Ultrazvuková extrakcia antokyanov
Antokyány sú široko používané ako prírodné farbivo a výživová prísada v potravinárskych výrobkoch. Ultrazvuková extrakcia je vysoko účinná a jednoduchá technika na získanie vysokokvalitných antokyánov. Použitie sondových sonikátorov podporuje uvoľňovanie vysokokvalitných antokyánov z rastlín, čo vedie k vyšším výnosom a rýchlemu procesu. Sonikácia je zároveň mierna, zelená a účinná technika pre priemyselnú výrobu potravinárskych a farmaceutických antokyánov.
antokyány – Ako extrahovať vysokokvalitné antokyány pomocou sonikátora
Antokyány sú široko používané ako prírodné farbivá v potravinárskom priemysle. Majú široké spektrum farebných tónov, od oranžovej cez červenú až po fialovú a modrú, v závislosti od molekulárnej štruktúry a hodnoty pH. Záujem o antokyány nie je založený len na ich farbiacom účinku, ale aj na ich zdraviu prospešných vlastnostiach. Vzhľadom na rastúce obavy o životné prostredie a zdravie v súvislosti so syntetickými farbivami sú prírodné farbivá skvelou alternatívou ako ekologické farbivo pre potravinársky a farmaceutický priemysel.
Ultrazvukom vylepšená extrakcia antokyánov
- vyššie výnosy
- Rýchly proces extrakcie – v priebehu niekoľkých minút
- Vysoko kvalitné extrakty – mierna, netermická extrakcia
- Zelené rozpúšťadlá (voda, etanol, glycerín, veget. oleje atď.)
- Jednoduchá a bezpečná obsluha
- Nízke investičné a prevádzkové náklady
- Robustnosť a nízka údržba
- Zelená metóda šetrná k životnému prostrediu

Ultrazvuk UP400St na vysokorýchlostnú extrakciu rastlinných látok v dávkach.
Ako extrahovať antokyyány pomocou ultrazvuku? – Prípadové štúdie
Ultrazvuková extrakcia antokyanov z fialovej ryže Oryza Sativa L.
Fialová ryža kmeňa Oryza Sativa (tiež známa ako Violet Nori alebo fialová ryža) je mimoriadne bohatá na fenoly, ako je favonoidná skupina antokyánov. Turrini et al. (2018) použili ultrazvukovú extrakciu na izoláciu polyfenolov, ako sú antokyány a antioxidanty, z caryopsis (v celkovej, hnedej a predvarenej forme) a listov fialovej ryže. Ultrazvuková extrakcia bola vykonaná pomocou Hielschera UP200St (200 W, 26 kHz, Pic. vľavo) a etanol 60% ako rozpúšťadlo.
Aby sa zachovala integrita antokyanov, ultrazvukové extrakty sa skladovali pri teplote -20 °C, čo umožnilo ich skladovanie najmenej tri mesiace.
Kyanidín-3 glukozid (tiež známy ako chryzantémín) bol zďaleka hlavným zisteným antokyánom v kultivaroch "Violet Nori", "Artemide" a "Nerone" skúmaných v štúdii Turrini et al., zatiaľ čo peonidín-3-glukozid a kyanidín-3-rutinozid (tiež antirrinín) boli nájdené v nižších množstvách.
Fialové listy Oryza Sativa sú vynikajúcim zdrojom antokyánov a celkového obsahu fenolov (TPC). S množstvom približne 2–3-násobne vyšším ako v ryži a múke predstavujú listy Oryza lacnú surovinu na extrakciu antokyánov. Odhadovaný výnos približne 4 kg antokyánu/t čerstvých listov je výrazne vyšší ako výnos 1 kg antokyánu/t ryže, vypočítaný na základe stredných množstiev antokyánov zistených v ryži "Violet Nori" (1300 μg/g ryže vo forme kyanidín-3-glukozidu) pri výnose približne 68 kg ryže zo 100 kg nelúpanej ryže.

Nastavenie sonikácie s UIP1000hdT na extrakciu bioaktívnych zlúčenín z rastlinných látok v dávke. [Petigny et al. 2013]
Ultrazvuková extrakcia antokyánov z červenej kapusty
Ravanfar et al. (2015) skúmali účinnosť ultrazvukovej extrakcie antokyánov z červenej kapusty. Ultrazvukové extrakčné experimenty sa uskutočnili pomocou ultrazvukového systému UP100H (ultrazvuk Hielscher, 30 kHz, 100 W). Sonotróda MS10 (priemer hrotu 10 mm) bola vložená do stredu sklenenej kadičky s kontrolovanou teplotou.
Na tento experiment boli použité čerstvo nakrájané kúsky červenej kapusty s rozmerom 5 mm (kubický tvar) a vlhkosťou 92,11 ± 0,45 %. Sklenená kadička s plášťom (objem: 200 ml) bola naplnená 100 ml destilovanej vody a 2 g kúskov červenej kapusty. Kadička bola pokrytá hliníkovou fóliou, aby sa zabránilo strate rozpúšťadla (vody) odparovaním počas procesu. Vo všetkých experimentoch sa teplota v kadičke udržiavala pomocou termostatického regulátora. Vzorky sa nakoniec odobrali, prefiltrovali a odstredili pri 4000 ot./min a na stanovenie výťažku antokyánu sa použili supernatanty. Extrakcia vo vodnom kúpeli sa uskutočnila ako kontrolný experiment.
Optimálny výťažok antokyánu z červenej kapusty bol stanovený pri výkone 100 W, čase 30 minút a teplote 15 °C, čo malo za následok výťažok antokyánov asi 21 mg/l.
Vďaka svojim farebným zmenám hodnoty pH a intenzívnemu sfarbeniu sa farbivo z červenej kapusty používa ako indikátor pH vo farmaceutických prípravkoch alebo ako antioxidanty a farbivá v potravinárskych systémoch.

