Ultradźwiękowa ekstrakcja antocyjanów
Antocyjany są szeroko stosowane jako naturalny barwnik i dodatek odżywczy w produktach spożywczych. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce wydajną i prostą techniką uzyskiwania wysokiej jakości antocyjanów. Zastosowanie sonikatorów typu sondowego sprzyja uwalnianiu wysokiej jakości antocyjanów z roślin, co skutkuje wyższymi plonami i szybkim procesem. Jednocześnie sonikacja jest łagodną, ekologiczną i wydajną techniką przemysłowej produkcji antocyjanów o jakości spożywczej i farmaceutycznej.
antocyjany – Jak ekstrahować wysokiej jakości antocyjany za pomocą sonikatora?
Antocyjany są szeroko stosowane jako naturalne barwniki w przemyśle spożywczym. Mają one szerokie spektrum odcieni kolorów, od pomarańczowego przez czerwony do fioletowego i niebieskiego, w zależności od struktury molekularnej i wartości pH. Zainteresowanie antocyjanami wynika nie tylko z ich działania barwiącego, ale także z ich korzystnych dla zdrowia właściwości. Ze względu na rosnące obawy dotyczące środowiska i zdrowia w odniesieniu do barwników syntetycznych, naturalne barwniki są doskonałą alternatywą jako przyjazny dla środowiska barwnik dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego.
Ultradźwiękowo ulepszona ekstrakcja antocyjanów
- Wyższe zyski
- Szybki proces ekstrakcji – w ciągu kilku minut
- Wysokiej jakości ekstrakty – Łagodna, nietermiczna ekstrakcja
- Zielone rozpuszczalniki (woda, etanol, gliceryna, oleje roślinne itp.)
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- Niskie koszty inwestycyjne i operacyjne
- Solidność i niskie koszty utrzymania
- Zielona, przyjazna dla środowiska metoda

Ultrasonicator UP400St do szybkiej ekstrakcji składników roślinnych w partiach.
Jak wyodrębnić antocyjany za pomocą ultradźwięków? – Studia przypadków
Ultradźwiękowa ekstrakcja antocyjanów z purpurowego ryżu Oryza Sativa L.
Fioletowy ryż odmiany Oryza Sativa (znany również jako Violet Nori lub fioletowy ryż) jest niezwykle bogaty w fenole, takie jak grupa fawonoidów antocyjanów. Turrini et al. (2018) wykorzystali ekstrakcję ultradźwiękową do wyizolowania polifenoli, takich jak antocyjany i przeciwutleniacze z kariopsis (w postaci całej, brązowej i parzonej) oraz liści fioletowego ryżu. Ekstrakcję ultradźwiękową przeprowadzono przy użyciu urządzenia Hielscher UP200St (200W, 26kHz, zdjęcie po lewej) i etanolu 60% jako rozpuszczalnika.
W celu zachowania integralności antocyjanów, ekstrakty ultradźwiękowe przechowywano w temperaturze -20°C, co pozwoliło na przechowywanie ich przez co najmniej trzy miesiące.
Glukozyd cyjanidyno-3 (znany również jako chryzantema) był zdecydowanie główną wykrytą antocyjanem w odmianach 'Violet Nori', 'Artemide' i 'Nerone' badanych w badaniu Turrini et al., podczas gdy peonidyno-3-glukozyd i cyjanidyno-3-rutynozyd (również antirrhinin) zostały znalezione w mniejszych ilościach.
Fioletowe liście Oryza Sativa są doskonałym źródłem antocyjanów i całkowitej zawartości fenoli (TPC). Z ilością około 2-3 razy wyższą niż w ryżu i mące, liście Oryza stanowią niedrogi surowiec do ekstrakcji antocyjanów. Szacowana wydajność około 4 kg antocyjanów/t świeżych liści jest znacznie wyższa niż 1 kg antocyjanów/t ryżu, obliczona na podstawie średnich ilości antocyjanów wykrytych w ryżu "Violet Nori" (1300 µg/g ryżu, jako cyjanidyno-3-glukozyd) dla wydajności około 68 kg ryżu ze 100 kg niełuskanego ryżu.

