Extração de antocianinas por ultra-sons

As antocianinas são amplamente utilizadas como corante natural e aditivo nutricional em produtos alimentares. A extração ultra-sónica é uma técnica altamente eficiente e simples para obter antocianinas de alta qualidade. A utilização de sonicadores do tipo sonda promove a libertação de antocianinas de alta qualidade a partir de plantas, resultando em rendimentos mais elevados e um processo rápido. Ao mesmo tempo, a sonicação é uma técnica suave, ecológica e eficiente para a produção industrial de antocianinas de qualidade alimentar e farmacêutica.

antocianinas – Como extrair antocianinas de alta qualidade utilizando um Sonicador

As antocianinas são amplamente utilizadas como corantes naturais na indústria alimentar. Têm um vasto espetro de tons de cor, desde o laranja ao vermelho, passando pelo roxo e azul, dependendo da estrutura molecular e do valor de pH. O interesse nas antocianinas não se baseia apenas no seu efeito corante, mas também devido às suas propriedades benéficas para a saúde. Devido às crescentes preocupações ambientais e de saúde em relação aos corantes sintéticos, os corantes naturais são uma óptima alternativa como corante amigo do ambiente para a indústria alimentar e farmacêutica.

Extração de antocianina melhorada por ultra-sons

Como extrair antocianinas com ultra-sons? – Estudos de caso

Extração de antocianina ultra-sônica de arroz roxo Oryza Sativa L.

O arroz roxo da cepa Oryza Sativa (também conhecido como Violet Nori ou arroz violeta) é extraordinariamente rico em fenólicos, como o grupo favonoide de antocianinas. Turrini et al. (2018) usaram a extração ultrassônica para isolar polifenólicos como antocianinas e antioxidantes da caryopsis (em forma inteira, marrom e parboiled) e as folhas de arroz roxo. A extração ultra-sônica foi realizada usando um Hielscher UP200St (200W, 26kHz, foto. esquerda) e etanol a 60% como solvente.
A fim de preservar a integridade das antocianinas, os extractos ultra-sónicos foram armazenados a -20°C, o que permitiu conservá-los durante pelo menos três meses.
A cianidina-3-glucósido (também conhecida como crisantémina) foi de longe a principal antocianina detectada nas cultivares "Violet Nori", "Artemide" e "Nerone" investigadas no estudo de Turrini et al.
As folhas violetas de Oryza Sativa são uma excelente fonte de antocianinas e de conteúdo fenólico total (TPC). Com uma quantidade cerca de 2-3 vezes superior à do arroz e da farinha, as folhas de Oryza são uma matéria-prima barata para a extração de antocianinas. Um rendimento estimado de cerca de 4 kg de antocianinas/t de folhas frescas é significativamente superior ao de 1 kg de antocianinas/t de arroz, calculado com base nas quantidades médias de antocianinas detectadas no arroz "Violet Nori" (1300 µg/g de arroz, como cianidina-3-glucósido) para um rendimento de cerca de 68 kg de arroz a partir de 100 kg de arroz paddy.

Extração de antocianina ultra-sônica de repolho vermelho

Ravanfar et al. (2015) investigaram a eficiência da extração ultra-sônica de antocianinas de repolho vermelho. Experimentos de extração ultra-sônica foram realizados usando sistema ultra-sônico UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). O sonotrodo MS10 (10 mm de diâmetro da ponta) foi inserido no centro de um copo de vidro encamisado com temperatura controlada.

Nesta experiência, foram utilizados pedaços de couve roxa recém-cortados com 5 mm de dimensão (forma cúbica) e um teor de humidade de 92,11 ± 0,45 %. Um copo de vidro encamisado (volume: 200ml) foi enchido com 100ml de água destilada e 2g de pedaços de couve roxa. O copo foi coberto com folha de alumínio para evitar a perda de solvente (água) por evaporação durante o processo. Em todas as experiências, a temperatura do copo foi mantida por meio de um regulador termostático. As amostras foram finalmente recolhidas, filtradas e centrifugadas a 4000rpm e os sobrenadantes foram utilizados para determinar o rendimento em antocianina. A extração em banho-maria foi realizada como experiência de controlo.
O rendimento ótimo de antocianina da couve roxa foi determinado com a potência de 100 W, o tempo de 30 min e a temperatura de 15°C, o que resultou num rendimento de antocianina de cerca de 21 mg/L.
Devido às suas alterações de cor em função do valor de pH e à sua coloração intensa, o corante de couve-roxa tem sido utilizado como indicador de pH em formulações farmacêuticas ou como antioxidante e corante em sistemas alimentares, respetivamente.

