Ultrazvočna ekstrakcija piperina iz popra

• Piperin je bioaktivna snov, ki jo najdemo v poprovih zrnih in je cenjena zaradi svojih farmakoloških lastnosti.
• Ultrazvočna ekstrakcija je učinkovita, preprosta in hitra tehnika za izolacijo visokokakovostnega piperina.
• Ultrazvočna ekstrakcija je zanesljiva in preizkušena metoda, ki se že široko uporablja v farmacevtski in živilski industriji.

Ekstrakcija piperina z visokozmogljivim ultrazvokom

Piperin je cenjena bioaktivna spojina, znana po svojem potencialu za povečanje absorpcije kurkumina, selena, vitamina B12, beta-karotena in drugih spojin. Zato se farmacevtska industrija in industrija prehranskih izdelkov močno zanimata za hitro in preprosto ekstrakcijo visokokakovostnega piperina.
Konvencionalna ekstrakcija piperina in piperidina poteka z dolgotrajno ekstrakcijo s topilom, pri kateri se uporablja strupeni DMC (diklorometan). Ultrazvočna ekstrakcija presega konvencionalno ekstrakcijo s topilom zaradi večjih izkoristkov, uporabe nestrupenih topil (npr. etanola) in hitrega postopka ekstrakcije. Visokozmogljivi ultrazvok ustvarja kavitacijo v tekočinah. Akustična oziroma ultrazvočna kavitacija lokalno ustvarja ekstremne razmere, kot so izjemno velike temperaturne in tlačne razlike, tekočinski curki in strižne sile. Te ultrazvočne sile porušijo celične stene in povečajo prenos snovi med notranjostjo celic in okoliškim topilom, tako da se bioaktivne snovi sprostijo. Ultrazvočna ekstrakcija je preizkušena tehnika za izolacijo ciljnih spojin, kot je piperin, iz mletega popra (piper nigrum, piper longum).

Optimalni pogoji ekstrakcije s sonikacijo

Ena najpomembnejših prednosti ultrazvočne izolacije je natančen nadzor vseh procesnih parametrov. Ultrazvočno intenzivnost (amplitudo, moč, obratovalni cikel), čas ekstrakcije, topilo, razmerje med trdno snovjo in topilom ter temperaturo je mogoče prilagoditi optimalnim pogojem, da se doseže največji izkoristek visokokakovostnega piperina.

Primer protokola za ultrazvočno ekstrakcijo piperina

Pri postavitvi v čaši v majhnem merilu se največji izkoristek piperina (5,8 mg/g) iz zmlete rastline Piper longum doseže pri optimiziranih pogojih ultrazvočne ekstrakcije, za katere je bilo ugotovljeno, da so naslednji:
Sonikator UP200St ali UP200Ht (200W, 26kHz)
ultrazvočni parametri: 100% amplituda, 80% obratovalni cikel
čas sonikacije: približno 18 min.
topilo: etanol
razmerje med trdno snovjo in topilom: 1:10
temperatura: 50°C

Vrhunski rezultati

Ultrazvočna ekstrakcija ima pomembne prednosti pred tradicionalno šaržno ekstrakcijo in ekstrakcijo s topilom. Rathod (2014) kaže, da se čas ekstrakcije z 8h pri šaržni ekstrakciji s topilom in 4h pri Soxhletovi ekstrakciji skrajša na 18 min. pri ultrazvočni ekstrakciji. Poleg tega ultrazvočna ekstrakcija omogoča večji izkoristek ekstrakcije piperina. Ugotovljena izkoristka ekstrakcije piperina s Soxhletovo ekstrakcijo in šaržno ekstrakcijo sta bila 1,67 mg/g oziroma 0,98 mg/g, kar je bilo precej manj od ultrazvočno doseženega izkoristka 5,8mg/g. Rathod (2014) zaključuje, da ekstrakcija naravnih rastlinskih sestavin, kot je piperin, s pomočjo ultrazvoka v primerjavi s tradicionalnimi metodami zmanjšuje težave zaradi slabe ekstraktibilnosti in dolgih časov ekstrakcije.

Ultrazvok se uspešno uporablja tudi za ekstrakcijo eteričnih olj iz črnega popra. Kliknite tukaj in izvedite več o ultrazvočni hidrodestilaciji eteričnih olj!

Poiščite najboljši sonikator za ekstrakcijo piperina

Hielscher Ultrasonics je proizvajalec visokozmogljivih ultrazvočnih ekstrakcijskih sistemov z dolgoletnimi izkušnjami. Naš nabor izdelkov sega od majhnih, zmogljivih laboratorijskih ultrazvočnih naprav do robustnih namiznih in industrijskih sistemov, ki zagotavljajo ultrazvok visoke intenzivnosti za učinkovito ekstrakcijo in izolacijo bioaktivnih snovi (npr. piperina, kurkumina itd.).
Vse ultrazvočne naprave od 200W do 16.000W imajo barvni zaslon za digitalno upravljanje, vgrajeno kartico SD za samodejno beleženje podatkov, daljinsko upravljanje prek brskalnika in številne druge uporabniku prijazne funkcije. Sonotrode in pretočne celice (dele, ki so v stiku z medijem) je mogoče avtoklavirati in jih je preprosto očistiti.
Vse naše ultrazvočne naprave so zasnovane za delovanje 24/7, zahtevajo malo vzdrževanja ter omogočajo preprosto in varno uporabo.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:

