Ekstraktimi i antocianinave me ultratinguj

Antocianinat përdoren gjerësisht si ngjyrues natyrorë dhe shtesa ushqyese në produktet ushqimore. Ekstraktimi me ultratinguj është një teknikë shumë efikase dhe e thjeshtë për të përftuar antocianina me cilësi të lartë. Përdorimi i sonikatorëve me sondë nxit çlirimin e antocianinave me cilësi të lartë nga bimët, duke sjellë rendimente më të larta dhe një proces të shpejtë. Njëkohësisht, sonikimi është një teknikë e butë, ekologjike dhe efikase për prodhimin industrial të antocianinave të cilësisë ushqimore dhe farmaceutike.

Antocianinat – Si të ekstraktoni antocianina me cilësi të lartë duke përdorur një sonikator

Antocianinat përdoren gjerësisht si ngjyrues natyrorë në industrinë ushqimore. Ato kanë një spektër të gjerë nuancash, nga portokallia përmes së kuqes deri te vjollca dhe bluja, në varësi të strukturës molekulare dhe vlerës së pH-së. Interesi për antocianinat mbështetet jo vetëm në efektin e tyre ngjyrues, por edhe në vetitë e tyre të dobishme për shëndetin. Për shkak të shqetësimeve në rritje për mjedisin dhe shëndetin lidhur me ngjyruesit sintetikë, ngjyruesit natyrorë janë një alternativë shumë e mirë si ngjyrues miqësorë me mjedisin për industrinë ushqimore dhe farmaceutike.

Ekstraktimi i antocianinave i përmirësuar me ultratinguj

Si të ekstraktoni antocianinat me ultratinguj? – Studime rastesh

Ekstraktimi me ultratinguj i antocianinave nga orizi vjollcë Oryza Sativa L.

Orizi vjollcë i linjës Oryza Sativa (i njohur edhe si Violet Nori ose oriz vjollcë) është jashtëzakonisht i pasur me përbërje fenolike, si grupi flavonoid i antocianinave. Turrini et al. (2018) përdorën ekstraktimin me ultratinguj për të izoluar përbërje polifenolike, si antocianinat dhe antioksidantët, nga kariopsi (në formë të plotë, kafe dhe të parazier) dhe gjethet e orizit vjollcë. Ekstraktimi me ultratinguj u krye duke përdorur një Hielscher UP200St (200W, 26kHz, fig. majtas) dhe etanol 60% si tretës.
Për të ruajtur integritetin e antocianinave, ekstraktet e përftuara me ultratinguj u ruajtën në −20°C, gjë që mundësoi ruajtjen e tyre për të paktën deri në tre muaj.
Cianidin-3-glukozidi (i njohur edhe si krizanteminë) ishte, me një diferencë të madhe, antocianina kryesore e zbuluar në kultivarët ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ dhe ‘Nerone’, të shqyrtuar në studimin e Turrini et al., ndërsa peonidin-3-glukozidi dhe cianidin-3-rutinozidi (i njohur edhe si antirininë) u gjetën në sasi më të ulëta.
Gjethet vjollcë të Oryza Sativa janë një burim i shkëlqyer antocianinash dhe përmbajtjeje totale fenolike (TPC). Me një sasi afërsisht 2–3 herë më të lartë se ajo në oriz dhe miell, gjethet e Oryza përbëjnë një lëndë të parë me kosto të ulët për ekstraktimin e antocianinave. Një rendiment i vlerësuar prej rreth 4 kg antocianina/t gjethe të freskëta është dukshëm më i lartë se ai prej 1 kg antocianina/t oriz, i llogaritur mbi bazën e sasive mesatare të antocianinave të zbuluara në orizin ‘Violet Nori’ (1300 µg/g oriz, si cianidin-3-glukozid), për një rendiment prej rreth 68 kg oriz nga 100 kg oriz me lëvore.

Ekstraktimi me ultratinguj i antocianinave nga lakra e kuqe

Ravanfar et al. (2015) kanë hulumtuar efikasitetin e ekstraktimit me ultratinguj të antocianinave nga lakra e kuqe. Eksperimentet e ekstraktimit me ultratinguj u kryen duke përdorur sistemin me ultratinguj UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). Sonotroda MS10 (diametri i majës 10mm) u fut në qendër të një gote laboratorike prej qelqi me këmishë dhe temperaturë të kontrolluar.

Për këtë eksperiment u përdorën copa lakre të kuqe të sapoprera me përmasa 5mm (formë kubike) dhe përmbajtje lagështie 92,11 ± 0,45 %. Një gotë kimike prej qelqi me këmishë termike (vëllimi: 200ml) u mbush me 100ml ujë të distiluar dhe 2g copa lakre të kuqe. Gota u mbulua me fletë alumini për të parandaluar humbjen e tretësit (ujit) nga avullimi gjatë procesit. Në të gjitha eksperimentet, temperatura në gotë u mbajt duke përdorur një kontrollues termostatik. Në fund, mostrat u mblodhën, u filtruan dhe u centrifuguan në 4000rpm, ndërsa supernatantet u përdorën për të përcaktuar rendimentin e antocianinave. Ekstraktimi në banjë uji u krye si eksperiment kontrolli.
Rendimenti optimal i antocianinave nga lakra e kuqe u përcaktua në fuqinë 100 W, kohën 30 min dhe temperaturën 15°C, duke dhënë një rendiment antocianinash prej rreth 21 mg/L.
Për shkak të ndryshimeve të ngjyrës në varësi të vlerës së pH-së dhe aftësisë së saj të fortë ngjyruese, lënda ngjyruese e lakrës së kuqe është përdorur përkatësisht si tregues i pH-së në formulime farmaceutike ose si antioksidant dhe ngjyrues në sisteme ushqimore.

