Ultraskaņas antocianīna ekstrakcija

Antocianīni tiek plaši izmantoti kā dabīgas krāsvielas un uztura piedevas pārtikas produktos. Ultraskaņas ekstrakcija ir ļoti efektīva un vienkārša tehnika, lai iegūtu augstas kvalitātes antocianīnus. Zondes tipa sonikatoru izmantošana veicina augstas kvalitātes antocianīnu izdalīšanos no augiem, kā rezultātā tiek iegūta augstāka raža un ātrs process. Tajā pašā laikā ultraskaņas apstrāde ir viegla, zaļa un efektīva metode pārtikas un farmācijas kvalitātes antocianīnu rūpnieciskai ražošanai.

antocianīni – Kā iegūt augstas kvalitātes antocianīnus, izmantojot Sonicator

Antocianīni tiek plaši izmantoti kā dabiskas krāsvielas pārtikas rūpniecībā. Tiem ir plašs krāsu toņu spektrs, sākot no oranžas līdz sarkanai, līdz violetai un zilai, atkarībā no molekulārās struktūras un pH vērtības. Interese par antocianīniem ir balstīta ne tikai uz to krāsojošo iedarbību, bet arī uz to veselībai labvēlīgajām īpašībām. Sakarā ar pieaugošajām vides un veselības problēmām attiecībā uz sintētiskajām krāsvielām, dabiskās krāsvielas ir lieliska alternatīva kā videi draudzīga krāsviela pārtikas un zāļu rūpniecībai.

Ultrasoniski uzlabota antocianīna ekstrakcija

Kā iegūt antocianīnus ar ultraskaņu? – Gadījumu izpēte

Ultraskaņas antocianīna ekstrakcija no purpura rīsiem Oryza Sativa L.

Oryza Sativa celma purpursarkanie rīsi (pazīstami arī kā Violet Nori vai violetie rīsi) ir ārkārtīgi bagāti ar fenoliem, piemēram, antocianīnu favonoīdu grupu. (2018) izmantoja ultraskaņas ekstrakciju, lai izolētu polifenolus, piemēram, antocianīnus un antioksidantus no kariopsis (veselu, brūnā un parboiled veidā) un purpura rīsu lapām. Ultraskaņas ekstrakcija tika veikta, izmantojot Hielscher UP200St (200W, 26kHz, Pic. pa kreisi) un etanols 60% kā šķīdinātājs.
Lai saglabātu antocianīna integritāti, ultraskaņas ekstrakti tika uzglabāti −20 ° C temperatūrā, kas ļāva tos uzglabāt vismaz līdz trim mēnešiem.
Cyanidin-3 glucoside (also known as chrysanthemin) was by far the major detected anthocyanin in ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ and ‘Nerone’ cultivars investigated in the study of Turrini et al., whilst peonidin-3-glucoside and cyanidin-3-rutinoside (also antirrhinin) were found in lower amounts.
The violet leaves of Oryza Sativa are an excellent source of anthocyanins and total phenolic content (TPC). With an amount approx. 2–3-fold higher than those in rice and flour, the Oryza leaves present an inexpensive raw material for the extraction of anthocyanins. An estimated yield of about 4 kg anthocyanin/t fresh leaves is significantly higher than those of 1 kg anthocyanin/t rice, calculated on the basis of the medium anthocyanin amounts detected in ‘Violet Nori’ rice (1300 µg/g rice, as cyanidin-3-glucoside) for a yield of about 68 kg of rice from 100 kg paddy.

Ultraskaņas antocianīna ekstrakcija no sarkanajiem kāpostiem

(2015) ir pētījuši antocianīnu ultraskaņas ekstrakcijas efektivitāti no sarkanajiem kāpostiem. Ultraskaņas ekstrakcijas eksperimenti tika veikti, izmantojot ultraskaņas sistēmu UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). Sonotrode MS10 (10 mm uzgaļa diametrs) tika ievietots stikla vārglāzes ar regulējamu temperatūru centrā.

