Ultrasone extractie van piperine uit peper

• Piperine is een bioactieve stof die voorkomt in peperkorrels en wordt gewaardeerd om haar farmacologische eigenschappen.
• Ultrasone extractie is een efficiënte, eenvoudige en snelle extractietechniek om hoogwaardige piperine te isoleren.
• Ultrasone extractie is een betrouwbare en beproefde methode die al op grote schaal wordt gebruikt in de farmaceutische industrie en de voedingsmiddelenindustrie.

Piperine-extractie met ultrasone golven met hoge prestaties

Piperine is een gewaardeerde bioactieve verbinding die bekendstaat om haar potentieel om de opname van curcumine, selenium, vitamine B12, bètacaroteen en andere verbindingen te verhogen. Daarom hebben de farmaceutische industrie en de voedingsindustrie grote belangstelling voor de snelle en eenvoudige extractie van hoogwaardige piperine.
Conventionele extractie van piperine en piperidine wordt uitgevoerd door middel van tijdrovende oplosmiddelextractie met het giftige DMC (dichloormethaan). Ultrasone extractie overtreft conventionele oplosmiddelextractie dankzij hogere opbrengsten, het gebruik van niet-giftige oplosmiddelen (bijv. ethanol) en een snel extractieproces. Ultrasone golven met hoge prestaties veroorzaken cavitatie in vloeistoffen. Akoestische of ultrasone cavitatie genereert plaatselijk extreme omstandigheden, zoals extreem grote temperatuur- en drukverschillen, vloeistofstralen en afschuifkrachten. Deze ultrasone krachten breken celwanden en verhogen de massaoverdracht tussen het binnenste van de cel en het omringende oplosmiddel, waardoor de bioactieve stoffen vrijkomen. Ultrasone extractie is een beproefde techniek om doelverbindingen zoals piperine uit gemalen peper te isoleren (piper nigrum, piper longum).

Optimale extractieomstandigheden met sonicatie

Een van de belangrijkste voordelen van ultrasone isolatie is de nauwkeurige regeling van alle procesparameters. Ultrasone intensiteit (amplitude, vermogen, inschakelduur), extractietijd, oplosmiddel, verhouding tussen vaste stof en oplosmiddel en temperatuur kunnen worden afgestemd op optimale omstandigheden om de hoogste opbrengst aan hoogwaardige piperine te verkrijgen.

Voorbeeldprotocol voor ultrasone piperine-extractie

In een kleinschalige opstelling met een bekerglas wordt de maximale opbrengst aan piperine (5,8 mg/g) uit gemalen Piper longum verkregen onder geoptimaliseerde omstandigheden voor ultrasone extractie, die als volgt zijn vastgesteld:
Sonicator UP200St of UP200Ht (200W, 26kHz)
ultrasone parameters: 100% amplitude, 80% inschakelduur
sonicatietijd: ca. 18 min.
oplosmiddel: ethanol
verhouding tussen vaste stof en oplosmiddel: 1:10
temperatuur: 50°C

Superieure resultaten

Ultrasone extractie heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditionele batchextractie en oplosmiddelextractie. Rathod (2014) laat zien dat de extractietijd wordt verkort van 8h voor oplosmiddelextractie in batches en 4h voor Soxhlet-extractie tot 18 min. voor ultrasone extractie. Bovendien levert ultrasone extractie een hogere extractieopbrengst aan piperine op. De extractieopbrengsten aan piperine bij Soxhlet-extractie en batchextractie bleken respectievelijk 1,67 mg/g en 0,98 mg/g te bedragen, wat veel lager was dan de ultrasoon verkregen opbrengst van 5,8mg/g. Rathod (2014) concludeert dat ultrasoon ondersteunde extractie van natuurlijke plantenbestanddelen zoals piperine het probleem van slechte extraheerbaarheid en lange extractietijden vermindert ten opzichte van traditionele methoden.

Ultrasone golven worden ook met succes gebruikt voor de extractie van etherische oliën uit zwarte peper. Klik hier voor meer informatie over de ultrasone hydrodestillatie van etherische oliën!

Vind de beste sonicator voor piperine-extractie

Hielscher Ultrasonics is een fabrikant met jarenlange ervaring in ultrasone extractiesystemen met hoge prestaties. Ons productassortiment loopt uiteen van kleine, krachtige sonicatoren voor laboratoria tot robuuste tafelmodellen en industriële systemen, die ultrasone golven met hoge intensiteit leveren voor de efficiënte extractie en isolatie van bioactieve stoffen (bijv. piperine, curcumine enz.).
Alle ultrasone apparaten van 200W tot 16.000W zijn voorzien van een kleurendisplay voor digitale bediening, een geïntegreerde SD-kaart voor automatische gegevensregistratie, afstandsbediening via een browser en vele andere gebruiksvriendelijke functies. De sonotroden en doorstroomcellen (de onderdelen die in contact komen met het medium) kunnen worden geautoclaveerd en zijn eenvoudig te reinigen.
Al onze sonicatoren zijn gebouwd voor gebruik 24/7, vereisen weinig onderhoud en zijn eenvoudig en veilig te bedienen.