Konfiguracja sonikacji z UIP1000hdT do ekstrakcji związków bioaktywnych z roślin w partii. [Petigny et al. 2013].
Ultradźwiękowa ekstrakcja antocyjanów z czerwonej kapusty
Ravanfar et al. (2015) zbadali skuteczność ultradźwiękowej ekstrakcji antocyjanów z czerwonej kapusty. Eksperymenty ekstrakcji ultradźwiękowej przeprowadzono przy użyciu systemu ultradźwiękowego UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). Sonotroda MS10 (średnica końcówki 10 mm) została umieszczona w środku szklanej zlewki z płaszczem o kontrolowanej temperaturze.
Do eksperymentu użyto świeżo pokrojonych kawałków czerwonej kapusty o wymiarach 5 mm (kształt sześcienny) i wilgotności 92,11 ± 0,45%. Szklana zlewka z płaszczem (objętość: 200 ml) została wypełniona 100 ml wody destylowanej i 2 g kawałków czerwonej kapusty. Zlewkę przykryto folią aluminiową, aby zapobiec utracie rozpuszczalnika (wody) przez parowanie podczas procesu. We wszystkich eksperymentach temperatura w zlewce była utrzymywana za pomocą regulatora termostatycznego. Próbki zostały ostatecznie zebrane, przefiltrowane i odwirowane przy 4000 obr/min, a supernatanty wykorzystano do określenia wydajności antocyjanów. Ekstrakcję w łaźni wodnej przeprowadzono jako eksperyment kontrolny.
Optymalna wydajność antocyjanów z czerwonej kapusty została określona przy mocy 100 W, czasie 30 min i temperaturze 15°C, co dało wydajność antocyjanów około 21 mg/L.
Ze względu na zmiany koloru w zależności od wartości pH i intensywne zabarwienie, barwnik z czerwonej kapusty był stosowany odpowiednio jako wskaźnik pH w preparatach farmaceutycznych lub jako przeciwutleniacze i barwniki w systemach spożywczych.

Ultradźwięki znacznie intensyfikują ekstrakcję antocyjanów z materiału roślinnego.
źródło: Ravanfar et al. 2015
Inne badania wykazały udaną ekstrakcję ultradźwiękową antocyjanów między innymi z jagód, jeżyn, winogron, wiśni, truskawek i fioletowych słodkich ziemniaków.
Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe
Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w produkcji wysokowydajnych procesorów ultradźwiękowych do produkcji wysokiej jakości ekstraktów z roślin.
Szerokie portfolio sonikatorów Hielscher obejmuje zarówno małe, wydajne ultrasonografy laboratoryjne, jak i solidne systemy stołowe i w pełni przemysłowe, które zapewniają ultradźwięki o wysokiej intensywności do wydajnej ekstrakcji i izolacji substancji bioaktywnych (np. antocyjanów), gingerol, piperyna, kurkumina itp.).
Wszystkie ultradźwięki od 200W do 16,000W posiadają kolorowy wyświetlacz dotykowy do cyfrowego sterowania, zintegrowaną kartę SD do automatycznego zapisu danych, zdalne sterowanie przez przeglądarkę i wiele innych przyjaznych dla użytkownika funkcji. Sonotrody i komory przepływowe (części, które są w kontakcie z medium) mogą być sterylizowane w autoklawie i są łatwe do czyszczenia.
Sonikatory Hielscher są bardzo wytrzymałe i zbudowane do pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem, a jednocześnie wymagają niewielkiej konserwacji i są łatwe i bezpieczne w obsłudze. Cyfrowy kolorowy wyświetlacz pozwala na przyjazne dla użytkownika sterowanie ultradźwiękami.
