Extracție cu ultrasunete antocianină

Antocianinele sunt utilizate pe scară largă ca colorant natural și aditiv nutrițional în produsele alimentare. Extracția cu ultrasunete este o tehnică extrem de eficientă și simplă pentru a obține antociani de înaltă calitate. Utilizarea sonicatorilor de tip sondă promovează eliberarea antocianinelor de înaltă calitate din plante, rezultând randamente mai mari și un proces rapid. În același timp, sonicare este o tehnică ușoară, verde și eficientă pentru producția industrială de antociani de calitate alimentară și farmaceutică.

antocianine – Cum se extrag antocianine de înaltă calitate folosind un sonicator

Antocianinele sunt utilizate pe scară largă ca coloranți naturali în industria alimentară. Acestea au un spectru larg de tonuri de culoare, variind de la portocaliu la roșu, la violet și albastru, în funcție de structura moleculară și valoarea pH-ului. Interesul pentru antocianine nu se bazează doar pe efectul lor colorant, ci și datorită proprietăților lor benefice pentru sănătate. Datorită preocupărilor crescânde legate de mediu și sănătate în ceea ce privește coloranții sintetici, coloranții naturali sunt o alternativă excelentă ca colorant ecologic pentru industria alimentară și farmaceutică.

Ultrasonically-îmbunătățit Anthocyanin Extracția

Cum se extrag antocianinele cu ultrasunete? – Studii de caz

Extracție cu ultrasunete antocianină din orez violet Oryza Sativa L.

Orezul violet din tulpina Oryza Sativa (cunoscut și sub numele de Violet Nori sau orez violet) este extraordinar de bogat în fenolici, cum ar fi grupul favonoid de antociani. Turrini et al. (2018) a folosit extracția cu ultrasunete pentru a izola polifenolici, ar fi antocianinele și antioxidanții din caryopsis (în formă întreagă, maro și parboiled) și frunzele de orez violet. Extracția cu ultrasunete a fost efectuată folosind un Hielscher UP200St (200W, 26kHz, pic. stânga) și etanol 60% ca solvent.
Pentru a păstra integritatea antocianinei, extractele cu ultrasunete au fost depozitate la -20 ° C, ceea ce a permis să le păstreze timp de cel puțin trei luni.
Cianidina-3 glucozidă (cunoscută și sub numele de crizantemă) a fost de departe antocianina majoră detectată în soiurile "Violet Nori", "Artemide" și "Nerone" investigate în studiul Turrini et al., în timp ce peonidina-3-glucozidă și cianidina-3-rutinozidă (de asemenea, antirrhinin) au fost găsite în cantități mai mici.
Frunzele violete de Oryza Sativa sunt o sursă excelentă de antocianine și conținut fenolic total (TPC). Cu o cantitate de aproximativ 2-3 ori mai mare decât cele din orez și făină, frunzele de Oryza prezintă o materie primă ieftină pentru extracția antocianinelor. Un randament estimat de aproximativ 4 kg antocianină/t frunze proaspete este semnificativ mai mare decât cel al 1 kg antocianină/t orez, calculat pe baza cantităților medii de antocianină detectate în orezul "Violet Nori" (1300 μg/g orez, sub formă de cianidină-3-glucozidă) pentru o producție de aproximativ 68 kg de orez din 100 kg de orez nedecorticat.

Extracție cu ultrasunete antocianină din varză roșie

Ravanfar et al. (2015) au investigat eficiența extracției cu ultrasunete a antocianinelor din varza rosie. Experimentele de extracție cu ultrasunete au fost efectuate folosind sistemul cu ultrasunete UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). Sonotrode MS10 (10mm diametrul vârfului) a fost introdus în centrul unui pahar de sticlă cu manta cu temperatură controlată.

Pentru acest experiment au fost utilizate bucăți de varză roșie proaspăt tăiate, cu dimensiuni de 5 mm (formă cubică) și 92,11 ± un conținut de umiditate de 0,45 %. Un pahar de sticlă cu manta (volum: 200ml) a fost umplut cu 100ml apă distilată și 2g bucăți de varză roșie. Paharul a fost acoperit cu folie de aluminiu pentru a preveni pierderea solventului (apei) prin evaporare în timpul procesului. În toate experimentele, temperatura din pahar a fost menținută folosind controlerul termostatic. Probele au fost în cele din urmă colectate, filtrate și centrifugate la 4000rpm și supernatanții au fost utilizați pentru a determina randamentul antocianinei. Extracția în baie de apă a fost efectuată ca experiment de control.
Randamentul optim de antocianină din varza roșie a fost determinat la puterea de 100 W, timpul de 30 min și temperatura de 15°C ceea ce a dus la un randament antocianic de aproximativ 21 mg/L.
Datorită schimbărilor sale de culoare asupra valorii pH-ului și colorării sale intense, colorantul de varză roșie a fost utilizat ca indicator de pH în formulările farmaceutice sau, respectiv, ca antioxidanți și coloranți în sistemele alimentare.

