Ультразвуковая экстракция пиперина из перца

• Пиперин – биоактивное вещество, содержащееся в горошинах перца и ценимое за свои фармакологические свойства.
• Ультразвуковая экстракция – эффективный, простой и быстрый метод выделения высококачественного пиперина.
• Ультразвуковая экстракция – надёжный и проверенный метод, уже широко применяемый в фармацевтической и пищевой промышленности.

Экстракция пиперина с помощью высокопроизводительного ультразвука

Пиперин – ценное биоактивное соединение, известное своей потенциальной способностью повышать усвоение куркумина, селена, витамина B12, бета-каротина и других соединений. Поэтому фармацевтическая промышленность и индустрия питания проявляют большой интерес к быстрой и простой экстракции высококачественного пиперина.
Традиционную экстракцию пиперина и пиперидина проводят посредством длительной экстракции растворителем с использованием токсичного DMC (дихлорметана). Ультразвуковая экстракция превосходит традиционную экстракцию растворителем благодаря более высокому выходу, использованию нетоксичных растворителей (например, этанола) и быстрому процессу экстракции. Высокопроизводительный ультразвук создаёт кавитацию в жидкостях. Акустическая, или ультразвуковая, кавитация создаёт локальные экстремальные условия, такие как сверхвысокие перепады температуры и давления, струи жидкости и силы сдвига. Эти ультразвуковые силы разрушают клеточные стенки и усиливают массоперенос между внутренним содержимым клетки и окружающим растворителем, в результате чего высвобождаются биоактивные вещества. Ультразвуковая экстракция – проверенный метод выделения целевых соединений, таких как пиперин, из измельчённого перца (piper nigrum, piper longum).

Оптимальные условия экстракции при обработке ультразвуком

Одно из важнейших преимуществ ультразвукового выделения – точный контроль всех параметров процесса. Интенсивность ультразвука (амплитуду, мощность, коэффициент заполнения рабочего цикла), время экстракции, растворитель, соотношение твёрдого вещества и растворителя, а также температуру можно настроить на оптимальные условия для получения наивысшего выхода высококачественного пиперина.

Пример протокола ультразвуковой экстракции пиперина

В маломасштабной установке с лабораторным стаканом максимальный выход пиперина (5,8 mg/g) из измельчённого Piper longum достигается при оптимизированных условиях ультразвуковой экстракции, которые, как было установлено, являются следующими:
Ультразвуковой гомогенизатор UP200St или UP200Ht (200W, 26kHz)
параметры ультразвука: амплитуда 100%, коэффициент заполнения рабочего цикла 80%
время обработки ультразвуком: прибл. 18 min.
растворитель: этанол
соотношение твёрдого вещества и растворителя: 1:10
температура: 50°C

Превосходные результаты

Ультразвуковая экстракция имеет значительные преимущества перед традиционной периодической экстракцией и экстракцией растворителем. Rathod (2014) показывает, что время экстракции сокращается с 8h при периодической экстракции растворителем и 4h при экстракции в аппарате Сокслета до 18 min. при ультразвуковой экстракции. Кроме того, ультразвуковая экстракция обеспечивает более высокий выход пиперина. Было установлено, что выход пиперина при экстракции в аппарате Сокслета и периодической экстракции составляет 1,67 mg/g и 0,98 mg/g соответственно, что значительно ниже выхода 5,8mg/g, полученного с помощью ультразвука. Rathod (2014) заключает, что экстракция природных растительных компонентов, таких как пиперин, с применением ультразвука уменьшает проблему низкой извлекаемости и длительного времени экстракции по сравнению с традиционными методами.

Ультразвук также успешно используется для экстракции эфирных масел из чёрного перца. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой гидродистилляции эфирных масел!

Найдите лучший ультразвуковой гомогенизатор для экстракции пиперина

Hielscher Ultrasonics – производитель высокопроизводительных систем ультразвуковой экстракции с многолетним опытом. Наш ассортимент продукции охватывает устройства от небольших мощных лабораторных ультразвуковых гомогенизаторов до прочных настольных и промышленных систем, которые обеспечивают ультразвук высокой интенсивности для эффективной экстракции и выделения биоактивных веществ (например, пиперина, куркумина и т. д.).
Все ультразвуковые устройства мощностью от 200W до 16 000W оснащены цветным дисплеем для цифрового управления, встроенной SD-картой для автоматической записи данных, дистанционным управлением через браузер и многими другими удобными функциями. Сонотроды и проточные ячейки (части, контактирующие со средой) можно автоклавировать, и их легко очищать.
Все наши ультразвуковые гомогенизаторы рассчитаны на работу в режиме 24/7, требуют минимального технического обслуживания, просты и безопасны в эксплуатации.