Literatura/viri

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioksidativni in antiglikacijski potencial zelenega popra (Piper nigrum): optimizacija ekstrakcije na osnovi β-ciklodekstrina z metodologijo odzivnih površin. Food Chemistry, zvezek 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ekstrakcija piperina iz belega popra s pomočjo ultrazvoka na osnovi ionskih tekočin. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Ekstrakcija piperina iz rastline Piper longum z uporabo ultrazvoka. 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): Optimizacija ekstrakcije fenolnih spojin iz žižole (Ziziphus Jujube) z metodo ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Ekstrakcija in karakterizacija beljakovin iz cveta bananovca (Musa Sapientum L) ter vrednotenje protimikrobnega delovanja. 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): Optimizacija parametrov ekstrakcije epigalokatehin galata iz zelenega čaja s konvencionalnimi metodami z vročo vodo in metodami s pomočjo ultrazvoka. Predelava hrane in bioproizvodov 111 (2018). 37–44.

Koristna dejstva

Ultrazvočna ekstrakcija

Ultrazvočna ekstrakcija bioaktivnih snovi iz rastlinskega materiala temelji na načelu akustične kavitacije. Akustična kavitacija nastane, ko se ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti (npr. z visokimi amplitudami 100µm, ki jih ustvarja ultrazvok s frekvenco 20–26kHz) sklopijo v tekočino. Kavitacijske strižne sile preluknjajo in porušijo celične stene rastlinskega materiala ter potiskajo in vlečejo okoliško topilo v notranjost celic in iz nje. Po postopku ekstrakcije topilo vsebuje ciljne molekule, ki jih je nato mogoče ločiti (npr. s centrifugiranjem). Ultrazvočna ekstrakcija je dobro znana po velikih izkoristkih nepoškodovanih rastlinskih izvlečkov.

Ultrazvočna ekstrakcija iz celic: mikroskopski prečni prerez (TS) vršnega dela stebla mete (Mentha piperita) prikazuje mehanizem delovanja med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x) [vir: Vilkhu et al. 2011]

Piperin

Piperin (1-piperyol-piperidine) je glavna spojina, ki daje popru pekoč okus (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Okus popra, njegova pekočnost in s tem njegova kakovost so povezani s količino piperina. To lastnost kakovosti je mogoče spremeniti s hidrolizo piperina, pri kateri se razcepi piperidinski obroč.
Piperin je znan po različnih farmakoloških učinkih, npr. protiglivičnem, protidriskavem in protivnetnem delovanju ter zaviranju 5-lipoksigenaze in ciklooksigenaze-1. Poleg tega piperin poveča biološko uporabnost kurkumina za 2000%. Zato je piperin priljubljena snov, ki se uporablja v formulacijah prehranskih dopolnil (npr. BioPerine®).
Piperin je mogoče ekstrahirati iz rastlin Piper nigrum in Piper longum.
Piperidin je ciklični sekundarni amin, katerega molekulsko strukturo najdemo v številnih rastlinskih alkaloidih. Piperidin nastane s hidrolizo piperina. Piperidin in njegovi derivati so vsesplošno prisotni gradniki pri sintezi farmacevtskih učinkovin in finih kemikalij.

Poper

Piper nigrum, črni poper, je cvetoča vzpenjavka iz družine Piperaceae. Goji se zaradi svojih plodov, poprovih zrn, ki se običajno posušijo in uporabljajo kot začimba in začimbni dodatek. Črna, zelena in bela poprova zrna se vsa pridobivajo iz rastline črnega popra. Različne barve so posledica obdelave in priprave poprovih zrn. Črna poprova zrna se pridobivajo s kuhanjem nezrelih koščičastih plodov v vroči vodi in njihovim naknadnim sušenjem. Beli poper se pobira v obliki povsem zrelih jagod rastline popra; nato se odstrani temna lupina zrelih plodov (z namakanjem). Zelena poprova zrna se pridobivajo iz nezrelih koščičastih plodov z obdelavo z žveplovim dioksidom, konzerviranjem ali liofilizacijo, da se ohranijo njihova zelena barvila.

Piper longum Linn, znan tudi kot indijski dolgi poper (pipli), je bližnji sorodnik vrste Piper nigrum in ima podoben, vendar bolj pekoč okus kot Piper nigrum.
Plodovi rastline Piper longum vsebujejo približno 1% hlapnih olj, smolo, alkaloida piperin in piperlonguminin, voskast alkaloid Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide ter terpenoidno snov. Piperidinski alkaloid piperin je odgovoren za začinjen, pekoč okus poprovih jagod. Piperlongumin je farmakološko aktivna snov, ki kaže delovanje proti številnim vrstam raka, vključno z rakom prostate, dojke, pljuč in debelega črevesa, limfomom, levkemijo, primarnimi možganskimi tumorji ter rakom želodca.
Poleg tega so v poprovih jagodah naslednje količine mineralov: 1230mg/100g kalcija, 190mg/100g fosforja in 62,1mg/100g železa. Korenine vsebujejo piperin, piperlongumin ali piplartin ter dihidrostigmasterol.