Os ultra-sons intensificam significativamente a extração de antocianinas a partir de material vegetal.
Fonte: Ravanfar et al. 2015

 
Outros estudos demonstram o sucesso da extração ultra-sónica de antocianinas de mirtilos, amoras, uvas, cerejas, morangos e batata-doce roxa, entre outros.

Extractores ultra-sónicos de alto desempenho

A Hielscher Ultrasonics é especializada no fabrico de processadores de ultra-sons de alto desempenho para a produção de extractos de alta qualidade a partir de plantas.
A vasta gama de sonicadores Hielscher vai desde pequenos e potentes ultrassons de laboratório a sistemas robustos de bancada e totalmente industriais, que fornecem ultra-sons de alta intensidade para a extração e isolamento eficientes de substâncias bioactivas (por exemplo, antocianinas), gingerol, Piperina, curcumina etc.).
Todos os ultra-sons da 200W para 16,000W apresentam um ecrã tátil colorido para controlo digital, um cartão SD integrado para registo automático de dados, controlo remoto por browser e muitas outras caraterísticas de fácil utilização. Os sonotrodos e as células de fluxo (as partes que estão em contacto com o meio) podem ser autoclavados e são fáceis de limpar.
Os sonicadores Hielscher são muito robustos e construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, em plena carga, exigindo pouca manutenção e sendo fáceis e seguros de operar. Um visor digital a cores permite um controlo fácil do ultrassonicador.
Os nossos sistemas são capazes de fornecer desde amplitudes baixas até amplitudes muito elevadas. Para a extração de canabinóides e terpenos, oferecemos sonotrodos ultra-sónicos especiais (também conhecidos como sondas ultra-sónicas ou chifres) que são optimizados para o isolamento sensível de substâncias activas de alta qualidade. Todos os nossos sistemas podem ser utilizados para a extração e a emulsificação posterior de canabinóides. A robustez dos sonicadores Hielscher permite o funcionamento contínuo (24/7) em serviço pesado e em ambientes exigentes.

O controlo preciso dos parâmetros do processo ultrassónico assegura a reprodutibilidade e a normalização do processo.
 

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

Literatura / Referências

• 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.

Fatos, vale a pena conhecer

Como funciona a extração assistida por ultra-sons?

A aplicação de ondas de ultra-sons intensas a um meio líquido resulta em cavitação. O fenómeno de cavitação conduz localmente a temperaturas extremas, pressões, taxas de aquecimento/arrefecimento, diferenciais de pressão e elevadas forças de cisalhamento no meio. Quando as bolhas de cavitação implodem na superfície de sólidos (tais como partículas, células vegetais, tecidos, etc.), os microjactos e a colisão interparticular geram efeitos como a descamação da superfície, a erosão e a desagregação das partículas. Além disso, a implosão de bolhas de cavitação em meios líquidos cria macro-turbulências e micro-misturas.
A irradiação ultra-sônica do material vegetal fragmenta a matriz das células vegetais e aumenta a hidratação do mesmo. Chemat et al (2015) concluem que a extração ultra-sônica de compostos bioativos de botânicos é o resultado de diferentes mecanismos independentes ou combinados, incluindo fragmentação, erosão, capilaridade, detexturação e sonoporação. Estes efeitos perturbam a parede celular, melhoram a transferência de massa empurrando o solvente para dentro da célula e sugando o solvente carregado de fito-composto para fora, e asseguram o movimento líquido por micro-mistura.

A extração por ultra-sons baseia-se na cavitação acústica e nas suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas

A irradiação ultra-sônica do material vegetal fragmenta a matriz das células vegetais e aumenta a hidratação do mesmo. Chemat et al. (2015) concluem que a extração ultra-sônica de compostos bioativos de botânicos é o resultado de diferentes mecanismos independentes ou combinados, incluindo fragmentação, erosão, capilaridade, detexturação e sonoporação. Estes efeitos perturbam a parede celular, melhoram a transferência de massa empurrando o solvente para dentro da célula e sugando o solvente carregado de fito-composto para fora, e asseguram o movimento líquido por micro-mistura.
A extração por ultra-sons consegue um isolamento muito rápido dos compostos - superando os métodos de extração convencionais em tempo de processo mais curto, maior rendimento e a temperaturas mais baixas. Como um tratamento mecânico suave, a extração assistida por ultrassom evita a degradação térmica de componentes bioativos e se destaca em comparação com outras técnicas, como extração convencional de solventes, hidrodestilação ou extração de Soxhlet, que são conhecidas por destruir moléculas sensíveis ao calor. Devido a estas vantagens, a extração ultra-sónica é a técnica preferida para a libertação de compostos bioactivos sensíveis à temperatura a partir de plantas.