Таблица ниже даёт представление о приблизительной производительности обработки наших ультразвуковых гомогенизаторов:

Литература и ссылки

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Антиоксидантный и антигликационный потенциал зелёного перца (Piper nigrum): оптимизация экстракции на основе β-циклодекстрина методом поверхности отклика. Food Chemistry, том 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Экстракция пиперина из белого перца с применением ультразвука на основе ионной жидкости. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Экстракция пиперина из Piper longum с помощью ультразвука. Industrial Crops and Products, том 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Оптимизация экстракции фенольных соединений зизифуса (Ziziphus Jujube) методом экстракции с применением ультразвука.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Экстракция и характеристика белков из цветка банана (Musa Sapientum L) и оценка антимикробной активности. 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): Оптимизация параметров экстракции эпигаллокатехин-галлата из зелёного чая традиционным методом с горячей водой и методом с применением ультразвука. Переработка пищевых продуктов и биопродуктов No 111 (2018). 37–44.

Полезные сведения

Ультразвуковая экстракция

Ультразвуковая экстракция биоактивных веществ из растительного сырья основана на принципе акустической кавитации. Акустическая кавитация возникает при передаче в жидкость ультразвуковых волн высокой интенсивности (например, с высокими амплитудами 100µm, создаваемыми ультразвуком частотой 20–26kHz). Кавитационные силы сдвига перфорируют и разрывают клеточные стенки растительного материала, а также проталкивают окружающий растворитель внутрь клетки и вытягивают его наружу. После процесса экстракции растворитель содержит целевые молекулы, которые затем можно отделить (например, центрифугированием). Ультразвуковая экстракция хорошо известна своей способностью обеспечивать высокий выход фитоэкстрактов с сохранением их целостности.

Ультразвуковая экстракция из клеток: микроскопический поперечный срез (TS) верхушечной части стебля мяты (Mentha piperita) показывает механизм действия при ультразвуковой экстракции из клеток (увеличение 2000x) [источник: Vilkhu et al. 2011]

Пиперин

Пиперин (1-piperyol-piperidine) – основное соединение, придающее перцу остроту (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Вкус и аромат перца, его острота и, следовательно, качество связаны с количеством пиперина. Этот показатель качества можно изменить посредством гидролиза пиперина, в результате которого расщепляется пиперидиновое кольцо.
Пиперин известен различными фармакологическими эффектами, например противогрибковым, противодиарейным, противовоспалительным действием, а также способностью ингибировать 5-lipoxygenase и cyclooxygenase-1. Кроме того, пиперин повышает биодоступность куркумина на 2000%. Поэтому пиперин – популярное вещество, используемое в составах пищевых добавок (например, BioPerine®).
Пиперин можно экстрагировать из Piper nigrum и Piper longum.
Пиперидин – циклический вторичный амин, молекулярная структура которого встречается во многих растительных алкалоидах. Пиперидин образуется в результате гидролиза пиперина. Пиперидин и его производные широко используются в качестве структурных блоков при синтезе фармацевтических препаратов и продуктов тонкого химического синтеза.

Перец

Piper nigrum, чёрный перец, – цветущая лиана семейства Piperaceae. Его выращивают ради плодов – горошин перца, которые обычно сушат и используют как пряность и приправу. Чёрные, зелёные и белые горошины перца получают из одного и того же растения чёрного перца. Различия в цвете обусловлены обработкой и подготовкой горошин перца. Чёрные горошины перца получают путём варки незрелых костянок в горячей воде с последующей сушкой. Для получения белого перца собирают полностью созревшие ягоды растения перца, затем удаляют тёмную кожицу спелых плодов путём вымачивания. Зелёные горошины перца получают из незрелых костянок, обрабатывая их диоксидом серы, консервируя или подвергая сублимационной сушке, чтобы сохранить зелёные пигменты.

Piper longum Linn, также известный как индийский длинный перец (пипли), – близкий родственник Piper nigrum , обладающий сходным, но более острым вкусом, чем Piper nigrum.
Плоды Piper longum содержат прибл. 1% летучих масел, смолу, алкалоиды пиперин и пиперлонгуминин, воскообразный алкалоид Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide и терпеноидное вещество. Пиперидиновый алкалоид пиперин отвечает за пряный, острый вкус ягод перца. Пиперлонгумин – фармакологически активное вещество, проявляющее активность против многих видов рака, включая рак предстательной железы, молочной железы, лёгких, толстой кишки, лимфому, лейкоз, первичные опухоли головного мозга и рак желудка.
Кроме того, в ягодах перца содержатся следующие количества минеральных веществ: 1230mg/100g кальция, 190mg/100g фосфора и 62,1mg/100g железа. Корни содержат пиперин, пиперлонгумин или пиплартин и дигидростигмастерол.