Extracția piperinei din piper cu ultrasunete

• Piperina este o substanță bioactivă care se găsește în boabele de piper și este apreciată pentru proprietățile sale farmacologice.
• Ultrasunetele reprezintă o tehnică de extracție eficientă, simplă și rapidă pentru izolarea piperinei de înaltă calitate.
• Extracția cu ultrasunete este o metodă fiabilă și dovedită, deja utilizată pe scară largă în industria farmaceutică și alimentară.

Extracția piperinei cu ultrasunete de înaltă performanță

Piperina este un compus bioactiv valoros, cunoscut pentru potențialul său de a crește absorbția curcuminei, a seleniului, a vitaminei B12, a beta-carotenului și a altor compuși. Prin urmare, industria farmaceutică și cea a nutriției sunt foarte interesate de extracția rapidă și simplă a piperinei de înaltă calitate.
Extracția convențională a piperinei și a piperidinei se realizează prin extracție cu solvent, consumatoare de timp, folosind DMC (diclorometan) toxic. Extracția cu ultrasunete depășește extracția convențională cu solvent prin randamente mai mari, utilizarea unor solvenți netoxici (de ex. etanol) și un proces de extracție rapid. Ultrasunetele de înaltă performanță generează cavitație în lichide. Cavitația acustică sau ultrasonică generează local condiții extreme, precum diferențe foarte mari de temperatură și presiune, jeturi de lichid și forțe de forfecare. Aceste forțe ultrasonice rup pereții celulari și intensifică transferul de masă dintre interiorul celulei și solventul înconjurător, astfel încât substanțele bioactive sunt eliberate. Extracția cu ultrasunete este o tehnică dovedită pentru izolarea compușilor țintă, cum ar fi piperina, din piperul măcinat (piper nigrum, piper longum).

Condiții optime de extracție prin sonicare

Unul dintre cele mai importante avantaje ale izolării cu ultrasunete este controlul precis al tuturor parametrilor de proces. Intensitatea ultrasonică (amplitudine, putere, ciclu de funcționare), timpul de extracție, solventul, raportul solid/solvent și temperatura pot fi ajustate la condiții optime pentru a obține cel mai mare randament de piperină de înaltă calitate.

Protocol exemplificativ pentru extracția piperinei cu ultrasunete

Într-o configurație la scară mică, cu pahar Berzelius, randamentul maxim de piperină (5,8 mg/g) din Piper longum măcinat se obține în condiții optimizate de extracție cu ultrasunete, care s-au dovedit a fi următoarele:
Sonicator UP200St sau UP200Ht (200W, 26kHz)
parametri ultrasonici: amplitudine 100%, ciclu de funcționare 80%
timp de sonicare: aprox. 18 min.
solvent: etanol
raport solid/solvent: 1:10
temperatură: 50°C

Rezultate superioare

Extracția cu ultrasunete prezintă avantaje semnificative față de extracția tradițională discontinuă și cu solvent. Rathod (2014) arată că timpul de extracție este redus de la 8h prin extracție discontinuă cu solvent și 4h prin extracție Soxhlet la 18 min. prin extracție cu ultrasunete. În plus, extracția cu ultrasunete oferă un randament de extracție mai mare al piperinei. Randamentele de extracție a piperinei obținute prin metodele de extracție Soxhlet și de extracție discontinuă au fost de 1,67 mg/g și, respectiv, 0,98 mg/g, mult mai mici decât randamentul de 5,8mg/g obținut cu ultrasunete. Rathod (2014) concluzionează că extracția asistată de ultrasunete a fitoconstituenților naturali, precum piperina, diminuează problema extractibilității scăzute și a timpilor lungi de extracție în comparație cu metodele tradiționale.

Ultrasunetele sunt utilizate cu succes și pentru extracția uleiurilor esențiale din piperul negru. Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre hidrodistilarea cu ultrasunete a uleiurilor esențiale!

Găsiți cel mai bun sonicator pentru extracția piperinei

Hielscher Ultrasonics este un producător cu experiență îndelungată de sisteme de extracție cu ultrasunete de înaltă performanță. Portofoliul nostru de produse variază de la ultrasonicatoare de laborator mici și puternice până la sisteme robuste de banc și industriale, care furnizează ultrasunete de intensitate ridicată pentru extracția și izolarea eficientă a substanțelor bioactive (de ex. piperină, curcumină etc.).
Toate dispozitivele cu ultrasunete de la 200W la 16.000W dispun de un afișaj color pentru control digital, un card SD integrat pentru înregistrarea automată a datelor, control de la distanță prin browser și multe alte funcții ușor de utilizat. Sonotrodele și celulele de flux (componentele care intră în contact cu mediul) pot fi autoclavate și sunt ușor de curățat.
Toate ultrasonicatoarele noastre sunt construite pentru funcționare 24/7, necesită întreținere redusă și sunt ușor și sigur de operat.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