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:

Literatuur/Referenties

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioxidatief en antiglycatiepotentieel van groene peper (Piper nigrum): optimalisatie van extractie op basis van β-cyclodextrine met behulp van responsoppervlakmethodologie. Food Chemistry, Volume 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultrasoon ondersteunde extractie van piperine uit witte peper op basis van een ionische vloeistof. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extractie van piperine uit Piper longum met behulp van ultrasone golven. Industrial Crops and Products Vol. 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimalisatie van de extractie van fenolische verbindingen uit jujube (Ziziphus Jujube) met behulp van een ultrasoon ondersteunde extractiemethode.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extractie en karakterisering van eiwitten uit de bloem van de banaan (Musa Sapientum L) en evaluatie van antimicrobiële activiteiten. J Food Sci Technol (februari 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimalisatie van de extractieparameters voor epigallocatechinegallaat uit groene thee met conventionele heetwatermethoden en ultrasoon ondersteunde methoden. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.

Wetenswaardigheden

Ultrasone extractie

Ultrasone extractie van bioactieve stoffen uit plantaardig materiaal is gebaseerd op het principe van akoestische cavitatie. Akoestische cavitatie treedt op wanneer ultrasone golven met zeer hoge intensiteit (bijv. hoge amplitudes van 100µm, gegenereerd door ultrasone golven van 20–26kHz) in een vloeistof worden gekoppeld. De afschuifkrachten door cavitatie perforeren en scheuren de celwanden van het plantenmateriaal en duwen en trekken het omringende oplosmiddel het binnenste van de cel in en uit. Na het extractieproces bevat het oplosmiddel de doelmoleculen, die vervolgens kunnen worden afgescheiden (bijv. door centrifugatie). Ultrasone extractie staat erom bekend hoge opbrengsten aan intacte plantenextracten te leveren.

Ultrasone extractie uit cellen: de microscopische dwarsdoorsnede (TS) van het apicale stengeldeel van munt (Mentha piperita) toont het werkingsmechanisme tijdens ultrasone extractie uit cellen (vergroting 2000x) [bron: Vilkhu et al. 2011]

Piperine

Piperine (1-piperyol-piperidine) is de belangrijkste scherp smakende verbinding in peper (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). De smaak van peper, de scherpte en daarmee de kwaliteit hangen samen met de hoeveelheid piperine. Dit kwaliteitskenmerk kan worden veranderd door piperine te hydrolyseren, waardoor de piperidinering wordt gesplitst.
Piperine staat bekend om diverse farmacologische effecten, bijv. antischimmelwerking, werking tegen diarree, ontstekingsremmende werking en remming van 5-lipoxygenase en cyclo-oxygenase-1. Bovendien verhoogt piperine de biologische beschikbaarheid van curcumine met 2000%. Daarom is piperine een populaire stof die wordt gebruikt in supplementformuleringen (bijv. BioPerine®).
Piperine kan worden geëxtraheerd uit Piper nigrum en Piper longum.
Piperidine is een cyclisch secundair amine, een moleculaire structuur die in veel plantenalkaloïden voorkomt. Piperidine ontstaat door hydrolyse van piperine. Piperidine en zijn derivaten zijn veelvoorkomende bouwstenen bij de synthese van farmaceutische stoffen en fijnchemicaliën.

Peper

Piper nigrum, zwarte peper, is een bloeiende klimplant uit de familie Piperaceae. De plant wordt gekweekt om haar vruchten, de peperkorrels, die meestal worden gedroogd en als specerij en smaakmaker worden gebruikt. Zwarte, groene en witte peperkorrels zijn allemaal afkomstig van de zwartepeperplant. De verschillende kleuren zijn het resultaat van de behandeling en bereiding van de peperkorrels. Zwarte peperkorrels worden verkregen door de onrijpe steenvruchten in heet water te koken en ze vervolgens te drogen. Witte peper wordt geoogst als volledig rijpe bessen van de peperplant; daarna wordt de donkere schil van de rijpe vrucht verwijderd (roten). Groene peperkorrels worden gemaakt van de onrijpe steenvruchten door ze met zwaveldioxide te behandelen, in te blikken of te vriesdrogen om hun groene kleurstoffen te behouden.

Piper longum Linn, ook bekend als Indiase lange peper (pipli), is nauw verwant aan Piper nigrum en heeft een vergelijkbare, maar scherpere smaak dan Piper nigrum.
De vruchten van Piper longum bevatten ca. 1% vluchtige oliën, hars, de alkaloïden piperine en piperlonguminine, een wasachtig alkaloïde Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide en een terpenoïde stof. Het piperidine-alkaloïde piperine is verantwoordelijk voor de pittige, scherpe smaak van peperbessen. Piperlongumine is een farmacologisch actieve stof die activiteit vertoont tegen veel vormen van kanker, waaronder prostaat-, borst-, long- en dikkedarmkanker, lymfoom, leukemie, primaire hersentumoren en maagkanker.
Verder kunnen de volgende hoeveelheden mineralen in peperbessen worden aangetroffen: 1230mg/100g calcium, 190mg/100g fosfor en 62,1mg/100g ijzer. De wortels bevatten piperine, piperlongumine of piplartine en dihydrostigmasterol.