Šajā eksperimentā tika izmantoti svaigi griezti sarkano kāpostu gabaliņi ar 5 mm izmēru (kubiskā forma) un 92,11 ± 0,45 % mitruma saturu. Stikla vārglāze apvalkā (tilpums: 200ml) tika piepildīta ar 100ml destilēta ūdens un 2g sarkano kāpostu gabaliņiem. Vārglāze tika pārklāta ar alumīnija foliju, lai novērstu šķīdinātāja (ūdens) zudumus, procesa laikā iztvaicējot. Visos eksperimentos temperatūra vārglāzē tika uzturēta, izmantojot termostatisko regulatoru. Paraugi beidzot tika savākti, filtrēti un centrifugēti ar ātrumu 4000rpm, un antocianīna ražas noteikšanai tika izmantoti centrifugāti. Ekstrakcija ūdens vannā tika veikta kā kontroles eksperiments.
Optimālais antocianīna iznākums no sarkanajiem kāpostiem tika noteikts ar jaudu 100 W, laiku 30 min un temperatūru 15 °C, kā rezultātā antocianīna iznākums bija aptuveni 21 mg/L.
Sakarā ar krāsas izmaiņām uz pH vērtību un intensīvo krāsojumu, sarkano kāpostu krāsa ir izmantota kā pH indikators attiecīgi farmaceitiskajos preparātos vai kā antioksidanti un krāsvielas pārtikas sistēmās.

Ultrasonics ievērojami pastiprina antocianīnu ekstrakciju no augu materiāla.avots: Ravanfar et al. 2015

 
Citi pētījumi parāda veiksmīgu antocianīnu ultraskaņas ekstrakciju no mellenēm, kazenēm, vīnogām, ķiršiem, zemenēm un purpura saldajiem kartupeļiem.

Augstas veiktspējas ultraskaņas nosūcēji

Hielscher Ultrasonics ir specializējies augstas veiktspējas ultraskaņas procesoru ražošanā, lai ražotu augstas kvalitātes ekstraktus no botāniskajiem produktiem.
Plašais Hielscher sonikatoru portfelis svārstās no maziem, jaudīgiem laboratorijas ultrasonikatoriem līdz stabilām stenda un pilnībā rūpnieciskām sistēmām, kas nodrošina augstas intensitātes ultraskaņu bioaktīvo vielu efektīvai ekstrakcijai un izolēšanai (piemēram, antocianīni, gingerols, Piperine, Kurkumīns utt.).
Visi ultrasonikatori no 200W līdz 16 000W Ietver krāsainu skārienekrānu digitālajai vadībai, integrētu SD karti automātiskai datu ierakstīšanai, pārlūkprogrammas tālvadības pulti un daudzas citas lietotājam draudzīgas funkcijas. Sonotrodes un plūsmas šūnas (daļas, kas saskaras ar vidi) var būt autoklāvētas un viegli tīrāmas.
Hielscher sonikatori ir ļoti izturīgi un būvēti 24/7 darbībai ar pilnu slodzi, vienlaikus pieprasot zemu apkopi un viegli un droši darboties. Digitālais krāsu displejs ļauj lietotājam draudzīgi kontrolēt ultrasonikatoru.
Mūsu sistēmas spēj nodrošināt no zemām līdz pat ļoti augstām amplitūdām. Kanabinoīdu un terpēnu ekstrakcijai mēs piedāvājam īpašus ultraskaņas sonotrodes (pazīstami arī kā ultraskaņas zondes vai ragi), kas ir optimizēti augstas kvalitātes aktīvo vielu saprātīgai izolācijai. Visas mūsu sistēmas var izmantot kanabinoīdu ekstrakcijai un pēc tam emulgācijai. Hielscher ultraskaņas aparātu izturība ļauj nepārtraukti darboties (24/7) lieljaudas režīmā un prasīgā vidē.

