Piperīna ekstrakcija no pipariem ar ultraskaņu

• Piperīns ir bioaktīva viela, kas atrodama piparu graudos un tiek augstu vērtēta tās farmakoloģisko īpašību dēļ.
• Ekstrakcija ar ultraskaņu ir efektīva, vienkārša un ātra metode augstas kvalitātes piperīna izolēšanai.
• Ekstrakcija ar ultraskaņu ir uzticama un pārbaudīta metode, ko jau plaši izmanto farmācijas un pārtikas rūpniecībā.

Piperīna ekstrakcija ar augstas veiktspējas ultraskaņu

Piperīns ir augstu vērtēts bioaktīvs savienojums, kas pazīstams ar savu potenciālu palielināt kurkumīna, selēna, B12 vitamīna, beta-karotīna un citu savienojumu uzsūkšanos. Tādēļ farmācijas un uztura produktu rūpniecība ir ļoti ieinteresēta ātrā un vienkāršā augstas kvalitātes piperīna ekstrakcijā.
Tradicionāli piperīnu un piperidīnu ekstrahē laikietilpīgā ekstrakcijas procesā ar šķīdinātāju, izmantojot toksisko DMC (dihlormetānu). Ekstrakcija ar ultraskaņu pārspēj tradicionālo ekstrakciju ar šķīdinātāju, nodrošinot lielāku iznākumu, netoksisku šķīdinātāju (piemēram, etanola) izmantošanu un ātru ekstrakcijas procesu. Augstas veiktspējas ultraskaņa šķidrumos rada kavitāciju. Akustiskā jeb ultraskaņas kavitācija lokāli rada ekstremālus apstākļus, piemēram, ārkārtīgi lielas temperatūras un spiediena starpības, šķidruma strūklas un bīdes spēkus. Šie ultraskaņas radītie spēki sagrauj šūnu sieniņas un palielina masas pārnesi starp šūnas iekšieni un apkārtējo šķīdinātāju, tādējādi atbrīvojot bioaktīvās vielas. Ekstrakcija ar ultraskaņu ir pārbaudīta metode mērķa savienojumu, piemēram, piperīna, izolēšanai no maltiem pipariem (piper nigrum, piper longum).

Optimāli ekstrakcijas apstākļi, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Viena no svarīgākajām izolēšanas ar ultraskaņu priekšrocībām ir visu procesa parametru precīza kontrole. Ultraskaņas intensitāti (amplitūdu, jaudu, darba ciklu), ekstrakcijas laiku, šķīdinātāju, cietās vielas un šķīdinātāja attiecību un temperatūru var pielāgot optimāliem apstākļiem, lai iegūtu vislielāko augstas kvalitātes piperīna iznākumu.

Piperīna ekstrakcijas ar ultraskaņu protokola piemērs

Neliela mēroga eksperimentālā iekārtā ar vārglāzi maksimālo piperīna iznākumu (5,8 mg/g) no maltiem Piper longum iegūst optimizētos ekstrakcijas ar ultraskaņu apstākļos, kas ir šādi:
Ultraskaņas aparāts UP200St vai UP200Ht (200W, 26kHz)
ultraskaņas parametri: 100% amplitūda, 80% darba cikls
apstrādes ar ultraskaņu laiks: aptuveni 18 min.
šķīdinātājs: etanols
cietās vielas un šķīdinātāja attiecība: 1:10
temperatūra: 50°C

Izcili rezultāti

Ekstrakcijai ar ultraskaņu ir būtiskas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālo ekstrakciju partijās un ekstrakciju ar šķīdinātāju. Rathod (2014) parāda, ka ekstrakcijas laiks samazinās no 8h ekstrakcijai ar šķīdinātāju partijās un 4h Soksleta ekstrakcijai līdz 18 min. ekstrakcijai ar ultraskaņu. Turklāt ekstrakcija ar ultraskaņu nodrošina lielāku piperīna ekstrakcijas iznākumu. Tika konstatēts, ka piperīna ekstrakcijas iznākums, izmantojot Soksleta ekstrakciju un ekstrakciju partijās, bija attiecīgi 1,67 mg/g un 0,98 mg/g, kas bija daudz mazāks nekā ar ultraskaņu iegūtais iznākums 5,8mg/g. Rathod (2014) secina, ka dabisko augu sastāvdaļu, piemēram, piperīna, ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību salīdzinājumā ar tradicionālajām metodēm mazina zemas ekstrahējamības un ilga ekstrakcijas laika problēmu.

