Ultradźwiękowa ekstrakcja antyhocyaniny
- Antocyjany są szeroko stosowane jako naturalny barwnik i dodatek odżywczy w produktach spożywczych.
- Ekstrakcja ultradźwiękowa sprzyja uwalnianiu wysokiej jakości antocyjanów z roślin, co skutkuje wyższymi plonami i szybkim procesem.
- Sonication to łagodna, zielona i skuteczna technika do przemysłowej produkcji antocyjanów klasy spożywczej/farmaceutycznej.
antocyjany
Antocyjany są szeroko stosowane jako naturalne barwniki w przemyśle spożywczym. Mają one szerokie spektrum odcieni kolorystycznych, od pomarańczowego poprzez czerwony, do purpurowego i niebieskiego, w zależności od struktury molekularnej i wartości pH. Zainteresowanie antocyjanami opiera się nie tylko na ich działaniu barwiącym, ale także na ich korzystnych dla zdrowia właściwościach. W związku z rosnącymi obawami o środowisko i zdrowie w odniesieniu do barwników syntetycznych, barwniki naturalne stanowią doskonałą alternatywę dla przyjaznego dla środowiska barwnika dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego.
Ultrasonicznie wzmocniona ekstrakcja antyhocyaniny
- wyższe plony
- Szybki proces ekstrakcji – w ciągu kilku minut
- Ekstrakty wysokiej jakości – łagodna, nietermiczna ekstrakcja
- Zielone rozpuszczalniki (woda, etanol, gliceryna, oleje roślinne itp.)
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- Niskie koszty inwestycyjne i operacyjne
- Wytrzymałość i niskie koszty utrzymania
- Zielona, przyjazna dla środowiska metoda
ultrasonator UP400St do szybkiej ekstrakcji składników roślinnych w partiach.
Jak ekstrahować antocyjany za pomocą ultradźwięków? – Studia przypadków
Ultrasonic Anthocyanin Extraction from Purple Rice Oryza Sativa L.
Ryż fioletowy szczepu Oryza Sativa (znany również jako Violet Nori lub ryż fioletowy) jest niezwykle bogaty w fenole, takie jak fawonoidowa grupa antocyjanów. Turrini i wsp. (2018) stosowali ekstrakcję ultradźwiękową w celu wyizolowania polifenoli takich jak antocyjany i antyoksydanty z kariopsji (w postaci pełnej, brązowej i parzonej) oraz liści fioletowego ryżu. Ekstrakcja ultradźwiękowa została wykonana przy użyciu Hielschera UP200St (200W, 26kHz, ) i etanolu 60% jako rozpuszczalnika.
W celu zachowania integralności antocyjanów, ekstrakty ultradźwiękowe były przechowywane w temperaturze -20°C, co pozwalało na przechowywanie ich przez co najmniej trzy miesiące.
Glukozyd cyjanidyny-3 (znany również jako chryzantemyna) był zdecydowanie głównym wykrytym antocyjanem w odmianach 'Violet Nori', 'Artemide' i 'Nerone' badanych w badaniach Turriniego i wsp.
Fioletowe liście Oryza Sativa są doskonałym źródłem antocyjanów i całkowitej zawartości fenoli (TPC). Przy ilości około 2-3 razy większej niż w ryżu i mące liście Oryzy stanowią niedrogi surowiec do ekstrakcji antocyjanów. Szacowany plon około 4 kg antocyjanów/t świeżych liści jest znacząco wyższy niż 1 kg antocyjanów/t ryżu, obliczony na podstawie średniej ilości antocyjanów wykrytych w ryżu "Violet Nori" (1300 µg/g ryżu, jako cyjanidyna-3-glucoside) dla wydajności około 68 kg ryżu ze 100 kg ryżu niełuskanego.
Ultradźwiękowa ekstrakcja antyhocyaniny z czerwonej kapusty
Ravanfar i wsp. (2015) zbadali skuteczność ultradźwiękowej ekstrakcji antocyjanów z czerwonej kapusty. Eksperymenty ekstrakcji ultradźwiękowej przeprowadzono przy użyciu systemu ultradźwiękowego. UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). Sonotrode MS10 (średnica końcówki 10 mm) został umieszczony w środku szklanej zlewki w płaszczu o kontrolowanej temperaturze.
