Extração ultrassônica de antocianinas

As antocianinas são amplamente utilizadas como corante natural e aditivo nutricional em produtos alimentícios. A extração ultrassônica é uma técnica altamente eficiente e simples para obter antocianinas de alta qualidade. O uso de sonicadores do tipo sonda promove a liberação de antocianinas de alta qualidade das plantas, resultando em maiores rendimentos e um processo rápido. Ao mesmo tempo, a sonicação é uma técnica suave, ecológica e eficiente para a produção industrial de antocianinas de grau alimentício e farmacêutico.

antocianinas – Como extrair antocianinas de alta qualidade usando um Sonicator

As antocianinas são amplamente utilizadas como corantes naturais na indústria alimentícia. Eles têm um amplo espectro de tons de cores, variando de laranja a vermelho, roxo e azul, dependendo da estrutura molecular e do valor do pH. O interesse pelas antocianinas não se baseia apenas no seu efeito corante, mas também nas suas propriedades benéficas para a saúde. Devido às crescentes preocupações ambientais e de saúde em relação aos corantes sintéticos, os corantes naturais são uma ótima alternativa como corante ecológico para a indústria alimentícia e farmacêutica.

Extração de antocianinas aprimorada por ultrassom

Como extrair antocianinas com ultrassom? – Estudos de caso

Extração ultrassônica de antocianinas de arroz roxo Oryza Sativa L.

O arroz roxo da estirpe Oryza Sativa (também conhecido como Violet Nori ou arroz violeta) é extraordinariamente rico em fenólicos, como o grupo favonóide das antocianinas. Turrini et al. (2018) usaram extração ultrassônica para isolar polifenólicos como antocianinas e antioxidantes da cariopse (na forma inteira, marrom e parboilizada) e das folhas de arroz roxo. A extração ultrassônica foi realizada usando um Hielscher UP200St (200 W, 26 kHz, Pic. esquerda) e etanol 60% como solvente.
Para preservar a integridade das antocianinas, os extratos ultrassônicos foram armazenados a -20°C, o que permitiu armazená-los por pelo menos até três meses.
A cianidina-3 glicosídeo (também conhecida como crisântemo) foi de longe a principal antocianina detectada nas cultivares 'Violet Nori', 'Artemide' e 'Nerone' investigadas no estudo de Turrini et al., enquanto a peonidina-3-glicosídeo e a cianidina-3-rutinosídeo (também antirrrinina) foram encontradas em quantidades menores.
As folhas de violeta de Oryza Sativa são uma excelente fonte de antocianinas e conteúdo fenólico total (TPC). Com uma quantidade aproximadamente 2 a 3 vezes maior do que a do arroz e da farinha, as folhas de Oryza apresentam uma matéria-prima barata para a extração de antocianinas. Um rendimento estimado de cerca de 4 kg de antocianina/t de folhas frescas é significativamente superior ao de 1 kg de antocianina/t de arroz, calculado com base nas quantidades médias de antocianinas detetadas no arroz «Violet Nori» (1300 μg/g de arroz, sob a forma de cianidina-3-glicosídeo) para um rendimento de cerca de 68 kg de arroz a partir de 100 kg de arroz.

Extração ultrassônica de antocianinas do repolho roxo

Ravanfar et al. (2015) investigaram a eficiência da extração ultrassônica de antocianinas do repolho roxo. Experimentos de extração ultrassônica foram realizados usando sistema ultrassônico UP100H (ultrassom Hielscher, 30 kHz, 100 W). O sonotrodo MS10 (diâmetro da ponta de 10 mm) foi inserido no centro de um béquer de vidro revestido com temperatura controlada.

Foram utilizados para este experimento pedaços de repolho roxo recém-cortados de dimensão de 5mm (formato cúbico) e 92,11 ± 0,45 % de umidade. Um copo de vidro encamisado (volume: 200ml) foi preenchido com 100ml de água destilada e 2g de pedaços de repolho roxo. O copo foi coberto com folha de alumínio para evitar a perda de solvente (água) por evaporação durante o processo. Em todos os experimentos a temperatura no béquer foi mantida usando controlador termostático. As amostras foram finalmente coletadas, filtradas e centrifugadas a 4000rpm e sobrenadantes foram utilizados para determinar o rendimento de antocianina. A extração em banho-maria foi realizada como experimento controle.
O rendimento ótimo de antocianina do repolho roxo foi determinado na potência de 100 W, no tempo de 30 min e na temperatura de 15°C, o que resultou no rendimento de antocianinas de cerca de 21 mg/L.
Devido às suas mudanças de cor no valor do pH e sua coloração intensa, o corante repolho roxo tem sido usado como indicador de pH em formulações farmacêuticas ou como antioxidantes e corantes em sistemas alimentares, respectivamente.