Ultrazvuk výrazne zintenzívňuje extrakciu antokyánov z rastlinného materiálu.
zdroj: Ravanfar et al. 2015
Ďalšie štúdie preukazujú úspešnú ultrazvukovú extrakciu antokyánov z čučoriedok, černíc, hrozna, čerešní, jahôd a fialových sladkých zemiakov.
Vysokovýkonné ultrazvukové odsávače
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na výrobu vysokovýkonných ultrazvukových procesorov na výrobu vysokokvalitných extraktov z rastlín.
Široké portfólio sonikátorov Hielscher siaha od malých, výkonných laboratórnych ultrazvukov až po robustné stolové a plne priemyselné systémy, ktoré poskytujú ultrazvuk s vysokou intenzitou pre účinnú extrakciu a izoláciu bioaktívnych látok (napr. antokyánov, gingerol, Piperín, Kurkumín atď.).
Všetky ultrazvukové prístroje od 200 W do 16 000 W sú vybavené farebným dotykovým displejom na digitálne ovládanie, integrovanou SD kartou na automatické zaznamenávanie údajov, diaľkovým ovládaním prehliadača a mnohými ďalšími užívateľsky prívetivými funkciami. Sonotródy a prietokové bunky (časti, ktoré sú v kontakte s médiom) sa dajú autoklávovať a ľahko sa čistia.
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú veľmi robustné a skonštruované na prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri plnom zaťažení, pričom vyžadujú nízku údržbu a ich prevádzka je jednoduchá a bezpečná. Digitálny farebný displej umožňuje užívateľsky prívetivé ovládanie ultrazvuku.
Naše systémy sú schopné dodávať od nízkych až po veľmi vysoké amplitúdy. Na extrakciu kanabinoidov a terpénov ponúkame špeciálne ultrazvukové sonotródy (známe aj ako ultrazvukové sondy alebo rohy), ktoré sú optimalizované pre rozumnú izoláciu vysokokvalitných účinných látok. Všetky naše systémy je možné použiť na extrakciu a následnú emulgáciu kanabinoidov. Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje nepretržitú prevádzku (24 hodín denne, 7 dní v týždni) pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Presná kontrola parametrov ultrazvukového procesu zaisťuje reprodukovateľnosť a štandardizáciu procesu.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
---|---|---|
1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Literatúra / Referencie
- 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Ako funguje extrakcia pomocou ultrazvuku?
Aplikácia intenzívnych ultrazvukových vĺn na kvapalné médium má za následok kavitáciu. Fenomén Kavitácie vedie lokálne k extrémnym teplotám, tlakom, rýchlosti ohrevu/chladenia, tlakovým rozdielom a vysokým šmykovým silám v médiu. Keď kavitačné bubliny implodujú na povrchu pevných látok (ako sú častice, rastlinné bunky, tkanivá atď.), mikroprúdy a interpartikulárna kolízia vytvárajú efekty, ako je povrchové odlupovanie, erózia a rozpad častíc. Okrem toho implózia kavitačných bublín v kvapalných médiách vytvára makroturbulencie a mikromiešanie.
Ultrazvuková iraditácia rastlinného materiálu fragmentuje matricu rastlinných buniek a zvyšuje ich hydratáciu. Chemat a kol. (2015) dospeli k záveru, že ultrazvuková extrakcia bioaktívnych zlúčenín z rastlín je výsledkom rôznych nezávislých alebo kombinovaných mechanizmov vrátane fragmentácie, erózie, kapilarity, detexturácie a sonoporácie. Tieto účinky narúšajú bunkovú stenu, zlepšujú prenos hmoty tlačením rozpúšťadla do bunky a odsávaním rozpúšťadla zaťaženého fytozlúčeninami a zabezpečujú pohyb kvapaliny mikromiešaním.
Ultrazvuková iraditácia rastlinného materiálu fragmentuje matricu rastlinných buniek a zvyšuje ich hydratáciu. Chemat et al. (2015) dospeli k záveru, že ultrazvuková extrakcia bioaktívnych zlúčenín z rastlín je výsledkom rôznych nezávislých alebo kombinovaných mechanizmov vrátane fragmentácie, erózie, kapilarity, detexturácie a sonoporácie. Tieto účinky narúšajú bunkovú stenu, zlepšujú prenos hmoty tlačením rozpúšťadla do bunky a odsávaním rozpúšťadla zaťaženého fytozlúčeninami a zabezpečujú pohyb kvapaliny mikromiešaním.
Ultrazvuková extrakcia dosahuje veľmi rýchlu izoláciu zlúčenín – prekonáva konvenčné extrakčné metódy v kratšom procesnom čase, vyššom výťažku a pri nižších teplotách. Ako mierne mechanické ošetrenie ultrazvukom asistovaná extrakcia zabraňuje tepelnej degradácii bioaktívnych zložiek a vyniká v porovnaní s inými technikami, ako je konvenčná extrakcia rozpúšťadlom, hydrodestilácia alebo Soxhletova extrakcia, o ktorých je známe, že ničia molekuly citlivé na teplo. Vďaka týmto výhodám je ultrazvuková extrakcia preferovanou technikou na uvoľňovanie bioaktívnych zlúčenín citlivých na teplotu z rastlín.