Do doświadczenia wykorzystano świeżo pocięte kawałki kapusty czerwonej o wymiarach 5 mm (kształt sześcienny) i wilgotności 92,11± 0,45 %. Szklana zlewka w płaszczu (objętość: 200 ml) została wypełniona 100 ml wody destylowanej i 2 g kawałków czerwonej kapusty. Zlewka została pokryta folią aluminiową, aby zapobiec utracie rozpuszczalnika (wody) w wyniku odparowania podczas procesu. We wszystkich eksperymentach temperatura w zlewce była utrzymywana za pomocą regulatora termostatycznego. Próbki pobierano, filtrowano i odwirowywano przy 4000 obr/min, a następnie wykorzystano supernatanty do określenia wydajności antocyjanów. Ekstrakcja w łaźni wodnej została przeprowadzona w ramach eksperymentu kontrolnego.
Optymalny plon antocyjanu z kapusty czerwonej określono przy mocy 100 W, czasie 30 min i temperaturze 15°C, co dało plon antocyjanu około 21 mg/L.
Ze względu na zmiany barwy na wartość pH i intensywne zabarwienie, barwnik z czerwonej kapusty został wykorzystany jako wskaźnik pH w preparatach farmaceutycznych lub odpowiednio jako przeciwutleniacz i barwnik w systemach żywnościowych.
Ultradźwięki znacznie intensyfikują ekstrakcję antocyjanów z materiału roślinnego.
źródło: Ravanfar et al. 2015
Inne badania pokazują udaną ultrasoniczną ekstrakcję antocyjanów między innymi z jagód, jeżyn, winogron, wiśni, truskawek i fioletowych słodkich ziemniaków.
Konfiguracja z ultradźwiękami UIP1000hdT do ekstrakcji związków bioaktywnych z roślin w partii. [Petigny et al. 2013]
Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe od laboratorium do pilota i skala przemysłowa.
Wysokowydajne wyciągi ultradźwiękowe
Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w produkcji wysokowydajnych procesorów ultradźwiękowych do produkcji wysokiej jakości ekstraktów z roślin.
Szeroki asortyment produktów firmy Hielscher obejmuje zarówno małe, wydajne ultradźwięki laboratoryjne, jak i solidne systemy stacjonarne i w pełni przemysłowe, które dostarczają wysokiej intensywności ultradźwięków do wydajnej ekstrakcji i izolacji substancji bioaktywnych (np. antocyjanów), gingerol, Piperyna, Kurkumina itp.). Wszystkie urządzenia ultradźwiękowe od 200W do 16,000W posiadają kolorowy wyświetlacz do sterowania cyfrowego, zintegrowaną kartę SD do automatycznego zapisu danych, pilot zdalnego sterowania w przeglądarce i wiele innych przyjaznych dla użytkownika funkcji. Sonotrody i komórki przepływowe (części, które mają kontakt z medium) mogą być autoklawowane i są łatwe do czyszczenia.
Wytrzymałe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher są przystosowane do pracy w trybie 24/7 pod pełnym obciążeniem, wymagają niewielkiej konserwacji oraz są łatwe i bezpieczne w obsłudze. Cyfrowy kolorowy wyświetlacz pozwala na łatwą obsługę ultradźwiękowca.
Nasze systemy są w stanie dostarczyć energię 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 emulsyfikacji kannabinoidów. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na ciągłą pracę (24/7) przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Precyzyjna kontrola parametrów procesu ultradźwiękowego zapewnia powtarzalność i standaryzację procesu.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:
| 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!
UIP4000hdT (4kW) procesor ultradźwiękowy do ekstrakcji
Literatura / materiały źródłowe
- 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 Warto wiedzieć
Jak działa ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami?
Zastosowanie intensywnych fal ultradźwiękowych na płynnym podłożu powoduje kawitację. Zjawisko kawitacja prowadzi lokalnie do ekstremalnych temperatur, ciśnień, szybkości ogrzewania/chłodzenia, różnic ciśnień i dużych sił ścinających w medium. Kiedy pęcherzyki kawitacyjne implodują na powierzchni ciał stałych (takich jak cząstki, komórki roślinne, tkanki itp.), mikrostrumienie i zderzenie międzycząsteczkowe generują efekty takie jak złuszczanie powierzchni, erozja i rozpad cząstek. Dodatkowo, implozja pęcherzyków kawitacyjnych w mediach ciekłych tworzy makro-turbulencje i mikromieszanie.