Ultraskaņu veiksmīgi izmanto arī ēterisko eļļu ekstrakcijai no melnajiem pipariem. Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ēterisko eļļu hidrodestilāciju ar ultraskaņu!

Atrodiet labāko ultraskaņas aparātu piperīna ekstrakcijai

Hielscher Ultrasonics ir augstas veiktspējas ultraskaņas ekstrakcijas sistēmu ražotājs ar ilggadēju pieredzi. Mūsu produktu klāsts aptver visu no nelieliem, jaudīgiem laboratorijas ultraskaņas aparātiem līdz izturīgām galda un rūpnieciskajām sistēmām, kas nodrošina augstas intensitātes ultraskaņu efektīvai bioaktīvo vielu ekstrakcijai un izolēšanai (piemēram, piperīna, kurkumīna utt.).
Visām ultraskaņas ierīcēm no 200W līdz 16 000W ir krāsu displejs digitālai vadībai, integrēta SD karte automātiskai datu reģistrēšanai, attālināta vadība pārlūkprogrammā un daudzas citas lietotājam ērtas funkcijas. Sonotrodes un plūsmas šūnas (daļas, kas saskaras ar apstrādājamo vidi) var autoklavēt, un tās ir viegli tīrāmas.
Visi mūsu ultraskaņas aparāti ir paredzēti darbībai 24/7, tiem nepieciešama neliela apkope, un to lietošana ir vienkārša un droša.

Tālāk sniegtā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:

Literatūra/atsauces

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Zaļo piparu (Piper nigrum) antioksidatīvais un glikāciju kavējošais potenciāls: uz β-ciklodekstrīnu balstītas ekstrakcijas optimizācija, izmantojot atbildes virsmas metodoloģiju. Food Chemistry, 316. sējums, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Piperīna ekstrakcija no baltajiem pipariem ar ultraskaņas palīdzību, izmantojot jonu šķidrumu. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Piperīna ekstrakcija no Piper longum, izmantojot ultraskaņu. Industrial Crops and Products, 58. sēj., 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Jujubas (Ziziphus Jujube) fenola savienojumu ekstrakcijas optimizācija, izmantojot ekstrakcijas metodi ar ultraskaņas palīdzību.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Olbaltumvielu ekstrakcija no banāna (Musa Sapientum L) zieda, to raksturošana un antimikrobiālās aktivitātes novērtēšana. 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): Epigallokatehīna gallāta ekstrakcijas no zaļās tējas parametru optimizācija, izmantojot tradicionālo karstā ūdens metodi un metodes ar ultraskaņas palīdzību. Pārtikas un bioproduktu pārstrāde 111 (2018). 37–44.

Noderīgi fakti

Ultraskaņas ekstrakcija

Bioaktīvo vielu ultraskaņas ekstrakcijas no augu materiāliem pamatā ir akustiskās kavitācijas princips. Akustiskā kavitācija rodas, kad šķidrumā ievada augstas intensitātes ultraskaņas viļņus (piemēram, ar lielu amplitūdu – 100µm –, ko rada 20–26kHz ultraskaņa). Kavitācijas radītie bīdes spēki perforē un pārrauj augu materiāla šūnu sieniņas un spiež un velk apkārtējo šķīdinātāju šūnu iekšienē un ārā no tām. Pēc ekstrakcijas procesa šķīdinātājs satur mērķa molekulas, kuras pēc tam var atdalīt (piemēram, centrifugējot). Ir labi zināms, ka ultraskaņas ekstrakcija nodrošina lielu nebojātu augu ekstraktu iznākumu.

