Ultrazvuková extrakcia piperínu z korenia

• Piperín je bioaktívna látka, ktorá sa nachádza v zrnkách korenia a je cenená pre svoje farmakologické vlastnosti.
• Ultrazvuková extrakcia je účinná, jednoduchá a rýchla technika na izoláciu vysokokvalitného piperínu.
• Ultrazvuková extrakcia je spoľahlivá a osvedčená metóda, ktorá sa už široko používa vo farmaceutickom a potravinárskom priemysle.

Extrakcia piperínu vysokovýkonným ultrazvukom

Piperín je cenená bioaktívna zlúčenina známa svojím potenciálom zvyšovať vstrebávanie kurkumínu, selénu, vitamínu B12, betakaroténu a ďalších zlúčenín. Farmaceutický priemysel a priemysel výživy preto prejavujú veľký záujem o rýchlu a jednoduchú extrakciu vysokokvalitného piperínu.
Konvenčná extrakcia piperínu a piperidínu sa vykonáva časovo náročnou extrakciou rozpúšťadlom s použitím toxického DMC (dichlórmetánu). Ultrazvuková extrakcia prekonáva konvenčnú extrakciu rozpúšťadlom vyššími výťažkami, použitím netoxických rozpúšťadiel (napr. etanolu) a rýchlym procesom extrakcie. Vysokovýkonný ultrazvuk vytvára v kvapalinách kavitáciu. Akustická alebo ultrazvuková kavitácia vytvára lokálne extrémne podmienky, ako sú mimoriadne vysoké teplotné a tlakové rozdiely, prúdy kvapaliny a šmykové sily. Tieto ultrazvukové sily narúšajú bunkové steny a zvyšujú prenos hmoty medzi vnútrom buniek a okolitým rozpúšťadlom, čím sa uvoľňujú bioaktívne látky. Ultrazvuková extrakcia je osvedčená technika na izoláciu cieľových zlúčenín, ako je piperín, z mletého korenia (piper nigrum, piper longum).

Optimálne podmienky extrakcie pomocou sonikácie

Jednou z najdôležitejších výhod ultrazvukovej izolácie je presné riadenie všetkých procesných parametrov. Intenzitu ultrazvuku (amplitúdu, výkon, pracovný cyklus), čas extrakcie, rozpúšťadlo, pomer tuhej látky k rozpúšťadlu a teplotu možno nastaviť na optimálne podmienky tak, aby sa dosiahol najvyšší výťažok vysokokvalitného piperínu.

Príklad protokolu ultrazvukovej extrakcie piperínu

V malom experimentálnom usporiadaní s kadičkou sa maximálny výťažok piperínu (5,8 mg/g) z pomletého Piper longum dosahuje pri optimalizovaných podmienkach ultrazvukovej extrakcie, ktoré boli stanovené takto:
Sonikátor UP200St alebo UP200Ht (200W, 26kHz)
parametre ultrazvuku: 100% amplitúda, 80% pracovný cyklus
čas sonikácie: približne 18 min.
rozpúšťadlo: etanol
pomer tuhej látky k rozpúšťadlu: 1:10
teplota: 50°C

Lepšie výsledky

Ultrazvuková extrakcia má významné výhody oproti tradičnej vsádzkovej extrakcii a extrakcii rozpúšťadlom. Rathod (2014) ukazuje, že čas extrakcie sa skracuje z 8h pri vsádzkovej extrakcii rozpúšťadlom a 4h pri Soxhletovej extrakcii na 18 min. pri ultrazvukovej extrakcii. Ultrazvuková extrakcia navyše poskytuje vyšší extrakčný výťažok piperínu. Zistilo sa, že extrakčné výťažky piperínu získané Soxhletovou extrakciou a metódami vsádzkovej extrakcie boli 1,67 mg/g a 0,98 mg/g, čo bolo oveľa menej než výťažok 5,8mg/g získaný ultrazvukom. Rathod (2014) dospel k záveru, že extrakcia prírodných rastlinných zložiek, ako je piperín, podporovaná ultrazvukom zmierňuje v porovnaní s tradičnými metódami problém nízkej extrahovateľnosti a dlhých časov extrakcie.

Ultrazvuk sa úspešne používa aj na extrakciu éterických olejov z čierneho korenia. Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovej hydrodestilácii éterických olejov!

Nájdite najlepší sonikátor na extrakciu piperínu

Hielscher Ultrasonics je výrobca vysokovýkonných ultrazvukových extrakčných systémov s dlhoročnými skúsenosťami. Naše produktové portfólio siaha od malých, výkonných laboratórnych ultrazvukových prístrojov až po robustné stolové a priemyselné systémy, ktoré poskytujú ultrazvuk s vysokou intenzitou na účinnú extrakciu a izoláciu bioaktívnych látok (napr. piperín, kurkumín atď.).
Všetky ultrazvukové zariadenia od 200W do 16 000W sú vybavené farebným displejom na digitálne ovládanie, integrovanou kartou SD na automatické zaznamenávanie údajov, diaľkovým ovládaním cez prehliadač a mnohými ďalšími používateľsky prívetivými funkciami. Sonotródy a prietokové cely (časti, ktoré prichádzajú do styku s médiom) možno sterilizovať v autokláve a ľahko sa čistia.
Všetky naše ultrazvukové zariadenia sú skonštruované na prevádzku 24/7, vyžadujú si minimálnu údržbu a ich obsluha je jednoduchá a bezpečná.

Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení:

Literatúra/referencie

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioxidačný a antiglykačný potenciál zeleného korenia (Piper nigrum): Optimalizácia extrakcie na báze β-cyklodextrínu pomocou metodiky odozvových plôch. Food Chemistry, zväzok 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultrazvukom asistovaná extrakcia piperínu z bieleho korenia na báze iónovej kvapaliny. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extrakcia piperínu z Piper longum pomocou ultrazvuku. Industrial Crops and Products, zv. 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimalizujte extrakciu fenolových zlúčenín z jujuby (Ziziphus Jujube) pomocou metódy ultrazvukom asistovanej extrakcie.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extrakcia a charakterizácia bielkovín z kvetu banánovníka (Musa Sapientum L) a vyhodnotenie antimikrobiálnych aktivít. 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): Optimalizácia parametrov extrakcie epigalokatechín galátu zo zeleného čaju pomocou konvenčných metód s horúcou vodou a metód s podporou ultrazvuku. Spracovanie potravín a bioproduktov 111 (2018). 37–44.

Užitočné informácie

Ultrazvuková extrakcia

Ultrazvuková extrakcia bioaktívnych látok z rastlinných materiálov je založená na princípe akustickej kavitácie. Akustická kavitácia vzniká pri prenose ultrazvukových vĺn s veľmi vysokou intenzitou (napr. s vysokými amplitúdami 100µm, generovanými ultrazvukom s frekvenciou 20–26kHz) do kvapaliny. Kavitačné šmykové sily perforujú a narúšajú bunkové steny rastlinného materiálu a vtláčajú okolité rozpúšťadlo do vnútra buniek a vyťahujú ho von. Po extrakčnom procese rozpúšťadlo obsahuje cieľové molekuly, ktoré možno následne oddeliť (napr. centrifugáciou). Ultrazvuková extrakcia je známa tým, že poskytuje vysoké výťažky neporušených rastlinných extraktov.

Ultrazvuková extrakcia z buniek: mikroskopický priečny rez (TS) vrcholovej časti stonky mäty (Mentha piperita) ukazuje mechanizmus pôsobenia pri ultrazvukovej extrakcii z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]

Piperín

Piperín (1-piperyol-piperidine) je hlavnou štipľavou zlúčeninou korenia (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Chuť korenia, jeho štipľavosť, a teda aj jeho kvalita, korelujú s množstvom piperínu. Tento kvalitatívny znak možno zmeniť hydrolýzou piperínu, pri ktorej sa štiepi piperidínový kruh.
Piperín je známy rôznymi farmakologickými účinkami, napr. protiplesňovými, protihnačkovými a protizápalovými účinkami a inhibičnou aktivitou voči 5-lipoxygenáze a cyklooxygenáze-1. Piperín navyše zvyšuje biologickú dostupnosť kurkumínu o 2000%. Preto je piperín obľúbenou látkou používanou v prípravkoch výživových doplnkov (napr. BioPerine®).
Piperín možno extrahovať z Piper nigrum a Piper longum.
Piperidín je cyklický sekundárny amín, ktorého molekulová štruktúra sa vyskytuje v mnohých rastlinných alkaloidoch. Piperidín vzniká hydrolýzou piperínu. Piperidín a jeho deriváty sú široko rozšírenými stavebnými jednotkami pri syntéze liečiv a jemných chemikálií.

Piepor

Piper nigrum, piepor čierny, je kvitnúca popínavá rastlina z čeľade Piperaceae. Pestuje sa pre svoje plody, ktoré sa zvyčajne sušia a používajú ako korenie a dochucovadlo. Zrnká čierneho, zeleného aj bieleho korenia sa získavajú z piepra čierneho. Rozdielne farby sú výsledkom spracovania a prípravy zrniek korenia. Zrnká čierneho korenia sa získavajú varením nezrelých kôstkovíc v horúcej vode a ich následným sušením. Biele korenie sa zberá vo forme úplne zrelých bobúľ piepra; potom sa tmavá šupka zrelých plodov odstráni máčaním. Zrnká zeleného korenia sa vyrábajú z nezrelých kôstkovíc ošetrením oxidom siričitým, konzervovaním alebo lyofilizáciou, aby sa zachovali ich zelené farbivá.

Piper longum Linn, známy aj ako indický dlhý piepor (pipli), je blízko príbuzný druhu Piper nigrum a má podobnú, ale štipľavejšiu chuť ako Piper nigrum.
Plody druhu Piper longum obsahujú približne 1% prchavých olejov, živicu, alkaloidy piperín a piperlonguminín, voskovitý alkaloid Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide a terpenoidnú látku. Piperidínový alkaloid piperín je zodpovedný za korenistú, štipľavú chuť bobúľ piepra. Piperlongumín je farmakologicky účinná látka, ktorá vykazuje aktivitu proti mnohým nádorovým ochoreniam vrátane rakoviny prostaty, prsníka, pľúc, hrubého čreva, lymfómu, leukémie, primárnych nádorov mozgu a rakoviny žalúdka.
Okrem toho sa v bobuliach piepra nachádzajú tieto množstvá minerálnych látok: 1230mg/100g vápnika, 190mg/100g fosforu a 62,1mg/100g železa. Korene obsahujú piperín, piperlongumín alebo piplartín a dihydrostigmasterol.