Ultradźwiękowa ekstrakcja piperyny z pieprzu

• Piperyna to bioaktywna substancja występująca w ziarenkach pieprzu i ceniona za swoje właściwości farmakologiczne.
• Ultradźwięki to skuteczna, prosta i szybka technika ekstrakcji w celu wyizolowania wysokiej jakości piperyny.
• Ekstrakcja ultradźwiękowa jest niezawodną i sprawdzoną metodą, szeroko stosowaną w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym.

Ekstrakcja piperyny za pomocą wysokowydajnych ultradźwięków

Piperyna jest cenionym związkiem bioaktywnym, znanym ze swojego potencjału do zwiększania wchłaniania kurkuminy, selenu, witaminy B12, beta-karotenu i innych związków. Dlatego też przemysł farmaceutyczny i żywieniowy jest bardzo zainteresowany szybką i prostą ekstrakcją wysokiej jakości piperyny.
Konwencjonalna ekstrakcja piperyny i piperydyny odbywa się poprzez czasochłonną ekstrakcję rozpuszczalnikiem przy użyciu toksycznego DMC (dichlorometanu). Ekstrakcja ultradźwiękowa przewyższa konwencjonalną ekstrakcję rozpuszczalnikową dzięki wyższej wydajności, zastosowaniu nietoksycznych rozpuszczalników (np. etanolu) i szybkiemu procesowi ekstrakcji. Wysokowydajne ultradźwięki tworzą kawitację w cieczach. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa generuje lokalnie ekstremalne warunki, takie jak bardzo wysokie różnice temperatur i ciśnień, strumienie cieczy i siły ścinające. Te siły ultradźwiękowe rozbijają ściany komórkowe i zwiększają przenoszenie masy między wnętrzem komórki a otaczającym rozpuszczalnikiem, dzięki czemu uwalniane są substancje bioaktywne. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest sprawdzoną techniką izolowania związków docelowych, takich jak piperyna z mielonego pieprzu (Piper nigrum, piper longum).

Optymalne warunki ekstrakcji przy użyciu sonikacji

Jedną z najważniejszych zalet izolacji ultradźwiękowej jest precyzyjna kontrola wszystkich parametrów procesu. Intensywność ultradźwięków (amplituda, moc, cykl pracy), czas ekstrakcji, rozpuszczalnik, stosunek ciała stałego do rozpuszczalnika i temperatura mogą być dostosowane do optymalnych warunków w celu uzyskania najwyższej wydajności wysokiej jakości piperyny.

Przykładowy protokół ultradźwiękowej ekstrakcji piperyny

W małej zlewce, maksymalna wydajność piperyny (5,8 mg/g) ze zmielonego materiału piper longum uzyskuje się w zoptymalizowanych warunkach ekstrakcji ultradźwiękowej, które okazały się następujące:
sonikator UP200St lub UP200Ht (200W, 26kHz)
Parametry ultradźwiękowe: 100% amplitudy, 80% cyklu pracy
Czas sonikacji: ok. 18 min.
rozpuszczalnik: etanol
stosunek substancji stałej do rozpuszczalnika: 1:10
temperatura: 50°C

Doskonałe wyniki

Ekstrakcja ultradźwiękowa ma znaczące zalety w porównaniu z tradycyjną ekstrakcją wsadową i rozpuszczalnikową. Rathod (2014) pokazuje, że czas ekstrakcji jest zredukowany z 8-godzinnej ekstrakcji rozpuszczalnikiem wsadowym, a 4-godzinna ekstrakcja Soxhleta jest zredukowana do 18 minut. ekstrakcja ultradźwiękowa. Ponadto ekstrakcja ultradźwiękowa daje wyższą wydajność ekstrakcji piperyny. Stwierdzono, że wydajność ekstrakcji piperyny uzyskanej z ekstrakcji Soxhleta i metod ekstrakcji wsadowej wynosi odpowiednio 1,67 mg/g i 0,98 mg/g, które były znacznie niższe niż wydajność uzyskana ultradźwiękami wynosząca 5,8 mg/g. Rathod (2014) stwierdza, że wspomagana ultradźwiękami ekstrakcja naturalnych fitokonstytuentów, takich jak piperyna, zmniejsza problem niskiej ekstrahowalności i długich czasów ekstrakcji w porównaniu z tradycyjnymi metodami.

Ultradźwięki są również z powodzeniem stosowane do ekstrakcji olejków eterycznych z czarnego pieprzu. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej hydrodestylacji olejków eterycznych!

Znajdź najlepszy sonikator do ekstrakcji piperyny

Hielscher Ultrasonics jest doświadczonym producentem wysokowydajnych ultradźwiękowych systemów ekstrakcyjnych. Nasze portfolio produktów obejmuje zarówno małe, wydajne ultrasonografy laboratoryjne do solidnego Systemy stacjonarne i przemysłowektóre dostarczają ultradźwięki o wysokiej intensywności do skutecznej ekstrakcji i izolacji substancji bioaktywnych (np. piperyny), kurkumina itp.).
Wszystkie urządzenia ultradźwiękowe o mocy od 200 W do 16 000 W są wyposażone w kolorowy wyświetlacz do sterowania cyfrowego, zintegrowaną kartę SD do automatycznego rejestrowania 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.
Wszystkie nasze ultradźwięki są zbudowane do pracy 24/7, wymagają niewielkiej konserwacji i są łatwe i bezpieczne w obsłudze.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Literatura/Referencje

