Ultrasone extractie van piperine uit peper

• Piperine is een bioactieve stof die voorkomt in peperkorrels en gewaardeerd wordt om zijn farmacologische eigenschappen.
• Ultrasoon is een efficiënte, eenvoudige en snelle extractietechniek om piperine van hoge kwaliteit te isoleren.
• Ultrasone extractie is een betrouwbare en bewezen methode, die al op grote schaal wordt gebruikt in de farmaceutische en voedingsmiddelenindustrie.

Piperine-extractie door ultrageluid met hoge prestatie

Piperine is een gewaardeerde bioactieve verbinding die bekend staat om zijn vermogen om de absorptie van curcumine, selenium, vitamine B12, bètacaroteen en andere verbindingen te verhogen. Daarom is de farmaceutische en voedingsindustrie zeer geïnteresseerd in de snelle en eenvoudige extractie van piperine van hoge kwaliteit.
Conventionele piperine- en piperidine-extractie wordt uitgevoerd door middel van tijdrovende oplosmiddelextractie met het giftige DMC (dichloormethaan). Ultrasone extractie overtreft conventionele oplosmiddelextractie door een hogere opbrengst, het gebruik van niet-giftige oplosmiddelen (bijv. ethanol) en een snel extractieproces. Ultrasoon geluid creëert cavitatie in vloeistoffen. Akoestische of ultrasone cavitatie genereert plaatselijk extreme omstandigheden zoals superhoge temperatuur- en drukverschillen, vloeistofstralen en schuifkrachten. Deze ultrasone krachten breken de celwanden en verhogen de massaoverdracht tussen het inwendige van de cel en het omringende oplosmiddel zodat de bioactieve stoffen vrijkomen. Ultrasone extractie is een beproefde techniek om doelgerichte verbindingen te isoleren, zoals piperine uit gemalen peper (piper nigrum, adder longum).

Optimale extractieomstandigheden met Sonicatie

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

Voorbeeldprotocol voor ultrasone piperine-extractie

In een kleinschalige bekerglasopstelling was de maximale opbrengst van piperine (5,8 mg/g) uit gemalen adder longum wordt verkregen bij geoptimaliseerde ultrasone extractiecondities, die als volgt zijn bevonden:
sonicator UP200St of UP200Ht (200W, 26kHz)
ultrasone parameters: 100% amplitude, 80% activiteitscyclus
sonificatietijd: ca. 18 min.
oplosmiddel: ethanol
verhouding vaste stof/oplosmiddel: 1:10
temperatuur: 50°C

Superieure resultaten

Ultrasone extractie heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditionele batch- en oplosmiddelextractie. Rathod (2014) laat zien dat de extractietijd wordt teruggebracht van 8 uur batch-extractie met oplosmiddelen en 4 uur soxhlet-extractie tot 18 minuten ultrasone extractie. Bovendien geeft ultrasone extractie een hoger extractierendement van piperine. Het extractierendement van piperine verkregen uit soxhletextractie en batch extractiemethoden bleek respectievelijk 1,67 mg/g en 0,98 mg/g te zijn, wat veel lager was dan het ultrasoon verkregen rendement van 5,8mg/g. Rathod (2014) concludeert dat ultrasone extractie van natuurlijke fytoconstituenten zoals piperine het probleem van lage extraheerbaarheid en lange extractietijden vermindert ten opzichte van traditionele methoden.

Ultrasoon geluid wordt ook met succes gebruikt voor de extractie van essentiële oliën uit zwarte peper. Klik hier voor meer informatie over ultrasone hydrodistillatie van essentiële oliën!

Vind de beste sonificator voor piperine-extractie

Hielscher Ultrasonics is een ervaren fabrikant van hoogwaardige ultrasone afzuigsystemen. Ons productassortiment varieert van kleine, krachtige ultrasone laboratoriumtoestellen naar robuust tafelmodellen en industriële systemendie ultrageluid met hoge intensiteit leveren voor de efficiënte extractie en isolatie van bioactieve stoffen (bijv. piperine, curcumine enz.).
Alle ultrasone apparaten van 200 W tot 16.000 W hebben een gekleurd display voor digitale bediening, een geïntegreerde SD-kaart voor automatische gegevensregistratie, browserafstandsbediening en nog veel meer gebruiksvriendelijke functies. De sonotroden en flowcellen (de onderdelen die in contact komen met het medium) zijn autoclaveerbaar en eenvoudig te reinigen.
Al onze ultrasone machines zijn gebouwd voor 24/7 gebruik, vereisen weinig onderhoud en zijn eenvoudig en veilig te bedienen.