Ultradźwiękowe napromienianie fragmentów materiału roślinnego fragmentuje matrycę komórek roślinnych i wspomaga 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, wykrywania i sonoporacji. Te efekty zakłócają ścianę komórkową, poprawiają przenoszenie masy poprzez wpychanie rozpuszczalnika do komórki i odsysanie obciążonego związku fitoskładnikowego rozpuszczalnika oraz zapewniają ruch cieczy poprzez mikromieszanie.
Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na kawitacji akustycznej i jej hydrodynamicznych siłach ścinających.
Ultradźwiękowe napromienianie fragmentów materiału roślinnego fragmentuje matrycę komórek roślinnych i wspomaga 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, wykrywania i sonoporacji. Te efekty zakłócają ścianę komórkową, poprawiają przenoszenie masy poprzez wpychanie rozpuszczalnika do komórki i odsysanie obciążonego związku fitoskładnikowego rozpuszczalnika oraz zapewniają ruch cieczy poprzez mikromieszanie.
Ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala na bardzo szybką izolację związków - przewyższającą konwencjonalne metody ekstrakcji w krótszym czasie procesu, wyższej wydajności i przy niższych temperaturach. Jako łagodna obróbka mechaniczna, ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami pozwala uniknąć termicznej degradacji składników bioaktywnych i wyróżnia się w porównaniu z innymi technikami, takimi jak konwencjonalna ekstrakcja rozpuszczalnikowa, hydrodestylacja lub ekstrakcja Soxhleta, które są znane z niszczenia wrażliwych na ciepło cząsteczek. 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].
Antocyjanina – Cenny pigment roślinny
Antocyjany to wakuolarne pigmenty roślinne, które mogą występować w kolorach czerwonym, purpurowym, niebieskim lub czarnym. Ekspresja kolorystyczna 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 komórkowych, takich jak naskórek i komórki mezofilu obwodowego.
Najczęściej występujące w przyrodzie są glikozydy cyjanidyny, delfinidyny, malvidinu, pelargonidyny, peonidyny i petunidyny.
Znanymi przykładami roślin bogatych w antocyjany są: szczepienia, takie jak jagoda, żurawina i jagoda; jagody gumy, w tym malina czarna, malina czerwona i jeżyna; porzeczka czarna, wiśnia, bakłażan, ryż czarny, ube, słodki ziemniak Okinawan, winogrona Concord, winogrona muskadynowe, czerwona kapusta i fioletowe płatki. Brzoskwinie i jabłka o czerwonym miąższu zawierają antocyjany. Antocyjany są mniej obfite w banany, szparagi, groch, koper włoski, gruszki i ziemniaki i mogą być całkowicie nieobecne w niektórych odmianach agrestu zielonego.
Struktura głównych antocyjanów
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, posiadające kod barwnika E163. Antocyjany występują w owocach i warzywach i można je opisać jako rodzaj rozpuszczalnych w wodzie pigmentów roślinnych. Chemicznie antocyjany to glikozydy antocyjanów oparte na strukturze 2-fenylo-benzofrylium (flavylium). Istnieje ponad 200 różnych fitochemikaliów, które należą do kategorii antocyjanów. Jako główny barwnik w dzikich owocach i jagodach, istnieje wiele źródeł, z których można ekstrahować antocyjany. Znaczącym źródłem antocyjanów jest skóra winogron. Pigmenty antocyjanowe w skórze winogron składają się głównie z di-glukozydów, mono-glukozydów, acylowanych monoglukozydów oraz acylowanych di-glukozydów peonidyny, malvidyny, cyjanidyny, petunidyny i delfinidyny. Zawartość antocyjanów w winogronach waha się od 30-750mg/100g.
Najważniejsze antocyjany to cyjanidyna, delfinidyna, pelargonidyna, peonidyna, malvidin i petunidin.
Na przykład antocyjany peonidyn-3-kaffeoyl-p-hydroksybenzoilosophoroside-5-glukozyd, peonidyn-3-(6″-kaffeoyl-6‴-feruloylosophoroside)-5-glukozyd i cyjanidyn-3-kaffeoyl-p-hydroksybenzoiloside występują w purpurowych słodkich ziemniakach.
antocyjany – Korzyści zdrowotne
Poza dużą zdolnością 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 uszkodzenie DNA w komórkach nowotworowych, hamować enzymy trawienne, indukować produkcję insuliny w izolowanych komórkach trzustki, zmniejszać reakcje zapalne, chronić przed wiekowym pogorszeniem funkcji mózgu, poprawiać szczelność naczyń krwionośnych i zapobiegać agregacji trombocytów.