Precīza ultraskaņas procesa parametru kontrole nodrošina reproducējamību un procesa standartizāciju.
 

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:

Literatūra? Atsauces

• 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.

Fakti, kurus ir vērts zināt

Kā darbojas ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību?

Intensīvu ultraskaņas viļņu pielietošana šķidrā vidē izraisa kavitāciju. Fenomens Kavitāciju lokāli noved pie ekstremālām temperatūrām, spiediena, sildīšanas/dzesēšanas ātruma, spiediena starpības un lieliem bīdes spēkiem vidē. Kad kavitācijas burbuļi implodē uz cietvielu virsmas (piemēram, daļiņas, augu šūnas, audi utt.), Mikrostrūklas un starppriekšmetu sadursme rada tādas sekas kā virsmas lobīšanās, erozija un daļiņu sadalīšanās. Turklāt kavitācijas burbuļu implosija šķidrā vidē rada makro turbulences un mikro sajaukšanos.
Augu materiāla fragmentu ultraskaņas araditācija augu šūnu matricu un uzlabo to pašu hidratāciju. Chemat et al (2015) secina, ka bioaktīvo savienojumu ultraskaņas ekstrakcija no botāniskajiem produktiem ir dažādu neatkarīgu vai kombinētu mehānismu rezultāts, ieskaitot sadrumstalotību, eroziju, kapilaritāti, deteksturāciju un sonoporāciju. Šie efekti izjauc šūnu sienu, uzlabo masas pārnesi, iespiežot šķīdinātāju šūnā un izsūcot fitosavienojumu, kas ielādēts šķīdinātājā, un nodrošina šķidruma kustību, mikrosajaucot.

Ultraskaņas ekstrakcija ir balstīta uz akustisko kavitāciju un tās hidrodinamiskajiem bīdes spēkiem

Augu materiāla fragmentu ultraskaņas araditācija augu šūnu matricu un uzlabo to pašu hidratāciju. (2015) secina, ka bioaktīvo savienojumu ultraskaņas ekstrakcija no botāniskajiem produktiem ir dažādu neatkarīgu vai kombinētu mehānismu rezultāts, ieskaitot sadrumstalotību, eroziju, kapilaritāti, deteksturāciju un sonoporāciju. Šie efekti izjauc šūnu sienu, uzlabo masas pārnesi, iespiežot šķīdinātāju šūnā un izsūcot fitosavienojumu, kas ielādēts šķīdinātājā, un nodrošina šķidruma kustību, mikrosajaucot.
Ultraskaņas ekstrakcija nodrošina ļoti ātru savienojumu izolāciju – pārspējot parastās ekstrakcijas metodes īsākā procesa laikā, augstākā ražā un zemākā temperatūrā. Kā viegla mehāniska apstrāde, ultraskaņas ekstrakcija novērš bioaktīvo komponentu termisko degradāciju un izceļas salīdzinājumā ar citām metodēm, piemēram, parasto šķīdinātāju ekstrakciju, hidrodistilāciju vai Soksleta ekstrakciju, kas, kā zināms, iznīcina karstumjutīgas molekulas. Šo priekšrocību dēļ ultraskaņas ekstrakcija ir vēlamā metode temperatūras jutīgu bioaktīvo savienojumu atbrīvošanai no botāniskajiem produktiem.