O ultrassom intensifica significativamente a extração de antocianinas do material vegetal.
fonte: Ravanfar et al. 2015

 
Outros estudos demonstram a extração ultrassônica bem-sucedida de antocianinas de mirtilos, amoras, uvas, cerejas, morangos e batata-doce roxa, entre outros.

Extratores ultrassônicos de alto desempenho

A Hielscher Ultrasonics é especializada na fabricação de processadores ultrassônicos de alto desempenho para a produção de extratos botânicos de alta qualidade.
O amplo portfólio de sonicadores Hielscher varia de pequenos e poderosos ultrassônicos de laboratório a sistemas robustos de bancada e totalmente industriais, que fornecem ultrassom de alta intensidade para a extração e isolamento eficientes de substâncias bioativas (por exemplo, antocianinas, gingerol, Piperina, Curcumina etc.).
Todos os ultrassônicos de 200W Para 16.000W apresentam um ecrã tátil colorido para controlo digital, um cartão SD integrado para gravação automática de dados, controlo remoto do navegador e muitas outras funcionalidades fáceis de utilizar. Os sonotrodos e células de fluxo (as partes que estão em contato com o meio) podem ser autoclavados e são fáceis de limpar.
Os sonicadores Hielscher são muito robustos e construídos para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total, exigindo baixa manutenção e sendo fáceis e seguros de operar. Um display digital colorido permite um controle fácil do ultrassom.
Nossos sistemas são capazes de fornecer desde amplitudes baixas até muito altas. Para a extração de canabinóides e terpenos, oferecemos sonotrodos ultrassônicos especiais (também conhecidos como sondas ou chifres ultrassônicos) que são otimizados para o isolamento sensível de substâncias ativas de alta qualidade. Todos os nossos sistemas podem ser usados para a extração e posterior emulsificação de canabinóides. A robustez dos sonicadores Hielscher permite a operação contínua (24 horas por dia, 7 dias por semana) em ambientes pesados e exigentes.

O controle preciso dos parâmetros do processo ultrassônico garante a reprodutibilidade e a padronização do processo.
 

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:

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 ultrassom?

A aplicação de ondas intensas de ultrassom a um meio líquido resulta em cavitação. O fenômeno de cavitação leva localmente a temperaturas extremas, pressões, taxas de aquecimento/resfriamento, diferenciais de pressão e altas forças de cisalhamento no meio. Quando as bolhas de cavitação implodem na superfície dos sólidos (como partículas, células vegetais, tecidos, etc.), microjatos e colisões interparticlulares geram efeitos como descamação da superfície, erosão e quebra de partículas. Além disso, a implosão de bolhas de cavitação em meios líquidos cria macroturbulências e micromisturas.
A irradiação ultrassônica de material vegetal fragmenta a matriz das células vegetais e aumenta a hidratação das mesmas. Chemat et al (2015) concluem que a extração ultrassônica de compostos bioativos de botânicos é o resultado de diferentes mecanismos independentes ou combinados, incluindo fragmentação, erosão, capilaridade, detexturação e sonoporação. Esses efeitos perturbam a parede celular, melhoram a transferência de massa empurrando o solvente para dentro da célula e sugando o solvente carregado com fitocomposto e garantem o movimento do líquido por micromistura.