Ultrazvuková extrakcia z rastlinných buniek: mikroskopický priečny rez (TS) ukazuje mechanizmus účinku počas ultrazvukovej extrakcie z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
antokyány – Cenný rastlinný pigment
Antokyány sú vakuolárne rastlinné pigmenty, ktoré sa môžu javiť ako červené, fialové, modré alebo čierne. Farebný prejav vo vode rozpustných antokyanových pigmentov závisí od ich hodnoty pH. Antokyány sa nachádzajú v bunkovej vakuole, väčšinou v kvetoch a plodoch, ale aj v listoch, stonkách a koreňoch, kde sa nachádzajú väčšinou vo vonkajších bunkových vrstvách, ako je epidermis a periférne mezofylové bunky.
Najčastejšie sa v prírode vyskytujú glykozidy kyanidínu, delfinidínu, malvidínu, pelargonidínu, peonidínu a petunidínu.
Medzi významné príklady rastlín bohatých na antokyány patria druhy vakciní, ako sú čučoriedky, brusnice a čučoriedky; Bobule Rubus, vrátane čiernej maliny, červenej maliny a černíc; čierne ríbezle, čerešňa, baklažán, čierna ryža, ube, okinawské sladké zemiaky, hrozno Concord, hrozno muscadine, červená kapusta a okvetné lístky fialky. Broskyne a jablká s červenou dužinou obsahujú antokyány. Antokyány sú menej hojné v banánoch, špargľi, hrášku, feniklu, hruškách a zemiakoch a v niektorých kultivaroch zelených egrešov môžu úplne chýbať.
Antokyány sú skvelou alternatívou na nahradenie syntetických farbív v potravinárskych výrobkoch. Antokyány sú schválené na použitie ako potravinárske farbivá v Európskej únii, Austrálii a na Novom Zélande s kódom farbiva E163. Antokyány sa nachádzajú v ovocí a zelenine a možno ich opísať ako druh vo vode rozpustných rastlinných pigmentov. Chemicky sú antokyány glykozidy antokyanidínov založené na štruktúre 2-fenylbenzofyrylia (flavylium). Existuje viac ako 200 rôznych fytochemikálií, ktoré patria do kategórie antokyánov. Ako hlavný farebný pigment v lesnom ovocí a bobuliach existuje mnoho zdrojov, z ktorých je možné extrahovať antokyány. Významným zdrojom antokyánov je šupka hrozna. Antokyanové pigmenty v šupke hrozna pozostávajú hlavne z diglukozidov, monoglukozidov, acylovaných monoglukozidov, ako aj acylovaných diglukozidov peonidínu, malvidínu, kyanidínu, petunidiínu a delfinidínu. Obsah antokyanov v hrozne sa pohybuje od 30 do 750 mg/100 g.
Najvýznamnejšie antokyány sú kyanidín, delfinidín, pelargonidín, peonidín, malvidín a petunidín.
Napríklad antokyány peonidín-3-kofeoyl-p-hydroxybenzoylsoforozid-5-glukozid, peonidín-3- (6"-kofeoyl-6'''-feruloylsoforozid)-5-glukozid a kyanidín-3-kafeoyl-p-hydroxybenzoylsoforozid-5-glukozid sa nachádzajú vo fialových sladkých zemiakoch.
antokyány – Zdravotné výhody
Okrem svojej skvelej schopnosti fungovať ako prírodné potravinárske farbivo sú antokyány vysoko cenené pre svoje antioxidačné účinky. Preto antokyány vykazujú mnoho pozitívnych účinkov na zdravie. Výskum ukázal, že antokyány môžu inhibovať poškodenie DNA v rakovinových bunkách, inhibovať tráviace enzýmy, indukovať produkciu inzulínu v izolovaných bunkách pankreasu, znižovať zápalové reakcie, chrániť pred poklesom funkcie mozgu súvisiacim s vekom, zlepšovať tesnosť kapilárnych ciev a predchádzať agregácii trombocytov.

Vysokovýkonné ultrazvukové procesory od laboratórium pilotovať a Priemyselná mierka.