Ekstrakcja szafranu wspomagana ultradźwiękami

Ultradźwięki są dobrze znane ze swojej zdolności do wspomagania ekstrakcji. Wspomagana ultradźwiękami ekstrakcja związków aktywnych, substancji aromatycznych i przypraw z materiału roślinnego jest bardzo skutecznym zastosowaniem, ponieważ kawitacja generowana przez ultradźwięki rozbija komórki roślinne i intensyfikuje transport masy, dzięki czemu materiał wewnątrzkomórkowy staje się dostępny. Pozwala to uzyskać wydajniejszą ekstrakcję i większy uzysk.

Ultradźwiękowa ekstrakcja szafranu

Poniższy film przedstawia wydajną i łatwą do przeprowadzenia ekstrakcję szafranu przy użyciu sonikatora sondowego UP100H.
 

Film pokazuje szybką i wydajną ultradźwiękową ekstrakcję związków smakowo-zapachowych i barwiących z szafranu za pomocą Hielscher UP100H, sonikatora o dużej mocy 100W.

Szafran, wykwintna przyprawa

Szafran (Crocus sativus), znany jako najdroższa przyprawa na rynku światowym i wyróżniający się delikatnym aromatem, gorzkim smakiem oraz atrakcyjną żółtą barwą, 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 crocus sativus jest badany jako nowe, bezpieczne źródło naturalnych przeciwutleniaczy dla przemysłu spożywczego. Wysoka cena, sięgająca 14 euro za gram, ma kilka przyczyn: po pierwsze, do uzyskania 1 kilograma szafranu jako przyprawy potrzeba od 100 000 do 200 000 kwiatów krokusa; po drugie, szafran kwitnie jesienią zaledwie przez dwa tygodnie; po trzecie, zbiór odbywa się całkowicie ręcznie. Przyprawę szafranową uzyskuje się z czerwonego znamienia kwiatu szafranu uprawnego. Każda roślina szafranu ma w kwiecie trzy czerwone znamiona. Te trzy znamiona (receptywne końcówki owocolistka) oraz ich szyjki zbiera się w celu pozyskania substancji szafranowych. Po wysuszeniu części te są używane w kuchni jako przyprawa lub jako barwnik.

Sonikacja w produkcji wysokiej jakości ekstraktów z szafranu

Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest sprawdzoną metodą pozyskiwania materiału wewnątrzkomórkowego oraz składników funkcjonalnych i bioaktywnych. Promieniowanie ultradźwiękowe można stosować do czerwonych znamion szafranu, które zawierają ponad 150 lotnych substancji aromatycznych, a także nielotne związki aktywne, takie jak karotenoidy: likopen, zeaksantyna oraz różne α- i β-karoteny.
Intensywny, charakterystyczny aromat i smak szafranu wynikają przede wszystkim z obecności trzech związków: krocyn, pikrokrocyny i safranalu.

Kadkhodaee i Hemmati-Kakhki przedstawiają badanie, w którym analizowali „Ultradźwiękową ekstrakcję związków aktywnych z szafranu”. W badaniu tym wykazali, że sonikacja znacząco zwiększyła uzysk ekstrakcji i znacznie skróciła czas przetwarzania. Wyniki ekstrakcji ultradźwiękowej były wyraźnie lepsze niż wyniki tradycyjnej ekstrakcji zimną wodą proponowanej przez ISO. W swoich badaniach Kadkhodaee i Hemmati-Kakhki użyli urządzenia ultradźwiękowego Hielscher UP50H. Aby zbadać korzyści wynikające z zastosowania promieniowania ultradźwiękowego, taką samą ilość szafranu (próbka 0,25g) poddano ekstrakcji zimną wodą: jedną próbkę poddano działaniu procesora ultradźwiękowego Hielscher, a drugą poddano tradycyjnemu procesowi ekstrakcji zimną wodą zalecanemu przez ISO. Jak wskazano powyżej, metoda ekstrakcji ultradźwiękowej pozwoliła uzyskać wyraźnie większy uzysk związków szafranu. Wraz z wydłużaniem czasu sonikacji uzysk wzrastał, przy czym pod koniec czasu ekstrakcji wzrost dla safranalu wynosił do 15%. Najlepsze wyniki uzyskano przy sonikacji impulsowej. Oznacza to, że krótkie odstępy między impulsami były skuteczniejsze niż ciągłe oddziaływanie ultradźwiękami, ponieważ w impulsowym polu ultradźwiękowym czas między dwoma impulsami stanowi przerwę, podczas której małe pęcherzyki i niestabilne kawerny powstające wskutek zapadania się pęcherzyków, zależnie od ich rozmiarów, rozpuszczają się lub wypływają ze strefy kawitacji, dzięki czemu przywracane są początkowe warunki w cieczy. (Kadkhodaee et al., 2007) Ponieważ kawitacja generowana przez ultradźwięki prowadzi do powstania lokalnych warunków o bardzo dużej intensywności, przetwarzanie ultradźwiękowe zapewnia lepsze wyniki ekstrakcji dzięki wydajnemu rozbijaniu komórek i pełniejszemu transportowi masy z wnętrza matrycy komórkowej. Obiecującym zastosowaniem jest również odzyskiwanie fitochemikaliów i biofarmaceutyków z szafranu.
Skuteczność ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami jest badana od dawna i jest dobrze znana. Sonikatory Hielscher są już z dużym powodzeniem wykorzystywane do ekstrakcji białek, lipidów, związków fenolowych i enzymów w badaniach naukowych oraz produkcji przemysłowej.

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:

 

W tej prezentacji przedstawiamy produkcję ekstraktów roślinnych. Wyjaśniamy wyzwania związane z wytwarzaniem wysokiej jakości ekstraktów roślinnych oraz sposób, w jaki sonikator pomaga im sprostać. Prezentacja pokazuje, jak działa ekstrakcja ultradźwiękowa. Dowiesz się, jakich korzyści można oczekiwać po zastosowaniu sonikatora do ekstrakcji i jak wdrożyć ekstraktor ultradźwiękowy w produkcji ekstraktów.

 

Literatura / Źródła

• Kadkhodaee, R.; Hemmati-Kakhki, A. (2007): Ultradźwiękowa ekstrakcja związków aktywnych z szafranu. W: Koochecki, A. et al. (red.): 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 epigallokatechiny z zielonej herbaty przy użyciu konwencjonalnej metody z gorącą wodą oraz metod wspomaganych ultradźwiękami. 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 wobec patogenów migdałowca. International Journal of Molecular Sciences, 2023.
• Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami impulsowymi jako alternatywa dla konwencjonalnej maceracji w ekstrakcji frakcji polifenolowej z pąków Ribes nigrum: nowa kategoria suplementów diety zaproponowana w projekcie FINNOVER. Foods. 8. 466; 2019