Ultrasonics intensifică extracția antocianinelor din materialul vegetal în mod semnificativ.
sursa: Ravanfar et al. 2015

 
Alte studii demonstrează extracția cu ultrasunete de succes de antociani din afine, mure, struguri, cireșe, căpșuni, și cartof dulce violet, printre altele.

Extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță

Hielscher Ultrasonics este specializata in fabricarea de procesoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru producerea de extracte de înaltă calitate din botanice.
Portofoliul larg de Hielscher sonicators variază de la mici, ultrasonicators de laborator puternic la banc-top robust și sisteme complet industriale, care oferă ultrasunete de înaltă intensitate pentru extracția eficientă și izolarea substanțelor bioactive (de exemplu, antociani, gingerol, Piperina, Curcumina etc.).
Toate ultrasonicators de la 200W spre 16.000 W dispune de un touch-display colorat pentru control digital, un card SD integrat pentru înregistrarea automată a datelor, telecomandă pentru browser și multe alte funcții ușor de utilizat. Sonotrodes și celulele de flux (părțile, care sunt în contact cu mediul) pot fi autoclavizate și sunt ușor de curățat.
Hielscher sonicators sunt foarte robuste și construite pentru funcționare 24/7 sub sarcină maximă, în timp ce necesită întreținere redusă și fiind ușor și sigur de operat. Un afișaj color digital permite un control ușor de utilizat al ultrasonicator.
Sistemele noastre sunt capabile să livreze de la amplitudini mici până la amplitudini foarte mari. Pentru extracția canabinoizilor și terpenelor, oferim sonotrodes speciale cu ultrasunete (cunoscute și sub numele de sonde cu ultrasunete sau coarne) care sunt optimizate pentru izolarea sensibilă a substanțelor active de înaltă calitate. Toate sistemele noastre pot fi utilizate pentru extracția și emulsionarea ulterioară a canabinoizilor. Robustețea sonicatoare Hielscher permite funcționarea continuă (24/7) la grele și în medii solicitante.

Controlul precis al parametrilor procesului cu ultrasunete asigură reproductibilitatea și standardizarea procesului.
 

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:

Literatură / Referințe

• 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.

Fapte care merită știute

Cum funcționează extracția asistată cu ultrasunete?

Aplicarea undelor ultrasonice intense într-un mediu lichid are ca rezultat cavitația. Fenomenul Cavitaţie conduce local la temperaturi extreme, presiuni, rate de încălzire/răcire, diferențe de presiune și forțe mari de forfecare în mediu. Atunci când bulele de cavitație fac implozie pe suprafața solidelor (cum ar fi particulele, celulele vegetale, țesuturile etc.), microjeturile și coliziunea interparticlulară generează efecte precum peelingul suprafeței, eroziunea și descompunerea particulelor. În plus, implozia bulelor de cavitație în medii lichide creează macro-turbulențe și micro-amestecare.
Iraditarea cu ultrasunete a fragmentelor de material vegetal matricea celulelor vegetale și îmbunătățește hidratarea acelorași. Chemat et al (2015) concluzionează că extracția cu ultrasunete a compușilor bioactivi din Botanicals este rezultatul diferitelor mecanisme independente sau combinate, inclusiv fragmentarea, eroziunea, capilaritatea, detexturarea și sonoporarea. Aceste efecte perturbă peretele celular, îmbunătățesc transferul de masă prin împingerea solventului în celulă și aspirarea solventului încărcat cu fitocompus și asigură mișcarea lichidului prin micro-amestecare.