Nasze systemy są w stanie dostarczyć od niskich do bardzo wysokich amplitud. Do ekstrakcji kannabinoidów i terpenów oferujemy specjalne sonotrody ultradźwiękowe (znane również jako sondy ultradźwiękowe lub rogi), które są zoptymalizowane pod kątem rozsądnej izolacji wysokiej jakości substancji czynnych. Wszystkie nasze systemy mogą być wykorzystywane do ekstrakcji i późniejszej emulgacji kannabinoidów. Wytrzymałość sonikatorów Hielscher pozwala na ciągłą pracę (24/7) przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Precyzyjna kontrola parametrów procesu ultradźwiękowego zapewnia powtarzalność i standaryzację procesu.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
---|---|---|
1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Literatura / Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
Jak działa ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami?
Zastosowanie intensywnych fal ultradźwiękowych do ciekłego medium powoduje kawitację. Zjawisko kawitacja prowadzi lokalnie do ekstremalnych temperatur, ciśnień, szybkości ogrzewania/chłodzenia, różnic ciśnień i dużych sił ścinających w medium. Gdy pęcherzyki kawitacyjne implodują na powierzchni ciał stałych (takich jak cząstki, komórki roślinne, tkanki itp.), mikrostrumienie i zderzenia międzycząsteczkowe generują takie efekty, jak złuszczanie powierzchni, erozja i rozpad cząstek. Dodatkowo, implozja pęcherzyków kawitacyjnych w ciekłych mediach powoduje makroturbulencje i mikromieszanie.
Ultradźwiękowe napromieniowanie materiału roślinnego powoduje fragmentację matrycy komórek roślinnych i zwiększa ich uwodnienie. Chemat et al (2015) stwierdzają, że ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych z roślin jest wynikiem różnych niezależnych lub połączonych mechanizmów, w tym fragmentacji, erozji, kapilarności, detekcji i sonoporacji. Efekty te zakłócają ścianę komórkową, poprawiają przenoszenie masy poprzez wpychanie rozpuszczalnika do komórki i zasysanie rozpuszczalnika obciążonego fitozwiązkami oraz zapewniają ruch cieczy poprzez mikromieszanie.

Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na kawitacji akustycznej i jej hydrodynamicznych siłach ścinających
Ultradźwiękowe napromieniowanie materiału roślinnego powoduje fragmentację macierzy komórek roślinnych i zwiększa ich uwodnienie. Chemat et al. (2015) stwierdzają, że ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych z roślin jest wynikiem różnych niezależnych lub połączonych mechanizmów, w tym fragmentacji, erozji, kapilarności, detekcji i sonoporacji. Efekty te zakłócają ścianę komórkową, poprawiają przenoszenie masy poprzez wpychanie rozpuszczalnika do komórki i zasysanie rozpuszczalnika obciążonego fitozwiązkami oraz zapewniają ruch cieczy poprzez mikromieszanie.
Ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala na bardzo szybką izolację związków - przewyższając konwencjonalne metody ekstrakcji w krótszym czasie procesu, wyższej wydajności i w niższych temperaturach. Jako łagodna obróbka mechaniczna, ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami pozwala uniknąć degradacji termicznej składników bioaktywnych i wyróżnia się w porównaniu z innymi technikami, takimi jak konwencjonalna ekstrakcja rozpuszczalnikowa, hydrodestylacja lub ekstrakcja Soxhleta, o których wiadomo, że niszczą cząsteczki wrażliwe na ciepło. Ze względu na te zalety, ekstrakcja ultradźwiękowa jest preferowaną techniką uwalniania wrażliwych na temperaturę związków bioaktywnych z roślin.

