dës Effekter briechen d’Zellwand op, verbesseren de Stofftransport, andeems si Léisungsmëttel an d’Zell drécken a mat planzleche Verbindunge beluedent Léisungsmëttel eraussaugen, a suergen duerch Mikrovermëschung fir Beweegung an der Flëssegkeet.

D’Ultraschallextraktioun baséiert op akustescher Kavitatioun an hiren hydrodynamesche Schéierkräften

D’Beschallung vu Planzematerial mat Ultraschall fragmentéiert d’Matrix vun de Planzenzellen a verbessert hir Hydratatioun. Chemat et al. (2015) kommen zur Konklusioun, datt d’Ultraschallextraktioun vu bioaktive Verbindungen aus Planzen d’Resultat vu verschiddenen onofhängegen oder kombinéierte Mechanismen ass, dorënner Fragmentéierung, Erosioun, Kapillaritéit, Destrukturéierung a Sonoporatioun. Dës Effekter briechen d’Zellwand op, verbesseren de Stofftransport, andeems si Léisungsmëttel an d’Zell drécken a mat planzleche Verbindunge beluedent Léisungsmëttel eraussaugen, a suergen duerch Mikrovermëschung fir Beweegung an der Flëssegkeet.
D’Ultraschallextraktioun erméiglecht eng ganz séier Isolatioun vu Verbindungen – si iwwertrëfft konventionell Extraktiounsmethoden duerch eng méi kuerz Prozesszäit, e méi héijen Ertrag a méi niddreg Temperaturen. Als mëll mechanesch Behandlung verhënnert d’Ultraschallënnerstëtzt Extraktioun den thermeschen Ofbau vu bioaktive Bestanddeeler an ass aneren Technike wéi der konventioneller Léisungsmëttelextraktioun, der Hydrodestillatioun oder der Soxhlet-Extraktioun iwwerleeën, déi dofir bekannt sinn, hëtztempfindlech Moleküllen ze zerstéieren. Wéinst dëse Virdeeler ass d’Ultraschallextraktioun déi bevorzugt Technik fir temperaturempfindlech bioaktiv Verbindungen aus Planze fräizesetzen.

Ultraschallextraktioun aus Planzenzellen: de mikroskopesche Querschnëtt (TS) weist de Wierkmechanismus bei der Ultraschallextraktioun aus Zellen (Vergréisserung 2000x) [Quell: Vilkhu et al. 2011]

Anthocyanin – E wäertvolle Planzepigment

Anthocyaniner si vakuolär Planzepigmenter, déi rout, mof, blo oder schwaarz erschénge kënnen. D’Faarfausprägung vun de waasserléislechen Anthocyaninpigmenter hänkt vun hirem pH-Wäert of. Anthocyaniner befanne sech an der Zellvakuol, haaptsächlech a Bléien an Uebst, awer och a Blieder, Stängelen a Wuerzelen, wou se haaptsächlech an de baussenzegen Zellschichte wéi der Epidermis an de periphere Mesophyllzelle virkommen.
Am heefegste kommen an der Natur d’Glykoside vu Cyanidin, Delphinidin, Malvidin, Pelargonidin, Peonidin a Petunidin vir.
Bekannt Beispiller vu Planzen, déi räich un Anthocyaniner sinn, si Vaccinium-Aarte wéi Kulturbléibieren, Cranberryen a wëll Bléibieren; Rubus-Bieren, dorënner schwaarz Hambieren, rout Hambieren a Bromberen; schwaarz Kréischelen, Kiischten, Auberginnen, schwaarze Räis, Ube, Séissgromperen aus Okinawa, Concord-Drauwen, Muscadine-Drauwen, roude Kabes a Veilchebléieblieder. Pijen an Äppel mat roudem Fruuchtfleesch enthalen Anthocyaniner. Anthocyaniner kommen a méi klenge Quantitéiten a Bananen, Spargelen, Ierbsen, Fenchel, Bieren a Grompere vir a kënne bei bestëmmte Kultivare vu grénge Kréischele komplett feelen.

Struktur vun de wichtegsten Anthocyaniner

Anthocyanine sinn eng ganz gutt Alternativ, fir syntheetesch Faarfstoffer a Liewensmëttelen ze ersetzen. Anthocyanine sinn an der Europäescher Unioun, an Australien an an Neiséiland als Liewensmëttelfaarfstoffer zougelooss an hunn de Faarfstoffcode E163. Anthocyanine kommen an Uebst a Geméis vir a kënnen als eng Zort waasserléislech Planzepigmenter beschriwwe ginn. Cheemesch gesi sinn Anthocyanine Glykoside vun Anthocyanidinen, déi op der 2-phenylbenzophyrylium-Struktur (Flavylium) baséieren. Et gëtt méi wéi 200 verschidde sekundär Planzestoffer, déi an d’Kategorie vun den Anthocyanine falen. Well Anthocyaninen e wichtegt Faarfpigment a wëlle Friichten a Biere sinn, gëtt et vill Quellen, aus deenen se extrahéiert kënne ginn. Eng wichteg Quell vun Anthocyaninen ass d’Haut vun Drauwen. D’Anthocyaninpigmenter an der Drauwenhaut bestinn haaptsächlech aus Diglukosiden, Monoglukosid, acyléierte Monoglukosiden an acyléierten Diglukoside vu Peonidin, Malvidin, Cyanidin, Petunidin an Delphinidin. Den Anthocyaningehalt an Drauwe variéiert vun 30–750mg/100g.
Déi wichtegst Anthocyanine si Cyanidin, Delphinidin, Pelargonidin, Peonidin, Malvidin a Petunidin.
Zum Beispill kommen d’Anthocyanine peonidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6″-caffeoyl-6‴-feruloyl sophoroside)-5-glucoside an cyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside a mofe séisse Grompere vir.

Anthocyaninen – Virdeeler fir d’Gesondheet

Nieft hirer grousser Fäegkeet, als natierleche Liewensmëttelfaarfstoff ze wierken, ginn Anthocyanine wéinst hiren antioxidative Wierkunge ganz héich geschat. Dofir weisen Anthocyanine vill positiv Auswierkungen op d’Gesondheet. Fuerschungen hu gewisen, datt Anthocyaninen DNA-Schied a Kriibszellen hemmen, Verdauungsenzymer hemmen, d’Insulinproduktioun an isoléierte Bauchspeicheldrüszellen ausléisen, Entzündungsreaktioune reduzéieren, virum altersbedéngte Réckgang vun der Gehierfunktioun schützen, d’Dichtheet vu kapillare Bluttgefässer verbesseren an d’Aggregatioun vun Thrombozyte verhënnere kënnen.