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:

Literatuur/referenties

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioxidant en anti-glycatie potentieel van groene peper (Piper nigrum): Optimalisatie van extractie op basis van β-cyclodextrine met behulp van responsoppervlaktemethodologie. Levensmiddelenchemie, Volume 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultrasoon ondersteunde extractie van piperine uit witte peper op basis van ionische vloeistoffen. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extractie van piperine uit Piper longum met behulp van ultrageluid. Industriële gewassen en producten 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 bestanddelen van jujube (Ziziphus Jujube) met behulp van een ultrasone extractiemethode.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anaal A.K. (2018): Extractie en karakterisering van eiwitten uit de bloem van 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 van epigallocatechine gallaat met behulp van conventionele heetwater- en ultrasoongestuurde methoden uit groene thee. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37-44.

Wetenswaardigheden

ultrasone extractie

Ultrasone extractie van bioactieve stoffen uit planten is gebaseerd op het principe van Akoestische cavitatie. Akoestische cavitatie treedt op wanneer zeer intense ultrasone geluidsgolven (bv. hoge amplitudes van 100µm, gegenereerd door 20-26kHz ultrageluid) worden gekoppeld in een vloeistof. De schuifkrachten van de cavitatie perforeren en scheuren de celwanden van het plantenmateriaal en duwen en trekken het omringende oplosmiddel in en uit het binnenste van de cel. Na het extractieproces neemt het oplosmiddel de doelmoleculen mee, die vervolgens gescheiden kunnen worden (bijvoorbeeld door centrifugeren). Het is bekend dat ultrasone extractie een hoge opbrengst aan intacte fyto-extracten oplevert.

Ultrasone extractie uit cellen: de microscopische dwarsdoorsnede (TS) van de apicale stengel 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 prikkelende verbinding van peper (piper nigrum / adder longum, Piperaceae). De smaak, de pikantheid en dus de kwaliteit van peper zijn gecorreleerd met de hoeveelheid piperine. Dit kwaliteitskenmerk kan worden veranderd door piperine te hydrolyseren, zodat de piperidine ring wordt gesplitst.
Piperine staat bekend om verschillende farmacologische effecten, zoals schimmelwerende, diarreewerende, ontstekingsremmende en 5-lipoxygenase- en cyclo-oxygenase-1-remmende activiteiten. Bovendien verhoogt piperine de biologische beschikbaarheid van curcumine met 2000%. Daarom is piperine een populaire stof die wordt gebruikt in supplementformules (bijv. BioPerine®).
Piperine kan worden gewonnen uit piper nigrum en adder longum.
Piperidine is een cyclisch secundair amine, een moleculaire structuur die in veel plantaardige alkaloïden voorkomt. Piperidine ontstaat door hydrolyse van piperine. Piperidine en zijn derivaten zijn alomtegenwoordige bouwstenen in de synthese van geneesmiddelen en fijnchemicaliën.

peper

piper nigrumzwarte peper, is een bloeiende klimplant in de familie Piperaceae. Hij wordt gekweekt voor zijn pepervruchten die meestal worden gedroogd en gebruikt als specerij en smaakmaker. Zwarte, groene en witte peperkorrels worden allemaal verkregen uit de zwarte peperplant. 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 daarna te drogen. Witte peper wordt geoogst als volledig rijpe bessen van de peperplant; vervolgens wordt de donkere schil van de rijpe vrucht verwijderd (roten). Groene peperkorrels worden gemaakt van de onrijpe steenvruchten door ze te behandelen met zwaveldioxide, in te blikken of te vriesdrogen om de groene kleurstoffen te behouden.

Piper longum Linnook bekend als Indiase lange peper (pipli), is nauw verwant aan piper nigrum en heeft een vergelijkbare, maar hetere smaak dan piper nigrum.
De vruchten van adder longum bevat ongeveer 1% vluchtige oliën, hars, de alkaloïden piperine en piperlonguminine, een wasachtige alkaloïde Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide en een terpenoïde stof. De piperidine-alkaloïde piperine is verantwoordelijk voor de pittige, prikkelende smaak van peperbessen. Piperlongumine is een farmacologisch actieve stof die activiteit vertoont tegen vele vormen van kanker, waaronder prostaat-, borst-, long-, colon-, lymfoom-, leukemie-, primaire hersentumoren en maagkanker.
Verder zijn de volgende hoeveelheden mineralen te vinden in peperbessen: 1230mg/100g calcium, 190mg/100g fosfor en 62,1mg/100g ijzer. De wortels bevatten piperine, piperlongumine of piplartine en dihydrostigmasterol.