Extração ultrassónica de piperina da pimenta

• A piperina é uma substância bioativa presente nos grãos de pimenta e valorizada pelas suas propriedades farmacológicas.
• A extração ultrassónica é uma técnica de extração eficiente, simples e rápida para isolar piperina de elevada qualidade.
• A extração ultrassónica é um método fiável e comprovado, já amplamente utilizado nas indústrias farmacêutica e alimentar.

Extração de piperina por ultrassons de elevado desempenho

A piperina é um composto bioativo valorizado, conhecido pelo seu potencial para aumentar a absorção de curcumina, selénio, vitamina B12, betacaroteno e outros compostos. Por isso, as indústrias farmacêutica e da nutrição têm grande interesse na extração rápida e simples de piperina de elevada qualidade.
A extração convencional de piperina e piperidina é realizada através de uma extração demorada com solvente, utilizando DMC (diclorometano) tóxico. A extração ultrassónica supera a extração convencional com solvente graças a rendimentos superiores, à utilização de solventes não tóxicos (por exemplo, etanol) e a um processo de extração rápido. Os ultrassons de elevado desempenho criam cavitação nos líquidos. A cavitação acústica ou ultrassónica gera localmente condições extremas, como diferenciais de temperatura e pressão extremamente elevados, jatos de líquido e forças de cisalhamento. Estas forças ultrassónicas rompem as paredes celulares e aumentam a transferência de massa entre o interior das células e o solvente circundante, libertando assim as substâncias bioativas. A extração ultrassónica é uma técnica comprovada para isolar compostos-alvo, como a piperina, da pimenta moída (piper nigrum, piper longum).

Condições ótimas de extração por sonicação

Uma das vantagens mais importantes do isolamento ultrassónico é o controlo preciso de todos os parâmetros do processo. A intensidade ultrassónica (amplitude, potência, ciclo de funcionamento), o tempo de extração, o solvente, a proporção entre sólido e solvente e a temperatura podem ser ajustados às condições ótimas para obter o rendimento mais elevado de piperina de elevada qualidade.

Exemplo de protocolo para a extração ultrassónica de piperina

Numa montagem em pequena escala com um copo de precipitação, o rendimento máximo de piperina (5,8 mg/g) a partir de Piper longum moído é obtido em condições otimizadas de extração ultrassónica, que se verificou serem as seguintes:
Sonicador UP200St ou UP200Ht (200W, 26kHz)
parâmetros ultrassónicos: 100% de amplitude, 80% de ciclo de funcionamento
tempo de sonicação: aprox. 18 min.
solvente: etanol
proporção entre sólido e solvente: 1:10
temperatura: 50°C

Resultados superiores

A extração ultrassónica apresenta vantagens significativas em relação à extração tradicional por lotes e com solvente. Rathod (2014) mostra que o tempo de extração é reduzido de 8h na extração com solvente por lotes e de 4h na extração Soxhlet para 18 min. na extração ultrassónica. Além disso, a extração ultrassónica proporciona um rendimento de extração de piperina superior. Verificou-se que os rendimentos de extração de piperina obtidos pelos métodos de extração Soxhlet e de extração por lotes eram de 1,67 mg/g e 0,98 mg/g, respetivamente, valores muito inferiores ao rendimento de 5,8mg/g obtido por ultrassons. Rathod (2014) conclui que a extração assistida por ultrassons de fitoconstituintes naturais, como a piperina, reduz o problema da baixa extratibilidade e dos longos tempos de extração em comparação com os métodos tradicionais.

Os ultrassons também são utilizados com sucesso na extração de óleos essenciais da pimenta-preta. Clique aqui para saber mais sobre a hidrodestilação ultrassónica de óleos essenciais!

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A Hielscher Ultrasonics é um fabricante com uma longa experiência em sistemas de extração ultrassónica de elevado desempenho. A nossa gama de produtos vai desde pequenos e potentes sonicadores de laboratório até robustos sistemas de bancada e industriais, que fornecem ultrassons de elevada intensidade para a extração e o isolamento eficientes de substâncias bioativas (por exemplo, piperina, curcumina etc.).
Todos os dispositivos ultrassónicos de 200W a 16 000W dispõem de um ecrã a cores para controlo digital, um cartão SD integrado para registo automático de dados, controlo remoto através do navegador e muitas outras funcionalidades fáceis de utilizar. Os sonotrodos e as células de fluxo (as peças que estão em contacto com o meio) podem ser esterilizados em autoclave e são fáceis de limpar.
Todos os nossos sonicadores são concebidos para funcionar 24/7, requerem pouca manutenção e são fáceis e seguros de operar.