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Potencjał antyoksydacyjny i antyglikacyjny zielonego pieprzu (Piper nigrum): Optymalizacja ekstrakcji opartej na β-cyklodekstrynie za pomocą metodologii powierzchni odpowiedzi. Chemia żywności, tom 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultradźwiękowa ekstrakcja piperyny z białego pieprzu na bazie cieczy jonowej. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Ekstrakcja piperyny z Piper longum za pomocą ultradźwięków. 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): Optymalizacja ekstrakcji związków fenolowych z jujube (Ziziphus Jujube) przy użyciu metody ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Ekstrakcja i charakterystyka białek z kwiatów bananowca (Musa Sapientum L) oraz ocena aktywności przeciwdrobnoustrojowej. J Food Sci Technol (luty 2018) 55(2):658-666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optymalizacja parametrów ekstrakcji galusanu epigalokatechiny przy użyciu konwencjonalnych metod gorącej wody i ultradźwięków z zielonej herbaty. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37-44.

Fakty, które warto znać

ekstrakcja ultradźwiękowa

Ultradźwiękowa ekstrakcja substancji bioaktywnych z roślin opiera się na zasadzie kawitacja akustyczna. Kawitacja akustyczna występuje, gdy bardzo intensywne fale ultradźwiękowe (np. wysokie amplitudy 100 µm, generowane przez ultradźwięki 20-26 kHz) są sprzężone z cieczą. Kawitacyjne siły ścinające perforują i rozrywają ściany komórkowe materiału roślinnego oraz wpychają i wyciągają otaczający rozpuszczalnik do i z wnętrza komórki. Po procesie ekstrakcji rozpuszczalnik przenosi docelowe cząsteczki, które można następnie oddzielić (np. przez odwirowanie). Ekstrakcja ultradźwiękowa jest dobrze znana z wysokiej wydajności nienaruszonych ekstraktów fito.

Ekstrakcja ultradźwiękowa z komórek: mikroskopowy przekrój poprzeczny (TS) wierzchołkowej łodygi mięty (Mentha piperita) pokazuje mechanizm działania podczas ekstrakcji ultradźwiękowej z komórek (powiększenie 2000x) [źródło: Vilkhu et al. 2011].

piperyna

Piperyna (1-piperyol-piperydyna) jest głównym ostrym związkiem pieprzu (Piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Smak pieprzu, jego ostrość, a tym samym jego jakość, są skorelowane z ilością piperyny. Ten atrybut jakości można zmienić poprzez hydrolizę piperyny, tak aby pierścień piperydynowy został rozszczepiony.
Piperyna jest znana z różnych efektów farmakologicznych, np. przeciwgrzybiczych, przeciwbiegunkowych, przeciwzapalnych oraz hamujących 5-lipooksygenazę i cyklooksygenazę-1. Ponadto piperyna zwiększa biodostępność kurkumina o 2000%. Dlatego piperyna jest popularną substancją stosowaną w preparatach suplementacyjnych (np. BioPerine®).
Piperyna może być ekstrahowana z Piper nigrum i piper longum.
Piperydyna jest cykliczną aminą drugorzędową, która jest strukturą molekularną występującą w wielu alkaloidach roślinnych. Piperydyna powstaje w wyniku hydrolizy piperyny. Piperydyna i jej pochodne są wszechobecnymi blokami budulcowymi w syntezie farmaceutyków i wysokowartościowych chemikaliów.

pieprz

Piper nigrumczarny pieprz, to kwitnące pnącze z rodziny pieprzowatych. Piperaceae. Jest uprawiana ze względu na owoce pieprzu, które są zwykle suszone i używane jako przyprawa. Ziarna pieprzu czarnego, zielonego i białego są uzyskiwane z rośliny pieprzu czarnego. Różne kolory są wynikiem obróbki i przygotowania ziaren pieprzu. Ziarna pieprzu czarnego uzyskuje się poprzez gotowanie niedojrzałych pestkowców w gorącej wodzie, a następnie ich suszenie. Biały pieprz jest zbierany jako w pełni dojrzałe jagody rośliny pieprzowej; następnie usuwa się ciemną skórkę dojrzałych owoców (roszenie). Ziarna zielonego pieprzu są wytwarzane z niedojrzałych pestkowców poprzez poddanie ich działaniu dwutlenku siarki, puszkowanie lub liofilizację w celu zachowania zielonych barwników.

Piper longum Linn, znany również jako indyjski długi pieprz (pipli), jest bliskim krewnym Piper nigrum i ma smak podobny, ale ostrzejszy niż Piper nigrum.
Owoce piper longum zawiera ok. 1% olejków lotnych, żywicę, alkaloidy piperynę i piperlonguminę, alkaloid woskowy Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamid oraz substancję terpenoidową. Piperydynowy alkaloid piperyna jest odpowiedzialny za ostry smak owoców pieprzu. Piperlongumina jest farmakologiczną substancją czynną, która wykazuje aktywność wobec wielu nowotworów, w tym prostaty, piersi, płuc, okrężnicy, chłoniaka, białaczki, pierwotnych guzów mózgu i raka żołądka.
Ponadto w jagodach pieprzu można znaleźć następujące ilości minerałów: 1230mg/100g wapnia, 190mg/100g fosforu i 62,1mg/100g żelaza. Korzenie zawierają piperynę, piperlonguminę lub piplartynę i dihydrostigmasterol.