Ultraskaņas ekstrakcija no augu šūnām: mikroskopiskā šķērsvirziena sekcija (TS) parāda darbības mehānismu ultraskaņas ekstrakcijas laikā no šūnām (palielinājums 2000x) [resurss: Vilkhu et al. 2011]

Antocianīna – Vērtīgs augu pigments

Antocianīni ir vakuolāri augu pigmenti, kas var parādīties sarkanā, violetā, zilā vai melnā krāsā. Ūdenī šķīstošo antocianīna pigmentu krāsas izteiksme ir atkarīga no to pH vērtības. Antocianīni ir atrodami šūnu vakuolā, galvenokārt ziedos un augļos, bet arī lapās, stublājos un saknēs, kur tie ir atrodami galvenokārt ārējos šūnu slāņos, piemēram, epidermā un perifērās mezofila šūnās.
Dabā visbiežāk sastopamie ir cianidīna, delfinidīna, malvidīna, pelargonidīna, peonidīna un petunidīna glikozīdi.
Ievērojami piemēri augiem, kas bagāti ar antocianīniem, ir vaccinium sugas, piemēram, melleņu, dzērveņu un melleņu; Rubus ogas, ieskaitot melno aveņu, sarkano aveņu un kazenes; upenes, ķirši, baklažāni, melnie rīsi, ube, Okinawan saldie kartupeļi, Concord vīnogas, muskadīna vīnogas, sarkanie kāposti un violetās ziedlapiņas. Sarkanie mīkstie persiki un āboli satur antocianīnus. Antocianīni ir mazāk bagāti ar banāniem, sparģeļiem, zirņiem, fenheli, bumbieriem un kartupeļiem, un dažās zaļo ērkšķogu šķirnēs tie var nebūt pilnīgi.

Galveno antocianīnu struktūra

Antocianīni ir lieliska alternatīva, lai aizstātu sintētiskās krāsvielas pārtikas produktos. Antocianīni ir apstiprināti lietošanai kā pārtikas krāsvielas Eiropas Savienībā, Austrālijā un Jaunzēlandē ar krāsvielu kodu E163. Antocianīni ir atrodami augļos un dārzeņos, un tos var raksturot kā ūdenī šķīstošu augu pigmentu veidu. Ķīmiski antocianīni ir antocianidīnu glikozīdi, kuru pamatā ir 2-fenilbenzofilija (flavilija) struktūra. Ir vairāk nekā 200 atšķirīgu fitoķīmisko vielu, kas ietilpst antocianīnu kategorijā. Kā galvenais krāsu pigments savvaļas augļos un ogās ir daudz avotu, no kuriem var iegūt antocianīnus. Ievērojams antocianīnu avots ir vīnogu āda. Antocianīna pigmenti vīnogu ādā galvenokārt sastāv no di-glikozīdiem, mono-glikozīda, acilētiem monoglikozīdiem, kā arī peonidīna, malvidīna, cianidīna, petunidīna un delfinidīna acilētiem di-glikozīdiem. Antocianīna saturs vīnogās svārstās no 30-750mg/100g.
Visredzamākie antocianīni ir cianidīns, delphinidīns, pelargonidīns, peonidīns, malvidīns un petunidīns.
Piemēram, antocianīni, peonidīns-3-caffeoyl-p-hidroksibenzoilsophorozīds-5-glikozīds, peonidīns-3-(6"-caffeoyl-6''-feruloilsophorozīds)-5-glikozīds un cianidīns-3-kofeoil-p-hidroksibenzoilsophorozīds-5-glikozīds ir atrodami purpura saldajos kartupeļos.

antocianīni – Ieguvumi veselībai

Papildus lieliskajai spējai darboties kā dabiskai pārtikas krāsvielai, antocianīni tiek augstu novērtēti par to antioksidatīvo iedarbību. Tāpēc antocianīniem ir daudz pozitīvas ietekmes uz veselību. Pētījumi liecina, ka antocianīni var inhibēt DNS bojājumus vēža šūnās, inhibēt gremošanas fermentus, inducēt insulīna ražošanu izolētās aizkuņģa dziedzera šūnās, samazināt iekaisuma reakcijas, aizsargāt pret ar vecumu saistītu smadzeņu darbības pasliktināšanos, uzlabot kapilāru asinsvadu sasprindzinājumu un novērst trombocītu agregāciju.