Extração ultra-sônica de células vegetais: a seção transversal microscópica (TS) mostra o mecanismo de ações durante a extração ultra-sônica de células (ampliação 2000x) [recurso: Vilkhu et al. 2011]

antocianina – Um pigmento vegetal valioso

As antocianinas são pigmentos vacuolares das plantas, que podem ser vermelhos, roxos, azuis ou pretos. A expressão da cor dos pigmentos antociânicos solúveis em água depende do seu valor de pH. As antocianinas encontram-se no vacúolo celular, principalmente nas flores e nos frutos, mas também nas folhas, caules e raízes, onde se encontram sobretudo nas camadas celulares exteriores, como a epiderme e as células do mesófilo periférico.
Os glicosídeos mais frequentes na natureza são a cianidina, a delfinidina, a malvidina, a pelargonidina, a peonidina e a petunidina.
Exemplos proeminentes de plantas ricas em antocianinas incluem espécies de vaccinium, como o mirtilo, o arando e o mirtilo; bagas de Rubus, incluindo framboesa preta, framboesa vermelha e amora; groselha preta, cereja, beringela, arroz preto, ube, batata-doce de Okinawan, uva Concord, uva muscadine, couve roxa e pétalas de violeta. Os pêssegos e as maçãs de polpa vermelha contêm antocianinas. As antocianinas são menos abundantes na banana, espargos, ervilha, funcho, pera e batata, e podem estar totalmente ausentes em certas cultivares de groselha verde.

Estrutura das principais antocianinas

As antocianinas são uma óptima alternativa para substituir os corantes sintéticos nos produtos alimentares. As antocianinas são aprovadas para utilização como corantes alimentares na União Europeia, Austrália e Nova Zelândia, com o código de corante E163. As antocianinas são encontradas em frutas e vegetais e podem ser descritas como um tipo de pigmentos vegetais solúveis em água. Quimicamente, as antocianinas são glicosídeos de antocianidinas baseados na estrutura do 2-fenilbenzofílio (flavílio). Existem mais de 200 fitoquímicos distintos que se enquadram na categoria das antocianinas. Como principal pigmento de cor em frutos silvestres e bagas, existem muitas fontes de onde as antocianinas podem ser extraídas. Uma fonte proeminente de antocianinas é a pele das uvas. Os pigmentos de antocianina na pele da uva consistem principalmente em di-glucósidos, mono-glucósidos, monoglucósidos acilados, bem como di-glucósidos acilados de peonidina, malvidina, cianidina, petunidina e delfinidina. O teor de antocianinas nas uvas varia de 30-750mg/100g.
As antocianinas mais importantes são a cianidina, a delfinidina, a pelargonidina, a peonidina, a malvidina e a petunidina.
Por exemplo, as antocianinas peonidina-3-cafeoil-p-hidroxibenzoil soforosídeo-5-glucosídeo, peonidina-3-(6″-cafeoil-6‴-feruloil soforosídeo)-5-glucosídeo e cianidina-3-cafeoil-p-hidroxibenzoil soforosídeo-5-glucosídeo são encontradas na batata-doce roxa.

antocianinas – Benefícios para a saúde

Para além da sua grande capacidade de funcionar como corante alimentar natural, as antocianinas são muito apreciadas pelos seus efeitos antioxidantes. Por conseguinte, as antocianinas apresentam muitos efeitos positivos para a saúde. A investigação demonstrou que as antocianinas podem inibir os danos no ADN das células cancerígenas, inibir as enzimas digestivas, induzir a produção de insulina em células pancreáticas isoladas, reduzir as respostas inflamatórias, proteger contra o declínio da função cerebral relacionado com a idade, melhorar a estanquicidade dos vasos sanguíneos capilares e prevenir a agregação de trombócitos.