Literatură/Referințe

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Potențialul antioxidant și anti-glicare al ardeiului verde (Piper nigrum): Optimizarea extracției pe bază de β-ciclodextrină prin metodologia suprafeței de răspuns. Food Chemistry, Volumul 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Extracție asistată cu ultrasunete pe bază de lichid ionic de piperină din piper alb. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extracția piperinei din Piper longum folosind ultrasunete. Culturi și produse industriale Vol. 58, 2014. 259-264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimizați extracția compușilor fenolici ai jujube (Ziziphus Jujube) folosind metoda de extracție asistată cu ultrasunete.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extracția și caracterizarea proteinelor din floarea de banană (Musa Sapientum L) și evaluarea activităților antimicrobiene. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizarea parametrilor de extracție a galatului epigallocatechin folosind apă caldă convențională și metode asistate cu ultrasunete din ceaiul verde. Prelucrarea alimentelor și a bioproduselor 111 (2018). 37–44.

Informații utile

Extracția cu ultrasunete

Extracția cu ultrasunete a substanțelor bioactive din materiale vegetale se bazează pe principiul cavitației acustice. Cavitația acustică apare atunci când unde ultrasonice de intensitate foarte mare (de ex. amplitudini mari de 100µm, generate de ultrasunete de 20–26kHz) sunt cuplate într-un lichid. Forțele de forfecare cavitaționale perforează și rup pereții celulari ai materialului vegetal și împing și trag solventul înconjurător în și din interiorul celulei. După procesul de extracție, solventul transportă moleculele țintă, care pot fi apoi separate (de ex. prin centrifugare). Extracția cu ultrasunete este bine cunoscută pentru randamentele ridicate de extracte vegetale intacte.

Extracția cu ultrasunete din celule: secțiunea transversală microscopică (TS) a tulpinii apicale de mentă (Mentha piperita) arată mecanismele de acțiune în timpul extracției cu ultrasunete din celule (mărire 2000x) [sursă: Vilkhu et al. 2011]

Piperina

Piperina (1-piperyol-piperidine) este principalul compus picant al piperului (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Aroma piperului, picanța sa și, prin urmare, calitatea sa sunt corelate cu cantitatea de piperină. Acest atribut de calitate poate fi modificat prin hidroliza piperinei, astfel încât inelul piperidinic este scindat.
Piperina este cunoscută pentru diverse efecte farmacologice, de ex. activități antifungice, antidiareice, antiinflamatoare și inhibitoare ale 5-lipoxigenazei și ciclooxigenazei-1. În plus, piperina crește biodisponibilitatea curcuminei cu 2000%. Prin urmare, piperina este o substanță populară utilizată în formulările de suplimente (de ex. BioPerine®).
Piperina poate fi extrasă din Piper nigrum și Piper longum.
Piperidina este o amină secundară ciclică, o structură moleculară care se regăsește în numeroși alcaloizi vegetali. Piperidina rezultă din hidroliza piperinei. Piperidina și derivații săi sunt elemente de bază omniprezente în sinteza produselor farmaceutice și a substanțelor chimice fine.

Piperul

Piper nigrum, piperul negru, este o plantă cățărătoare cu flori din familia Piperaceae. Este cultivată pentru fructele sale, boabele de piper, care sunt de obicei uscate și utilizate ca mirodenie și condiment. Boabele de piper negru, verde și alb sunt obținute toate din planta de piper negru. Culorile diferite sunt rezultatul tratării și preparării boabelor de piper. Boabele de piper negru se obțin prin fierberea drupelor necoapte în apă fierbinte și uscarea lor ulterioară. Piperul alb este recoltat sub formă de boabe complet coapte ale plantei de piper; apoi se îndepărtează coaja închisă la culoare a fructului copt (macerare). Boabele de piper verde se obțin din drupele necoapte prin tratarea acestora cu dioxid de sulf, prin conservare sau liofilizare, pentru a-și păstra coloranții verzi.

Piper longum Linn, cunoscut și sub numele de piper lung indian (pipli), este o rudă apropiată a speciei Piper nigrum și are un gust similar, dar mai iute decât Piper nigrum.
Fructele de Piper longum conțin aprox. 1% uleiuri volatile, rășină, alcaloizii piperină și piperlonguminină, un alcaloid ceros Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide și o substanță terpenoidă. Alcaloidul piperidinic piperina este responsabil pentru gustul picant și iute al boabelor de piper. Piperlongumina este o substanță activă din punct de vedere farmacologic, care prezintă activitate împotriva multor tipuri de cancer, inclusiv cancerul de prostată, de sân, pulmonar, de colon, limfomul, leucemia, tumorile cerebrale primare și cancerul gastric.
În plus, în boabele de piper se pot găsi următoarele cantități de minerale: 1230mg/100g calciu, 190mg/100g fosfor și 62,1mg/100g fier. Rădăcinile conțin piperină, piperlongumină sau piplartină și dihidrostigmasterol.