A extração ultrassônica é baseada na cavitação acústica e suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas

A irradiação ultrassônica de material vegetal fragmenta a matriz das células vegetais e aumenta a hidratação das mesmas. Chemat et al. (2015) concluem que a extração ultrassônica de compostos bioativos de botânicos é o resultado de diferentes mecanismos independentes ou combinados, incluindo fragmentação, erosão, capilaridade, detexturação e sonoporação. Esses efeitos perturbam a parede celular, melhoram a transferência de massa empurrando o solvente para dentro da célula e sugando o solvente carregado com fitocomposto e garantem o movimento do líquido por micromistura.
A extração ultrassônica alcança um isolamento muito rápido de compostos - superando os métodos convencionais de extração em menor tempo de processo, maior rendimento e em temperaturas mais baixas. Como um tratamento mecânico leve, a extração assistida por ultrassom evita a degradação térmica de componentes bioativos e se destaca em comparação com outras técnicas, como extração convencional por solvente, hidrodestilação ou extração por Soxhlet, que são conhecidas por destruir moléculas sensíveis ao calor. Devido a essas vantagens, a extração ultrassônica é a técnica preferida para a liberação de compostos bioativos sensíveis à temperatura de botânicos.

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

antocianina – Um pigmento vegetal valioso

As antocianinas são pigmentos vegetais vacuolares, que podem aparecer vermelhos, roxos, azuis ou pretos. A expressão da cor dos pigmentos antocianinas solúveis em água depende do seu valor de pH. As antocianinas são encontradas no vacúolo celular, principalmente em flores e frutos, mas também em folhas, caules e raízes, onde são encontradas principalmente nas camadas celulares externas, como a epiderme e as células periféricas do mesofilo.
Os mais frequentes na natureza são os glicosídeos de cianidina, delfinidina, malvidina, pelargonidina, peonidina e petunidina.
Exemplos proeminentes de plantas ricas em antocianinas incluem espécies de vaccinium, como mirtilo, cranberry e mirtilo; bagas de rubus, incluindo framboesa preta, framboesa vermelha e amora; groselha preta, cereja, berinjela, arroz preto, ube, batata-doce de Okinawa, uva Concord, uva muscadine, repolho roxo e pétalas de violeta. Pêssegos e maçãs de polpa vermelha contêm antocianinas. As antocianinas são menos abundantes em banana, aspargos, ervilha, erva-doce, pêra e batata, e podem estar totalmente ausentes em certas cultivares de groselhas verdes.

Estrutura das principais antocianinas

As antocianinas são uma ótima alternativa para substituir os corantes sintéticos em produtos alimentícios. As antocianinas são aprovadas para uso como corantes alimentares na União Europeia, Austrália e Nova Zelândia, com código de corante E163. As antocianinas são encontradas em frutas e vegetais e podem ser descritas como um tipo de pigmento vegetal solúvel em água. Quimicamente, as antocianinas são glicosídeos de antocianidinas com base na estrutura do 2-fenilbenzofirílio (flavílio). Existem mais de 200 fitoquímicos distintos que se enquadram na categoria de antocianinas. Como pigmento de cor principal em frutas silvestres e bagas, existem muitas fontes das quais as antocianinas podem ser extraídas. Uma fonte proeminente de antocianinas é a casca das uvas. Os pigmentos antocianinas na casca da uva consistem principalmente em di-glicosídeos, mono-glicosídeos, monoglicosídeos acilados, bem como di-glicosídeos acilados de peonidina, malvidina, cianidina, petunidina e delfinidina. O teor de antocianinas nas uvas varia de 30-750mg/100g.
As antocianinas mais proeminentes são cianidina, delfinidina, pelargonidina, peonidina, malvidina e petunidina.
Por exemplo, as antocianinas peonidina-3-cafeoil-p-hidroxibenzoíla soforosídeo-5-glicosídeo, peonidina-3-(6"-cafeoil-6'''-feruloil soforosídeo)-5-glicosídeo e cianidina-3-cafeoil-p-hidroxibenzoil-soforosídeo-5-glicosídeo são encontradas na batata-doce roxa.

antocianinas – Benefícios para a saúde

Além de sua grande capacidade de funcionar como corante alimentar natural, as antocianinas são altamente valorizadas por seus efeitos antioxidantes. Portanto, as antocianinas mostram muitos efeitos positivos para a saúde. A pesquisa mostrou que as antocianinas podem inibir danos ao DNA em células cancerígenas, inibir enzimas digestivas, induzir a produção de insulina em células pancreáticas isoladas, reduzir as respostas inflamatórias, proteger contra o declínio relacionado à idade na função cerebral, melhorar o aperto dos vasos sanguíneos capilares e prevenir a agregação de trombócitos.