A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos sonicadores:

Bibliografia/Referências

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Potencial antioxidante e antiglicação da pimenta-verde (Piper nigrum): otimização da extração à base de β-ciclodextrina através da metodologia de superfície de resposta. Food Chemistry, Volume 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Extração de piperina da pimenta-branca assistida por ultrassons à base de líquido iónico. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extração de piperina de Piper longum utilizando ultrassons. 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): Otimizar a extração de compostos fenólicos da jujuba (Ziziphus Jujube) utilizando o método de extração assistida por ultrassons.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extração e caracterização de proteínas da flor da bananeira (Musa Sapientum L) e avaliação das atividades antimicrobianas. J Food Sci Technol (fevereiro de 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Otimização dos parâmetros de extração de galato de epigalocatequina do chá verde utilizando métodos convencionais com água quente e métodos assistidos por ultrassons. Processamento de Alimentos e Bioprodutos 111 (2018). 37-44.

Informações úteis

Extração ultrassónica

A extração ultrassónica de substâncias bioativas de materiais vegetais baseia-se no princípio da cavitação acústica. A cavitação acústica ocorre quando ondas de ultrassons de elevada intensidade (por exemplo, amplitudes elevadas de 100µm, geradas por ultrassons de 20–26kHz) são acopladas a um líquido. As forças de cisalhamento geradas pela cavitação perfuram e rompem as paredes celulares do material vegetal e empurram e puxam o solvente circundante para dentro e para fora das células. Após o processo de extração, o solvente transporta as moléculas-alvo, que podem depois ser separadas (por exemplo, por centrifugação). A extração ultrassónica é bem conhecida por proporcionar elevados rendimentos de extratos vegetais intactos.

Extração ultrassónica de células: a secção transversal (TS) microscópica do caule apical de hortelã-pimenta (Mentha piperita) mostra o mecanismo de ação durante a extração ultrassónica de células (ampliação de 2000x) [fonte: Vilkhu et al. 2011]

Piperina

A piperina (1-piperyol-piperidine) é o principal composto pungente da pimenta (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). O sabor da pimenta, a sua pungência e, consequentemente, a sua qualidade estão correlacionados com a quantidade de piperina. Este atributo de qualidade pode ser alterado através da hidrólise da piperina, de modo a que o anel de piperidina seja cindido.
A piperina é conhecida por diversos efeitos farmacológicos, por exemplo, atividades antifúngicas, antidiarreicas, anti-inflamatórias e inibidoras da 5-lipoxigenase e da ciclo-oxigenase-1. Além disso, a piperina aumenta a biodisponibilidade da curcumina em 2000%. Por isso, a piperina é uma substância popular utilizada em formulações de suplementos (por exemplo, BioPerine®).
A piperina pode ser extraída de Piper nigrum e Piper longum.
A piperidina é uma amina secundária cíclica, uma estrutura molecular presente em muitos alcaloides vegetais. A piperidina resulta da hidrólise da piperina. A piperidina e os seus derivados são blocos de construção amplamente presentes na síntese de produtos farmacêuticos e de química fina.

Pimenta

Piper nigrum, a pimenteira-preta, é uma trepadeira com flor da família Piperaceae. É cultivada pelos seus frutos, os grãos de pimenta, que são geralmente secos e utilizados como especiaria e condimento. Os grãos de pimenta preta, verde e branca são todos obtidos da pimenteira-preta. As diferentes cores resultam do tratamento e da preparação dos grãos de pimenta. Os grãos de pimenta-preta são obtidos fervendo as drupas imaturas em água quente e secando-as posteriormente. A pimenta-branca é colhida sob a forma de bagas completamente maduras da pimenteira; em seguida, a casca escura do fruto maduro é removida (maceração). Os grãos de pimenta-verde são produzidos a partir das drupas imaturas, tratando-as com dióxido de enxofre, conservando-as em lata ou liofilizando-as para preservar os seus pigmentos verdes.

Piper longum Linn, também conhecida como pimenta-longa indiana (pipli), é uma espécie próxima de Piper nigrum e tem um sabor semelhante, mas mais picante do que o de Piper nigrum.
Os frutos de Piper longum contêm aprox. 1% de óleos voláteis, resina, os alcaloides piperina e piperlonguminina, um alcaloide ceroso Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide e uma substância terpenoide. O alcaloide piperidínico piperina é responsável pelo sabor picante e pungente das bagas de pimenta. A piperlongumina é uma substância farmacologicamente ativa que apresenta atividade contra muitos cancros, incluindo os da próstata, mama, pulmão e cólon, linfoma, leucemia, tumores cerebrais primários e cancro gástrico.
Além disso, podem encontrar-se nas bagas de pimenta as seguintes quantidades de minerais: 1230mg/100g de cálcio, 190mg/100g de fósforo e 62,1mg/100g de ferro. As raízes contêm piperina, piperlongumina ou piplartina e di-hidroestigmasterol.