Extracția cu ultrasunete se bazează pe cavitație acustică și forțele sale hidrodinamice de forfecare

Iraditarea cu ultrasunete a fragmentelor de material vegetal matricea celulelor vegetale și îmbunătățește hidratarea acelorași. Chemat et al. (2015) concluzionează că extracția cu ultrasunete a compușilor bioactivi din Botanicals este rezultatul diferitelor mecanisme independente sau combinate, inclusiv fragmentarea, eroziunea, capilaritatea, detexturarea și sonoporarea. Aceste efecte perturbă peretele celular, îmbunătățesc transferul de masă prin împingerea solventului în celulă și aspirarea solventului încărcat cu fitocompus și asigură mișcarea lichidului prin micro-amestecare.
Extracția cu ultrasunete realizează o izolare foarte rapidă a compușilor – depășind metodele convenționale de extracție într-un timp de proces mai scurt, randament mai mare și la temperaturi mai scăzute. Ca tratament mecanic ușor, extracția asistată cu ultrasunete evită degradarea termică a componentelor bioactive și excelează în comparație cu alte tehnici, cum ar fi extracția convențională cu solvenți, hidrodistilarea sau extracția Soxhlet, despre care se știe că distrug moleculele sensibile la căldură. Datorită acestor avantaje, extracția cu ultrasunete este tehnica preferată pentru eliberarea compușilor bioactivi sensibili la temperatură din Botanicals.

Extracția cu ultrasunete din celulele vegetale: secțiunea transversală microscopică (TS) arată mecanismul acțiunilor în timpul extracției cu ultrasunete din celule (mărire 2000x) [resursă: Vilkhu et al. 2011]

antocianină – Un pigment valoros al plantelor

Antocianinele sunt pigmenți de plante vacuolare, care pot apărea roșii, violete, albastre sau negre. Expresia culorii pigmenților antocianici solubili în apă depinde de valoarea pH-ului acestora. Antocianinele se găsesc în vacuolele celulare, mai ales în flori și fructe, dar și în frunze, tulpini și rădăcini, unde se găsesc mai ales în straturile celulare exterioare, cum ar fi epiderma și celulele mezofile periferice.
Cel mai frecvent întâlnite în natură sunt glicozidele cianidinei, delfinidinului, malvidinei, pelargonidinei, peonidinei și petunidinei.
Exemple proeminente de plante bogate în antocianine includ specii de vaccinium, cum ar fi afine, merișoare și afine; Rubus boabe, inclusiv zmeură neagră, zmeură roșie și mure; coacăze negre, cireșe, vinete, orez negru, ube, cartof dulce din Okinawa, struguri Concord, struguri muscadine, varză roșie și petale violete. Piersicile și merele cu carne roșie conțin antociani. Antocianinele sunt mai puțin abundente în banane, sparanghel, mazăre, fenicul, pere și cartofi și pot fi total absente în anumite soiuri de coacăze verzi.

Structura antocianinelor principale

Antocianinele sunt o alternativă excelentă pentru a înlocui coloranții sintetici din produsele alimentare. Antocianinele sunt aprobate pentru utilizare ca coloranți alimentari în Uniunea Europeană, Australia și Noua Zeelandă, având codul colorant E163. Antocianinele se găsesc în fructe și legume și pot fi descrise ca un tip de pigmenți vegetali solubili în apă. Din punct de vedere chimic, antocianinele sunt glicozide ale antocianidinelor bazate pe structura 2-fenilbenzofiriliului (flavylium). Există mai mult de 200 de fitochimicale distincte care se încadrează în categoria antocianinelor. Ca pigment principal de culoare în fructele sălbatice și fructele de pădure, există multe surse din care antocianinele pot fi extrase. O sursă proeminentă de antocianine este pielea strugurilor. Pigmenții antocianici din coaja strugurilor constau în principal din di-glucozide, monoglucozide, monoglucozide acilate, precum și di-glucozide acilate de peonidină, malvidină, cianidină, petunidin și delfinidină. Conținutul de antocianină din struguri variază între 30-750mg/100g.
Cele mai proeminente antocianine sunt cianidina, delfinidina, pelargonidina, peonidina, malvidina și petunidina.
De exemplu, antocianinele peonidin-3-cafeoil-p-hidroxibenzoil sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6"-caffeoyl-6''-feruloyl sophoroside)-5-glucoside și cianidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside se găsesc în cartofii dulci purpurii.

antocianine – Beneficii pentru sănătate

Pe lângă capacitatea lor mare de a funcționa ca un colorant alimentar natural, antocianinele sunt foarte apreciate pentru efectele lor antioxidante. Prin urmare, antocianinele prezintă multe efecte pozitive asupra sănătății. Cercetările au arătat că antocianinele pot inhiba deteriorarea ADN-ului în celulele canceroase, inhibă enzimele digestive, induc producția de insulină în celulele pancreatice izolate, reduc răspunsurile inflamatorii, protejează împotriva declinului funcției cerebrale legate de vârstă, îmbunătățesc etanșeitatea vaselor de sânge capilare și previn agregarea trombocitelor.