Ekstrakcja ultradźwiękowa z komórek roślinnych: mikroskopijny przekrój poprzeczny (TS) pokazuje mechanizm działania podczas ekstrakcji ultradźwiękowej z komórek (powiększenie 2000x) [źródło: Vilkhu et al. 2011].
antocyjan – Cenny pigment roślinny
Antocyjany to wakuolarne pigmenty roślinne, które mogą mieć kolor czerwony, fioletowy, niebieski lub czarny. Ekspresja koloru rozpuszczalnych w wodzie pigmentów antocyjanowych zależy od ich wartości pH. Antocyjany znajdują się w wakuoli komórkowej, głównie w kwiatach i owocach, ale także w liściach, łodygach i korzeniach, gdzie występują głównie w zewnętrznych warstwach komórek, takich jak naskórek i obwodowe komórki mezofilu.
Najczęściej występującymi w przyrodzie są glikozydy cyjanidyny, delfinidyny, malwidyny, pelargonidyny, peonidyny i petunidyny.
Wybitne przykłady roślin bogatych w antocyjany obejmują gatunki Vaccinium, takie jak borówka amerykańska, żurawina i borówka czarna; jagody Rubus, w tym czarna malina, czerwona malina i jeżyna; czarna porzeczka, wiśnia, bakłażan, czarny ryż, ube, okinawski słodki ziemniak, winogrono Concord, winogrono muscadine, czerwona kapusta i fioletowe płatki. Brzoskwinie i jabłka o czerwonym miąższu zawierają antocyjany. Antocyjany występują w mniejszej ilości w bananach, szparagach, grochu, koprze włoskim, gruszkach i ziemniakach, a w niektórych odmianach zielonego agrestu mogą być całkowicie nieobecne.
Antocyjany są doskonałą alternatywą dla syntetycznych barwników w produktach spożywczych. Antocyjany są zatwierdzone do stosowania jako barwniki spożywcze w Unii Europejskiej, Australii i Nowej Zelandii, posiadając kod barwnika E163. Antocyjany występują w owocach i warzywach i można je opisać jako rodzaj rozpuszczalnych w wodzie pigmentów roślinnych. Pod względem chemicznym antocyjany są glikozydami antocyjanidyn opartymi na strukturze 2-fenylobenzofirylium (flavylium). Istnieje ponad 200 różnych fitochemikaliów, które należą do kategorii antocyjanów. Jako główny pigment kolorystyczny w dzikich owocach i jagodach, istnieje wiele źródeł, z których można ekstrahować antocyjany. Głównym źródłem antocyjanów jest skórka winogron. Pigmenty antocyjanowe w skórce winogron składają się głównie z dwuglukozydów, monoglukozydów, acylowanych monoglukozydów, a także acylowanych dwuglukozydów peonidyny, malwidyny, cyjanidyny, petunidyny i delfinidyny. Zawartość antocyjanów w winogronach waha się od 30-750mg/100g.
Najbardziej znanymi antocyjanami są cyjanidyna, delfinidyna, pelargonidyna, peonidyna, malwidyna i petunidyna.
Na przykład antocyjany peonidyna-3-kafeoilo-p-hydroksybenzoilo-sophoroside-5-glukozyd, peonidyna-3-(6″-kafeoilo-6‴-feruloilo-sophoroside)-5-glukozyd i cyjanidyna-3-kafeoilo-p-hydroksybenzoilo-sophoroside-5-glukozyd znajdują się w fioletowych słodkich ziemniakach.
antocyjany – Korzyści zdrowotne
Oprócz ich ogromnej zdolności do działania jako naturalny barwnik spożywczy, antocyjany są wysoko cenione za ich działanie przeciwutleniające. Dlatego też antocyjany wykazują wiele pozytywnych skutków zdrowotnych. Badania wykazały, że antocyjany mogą hamować uszkodzenia DNA w komórkach nowotworowych, hamować enzymy trawienne, indukować produkcję insuliny w izolowanych komórkach trzustki, zmniejszać reakcje zapalne, chronić przed związanym z wiekiem spadkiem funkcji mózgu, poprawiać szczelność naczyń włosowatych i zapobiegać agregacji trombocytów.

Procesory ultradźwiękowe o dużej mocy od laboratorium do pilotowania i skala przemysłowa.