Ultraskaņas ekstrakcija no šūnām: piparmētras (Mentha piperita) stublāja galotnes mikroskopiskais šķērsgriezums (TS) parāda darbības mehānismu ultraskaņas ekstrakcijas laikā no šūnām (palielinājums 2000x) [avots: Vilkhu et al. 2011]

Piperīns

Piperīns (1-piperyol-piperidine) ir galvenais savienojums, kas piešķir pipariem asumu (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Piparu garša, to asums un līdz ar to arī kvalitāte ir saistīti ar piperīna daudzumu. Šo kvalitātes īpašību var mainīt, hidrolizējot piperīnu tā, ka tiek pāršķelts piperidīna gredzens.
Piperīns ir pazīstams ar dažādu farmakoloģisko iedarbību, piemēram, pretsēnīšu, pretcaurejas un pretiekaisuma iedarbību, kā arī 5-lipoksigenāzes un ciklooksigenāzes-1 inhibēšanu. Turklāt piperīns palielina kurkumīna biopieejamību par 2000%. Tādēļ piperīns ir populāra viela, ko izmanto uztura bagātinātāju sastāvos (piemēram, BioPerine®).
Piperīnu var ekstrahēt no Piper nigrum un Piper longum.
Piperidīns ir ciklisks sekundārais amīns, kura molekulārā struktūra ir sastopama daudzos augu alkaloīdos. Piperidīns rodas piperīna hidrolīzē. Piperidīns un tā atvasinājumi ir plaši izmantoti struktūrelementi farmaceitisko vielu un smalkās organiskās sintēzes ķīmisko vielu sintēzē.

Pipari

Piper nigrum, melnais pipars, ir ziedošs vīteņaugs, kas pieder pie Piperaceae dzimtas. To audzē augļu – piparu graudu – ieguvei, kurus parasti kaltē un izmanto kā garšvielu un piedevu ēdiena garšas uzlabošanai. Melnos, zaļos un baltos piparu graudus iegūst no melnā pipara auga. Atšķirīgās krāsas rodas piparu graudu apstrādes un sagatavošanas rezultātā. Melnos piparu graudus iegūst, nenogatavojušos kauleņus vārot karstā ūdenī un pēc tam kaltējot. Baltos piparus ievāc kā pilnīgi nogatavojušās pipara auga ogas; pēc tam nogatavojušos augļu tumšo mizu noņem, tos mērcējot. Zaļos piparu graudus iegūst no nenogatavojušiem kauleņiem, apstrādājot tos ar sēra dioksīdu, konservējot vai liofilizējot, lai saglabātu to zaļās krāsvielas.

Piper longum Linn, kas pazīstams arī kā Indijas garais pipars (pipli), ir tuvs radinieks sugai Piper nigrum , un tam ir līdzīga, bet asāka garša nekā Piper nigrum.
Auga Piper longum augļi satur aptuveni 1% gaistošo eļļu, sveķus, alkaloīdus piperīnu un piperlonguminīnu, vaskveida alkaloīdu Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide un terpenoīdu vielu. Piperidīna alkaloīds piperīns nodrošina piparu ogu pikanto, aso garšu. Piperlongumīns ir farmakoloģiski aktīva viela, kas uzrāda aktivitāti pret daudziem vēža veidiem, tostarp prostatas, krūts, plaušu un resnās zarnas vēzi, limfomu, leikēmiju, primāriem smadzeņu audzējiem un kuņģa vēzi.
Turklāt piparu ogās ir sastopamas minerālvielas šādā daudzumā: 1230mg/100g kalcija, 190mg/100g fosfora un 62,1mg/100g dzelzs. Saknes satur piperīnu, piperlongumīnu jeb piplartīnu un dihidrostigmasterolu.