Ekstrakcja szafranu wspomagana ultradźwiękami

Ultradźwięki są dobrze znane ze swojej zdolności ekstrakcyjnej. Wspomagana ultradźwiękami ekstrakcja związków aktywnych, aromatów i przypraw z materiału roślinnego jest bardzo udanym zastosowaniem, ponieważ generowana ultradźwiękowo kawitacja zakłóca komórki roślinne i zwiększa przenoszenie masy, dzięki czemu materiał wewnątrzkomórkowy staje się dostępny. W ten sposób uzyskuje się bardziej wydajną ekstrakcję i wyższą wydajność.

Ultradźwiękowa ekstrakcja szafranu

Poniższy film demonstruje wydajną i łatwą w użyciu ekstrakcję szafranu za pomocą sonikatora UP100H.
 

Szafran, wykwintna przyprawa

Szafran (Crocus sativus), znany jako najdroższa przyprawa na światowym rynku i wyróżniający się delikatnym aromatem, gorzkim smakiem i atrakcyjnym żółtym kolorem, jest uprawiany głównie w Iranie, Hiszpanii, Grecji i Indiach. Oprócz zastosowania jako przyprawa i barwnik, szafran jest również ceniony jako roślina lecznicza, a od niedawna krokus sativus jest badany jako nowe bezpieczne źródło naturalnych przeciwutleniaczy dla przemysłu spożywczego. Wysoka cena, sięgająca 14 euro za gram, wynika z kilku powodów: po pierwsze, do uzyskania 1 kilograma przyprawy szafranowej potrzeba od 100 000 do 200 000 kwiatów krokusa; po drugie, kwiat szafranu kwitnie tylko przez dwa tygodnie jesienią; a po trzecie, zbiory są w całości wykonywane ręcznie. Przyprawę szafranową uzyskuje się z czerwonego znamienia kwiatu krokusa szafranowego. Każda roślina szafranu ma trzy czerwone znamiona na kwiatach. Te trzy stygmaty (receptory na końcu słupka) i ich słupki są zbierane w celu uzyskania substancji szafranowych. Po wysuszeniu części te są używane jako przyprawa w kuchni lub jako środek barwiący.

Sonikacja do produkcji wysokiej jakości ekstraktów z szafranu

Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest sprawdzoną metodą ekstrakcji materiału wewnątrzkomórkowego oraz składników funkcjonalnych i bioaktywnych. Promieniowanie ultradźwiękowe może być stosowane do czerwonego znamienia szafranu, które zawiera ponad 150 lotnych substancji aromatycznych, a także nielotne związki czynne, takie jak karotenoidy likopen, zeaksantyna i różne α- i β-karoteny.
Intensywny, charakterystyczny smak szafranu wynika w szczególności z trzech związków: krokyn, pikrokrocyny i safranalu.

Kadkhodaee i Hemmati-Kakhki przedstawiają badanie, w którym zbadali "Ekstrakcję ultradźwiękową związków aktywnych z szafranu". W badaniu tym wykazano, że ultradźwięki znacznie zwiększyły wydajność ekstrakcji i znacznie skróciły czas przetwarzania. W rzeczywistości wyniki ekstrakcji ultradźwiękowej były wyraźnie lepsze niż w przypadku tradycyjnej ekstrakcji zimną wodą proponowanej przez ISO. Do swoich badań Kadkhodaee i Hemmati-Kakhki wykorzystali urządzenie ultradźwiękowe Hielschera UP50H. Aby zbadać zalety napromieniowania ultradźwiękowego, ta sama ilość szafranu (próbka 0,25 g) została wyekstrahowana przez ekstrakcję zimną wodą: Jedna próbka została poddana działaniu procesora ultradźwiękowego Hielscher; druga próbka została poddana tradycyjnemu procesowi ekstrakcji zimną wodą zalecanemu przez ISO. Jak wskazano powyżej, metodą ekstrakcji ultradźwiękowej uzyskano wyraźnie wyższą wydajność związków szafranu. Wraz ze wzrostem czasu sonikacji osiągnięto zwiększoną wydajność, z 15% wzmocnieniem safranalu pod koniec czasu ekstrakcji. Najlepsze wyniki osiągnięto przy sonikacji pulsacyjnej. Oznacza to, że krótkie odstępy między impulsami były bardziej skuteczne niż ciągła obróbka ultradźwiękowa, ponieważ w impulsowym polu ultradźwiękowym czas między dwoma impulsami działa jak przerwa, podczas której małe pęcherzyki i niestabilne wnęki generowane przez zapadanie się pęcherzyków, w zależności od ich wielkości, rozpuszczają się lub wypływają ze strefy kawitacji, dzięki czemu przywracane są początkowe warunki cieczy. (Kadkhodaee et al., 2007) Ponieważ kawitacja generowana przez ultradźwięki powoduje bardzo intensywne warunki lokalne, obróbka ultradźwiękowa zapewnia lepsze wyniki ekstrakcji dzięki skutecznemu rozbijaniu komórek i pełniejszemu przenoszeniu masy z wewnętrznych części matrycy komórek. Obiecującym zastosowaniem jest również odzyskiwanie fitochemikaliów i biofarmaceutyków z szafranu.
Skuteczność ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami była badana przez długi czas i jest dobrze znana. Sonikatory Hielschera są już z powodzeniem stosowane do ekstrakcji białek, lipidów, związków fenolowych i enzymów w badaniach i produkcji przemysłowej.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

 

 

Literatura/Referencje

• Kadkhodaee, R.; Hemmati-Kakhki, A. (2007): Ekstrakcja ultradźwiękowa związków aktywnych z szafranu. W: Koochecki, A. et al. (edit): II. Międzynarodowe Sympozjum Biologii i Technologii Szafranu. ISHS, Iran 2007.
• 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.
• Sánchez-Hernández E., Balduque-Gil J., González-García V., Barriuso-Vargas J.J., Casanova-Gascón J., Martín-Gil J., Martín-Ramos P. (2023): Profilowanie fitochemiczne ekstraktów z kwiatów i liści Sambucus nigra L. oraz ich potencjał przeciwdrobnoustrojowy przeciwko patogenom drzewa migdałowego. International Journal of Molecular Sciences, 2023.
• Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsacyjna ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jako metoda alternatywna dla konwencjonalnej maceracji do ekstrakcji frakcji polifenolowej pąków Ribes nigrum: Nowa kategoria suplementów diety zaproponowana w ramach projektu FINNOVER. Żywność. 8. 466; 2019