Ultratingujt e intensifikojnë ndjeshëm ekstraktimin e antocianinave nga materiali bimor.
burimi: Ravanfar et al. 2015

 
Studime të tjera dëshmojnë ekstraktimin e suksesshëm me ultratinguj të antocianinave nga boronicat, manaferrat, rrushi, qershitë, luleshtrydhet dhe patatet e ëmbla vjollcë, ndër të tjera.

Ekstraktorë me ultratinguj me performancë të lartë

Hielscher Ultrasonics është e specializuar në prodhimin e procesorëve me ultratinguj me performancë të lartë për prodhimin e ekstrakteve me cilësi të lartë nga lëndët bimore.
Gama e gjerë e sonikatorëve Hielscher shtrihet nga ultrasonikatorët laboratorikë të vegjël e të fuqishëm deri te sistemet e qëndrueshme për tavolinë laboratori dhe sistemet plotësisht industriale, të cilat japin ultratinguj me intensitet të lartë për ekstraktimin dhe izolimin efikas të substancave bioaktive (p.sh. antocianinave, gingerolit, piperinës, kurkuminës etj.).
Të gjithë ultrasonikatorët nga 200W deri në 16 000W kanë një ekran me ngjyra me prekje për kontroll digjital, një kartë SD të integruar për regjistrimin automatik të të dhënave, kontroll në distancë përmes shfletuesit dhe shumë veçori të tjera që lehtësojnë përdorimin. Sonotrodat dhe qelizat e rrjedhjes (pjesët që janë në kontakt me mjedisin) mund të sterilizohen në autoklavë dhe pastrohen lehtë.
Sonikatorët Hielscher janë shumë të qëndrueshëm dhe të ndërtuar për funksionim 24/7 me ngarkesë të plotë, ndërkohë që kërkojnë pak mirëmbajtje dhe përdoren lehtë e në mënyrë të sigurt. Një ekran digjital me ngjyra mundëson kontroll të lehtë të ultrasonikatorit nga përdoruesi.
Sistemet tona janë në gjendje të japin amplituda nga të ulëta deri në shumë të larta. Për ekstraktimin e kanabinoideve dhe terpeneve, ne ofrojmë sonotroda të posaçme me ultratinguj (të njohura edhe si sonda ose brirë ultrasonikë), të optimizuara për izolimin e kujdesshëm të substancave aktive me cilësi të lartë. Të gjitha sistemet tona mund të përdoren për ekstraktimin dhe emulsifikimin e mëpasshëm të kanabinoideve. Qëndrueshmëria e sonikatorëve Hielscher mundëson funksionim të vazhdueshëm (24/7) nën ngarkesë të rëndë dhe në mjedise me kërkesa të larta.

Kontrolli i saktë i parametrave të procesit me ultratinguj siguron riprodhueshmërinë dhe standardizimin e procesit.
 

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të ultrasonikatorëve tanë:

Literatura / Referencat

• 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.

Fakte që ia vlen të dini

Si funksionon ekstraktimi i asistuar nga ultratingujt?

Zbatimi i valëve intensive të ultratingujve në një mjedis të lëngshëm shkakton kavitacion. Dukuria e kavitacionit shkakton lokalisht temperatura, presione, shpejtësi ngrohjeje/ftohjeje dhe diferenca presioni ekstreme, si dhe forca të larta prerëse në mjedis. Kur flluskat e kavitacionit implodojnë në sipërfaqen e trupave të ngurtë (si grimcat, qelizat bimore, indet etj.), mikrojetet dhe përplasjet ndërmjet grimcave krijojnë efekte si zhveshja e sipërfaqes, erozioni dhe copëtimi i grimcave. Gjithashtu, implozioni i flluskave të kavitacionit në mjedise të lëngshme krijon makroturbulenca dhe mikropërzierje.
Rrezatimi i materialit bimor me ultratinguj copëton matricën e qelizave bimore dhe përmirëson hidratimin e tyre. Chemat et al (2015) arrijnë në përfundimin se ekstraktimi me ultratinguj i përbërjeve bioaktive nga materialet bimore është rezultat i mekanizmave të ndryshëm të pavarur ose të kombinuar, përfshirë fragmentimin, erozionin, kapilaritetin, çstrukturimin dhe sonoporacionin. Këto efekte çajnë murin qelizor, përmirësojnë transferimin e masës duke shtyrë tretësin brenda qelizës dhe duke thithur jashtë tretësin e ngarkuar me përbërje bimore, si dhe sigurojnë lëvizjen e lëngut përmes mikropërzierjes.

Ekstraktimi me ultratinguj bazohet në kavitacionin akustik dhe forcat e tij prerëse hidrodinamike

Rrezatimi i materialit bimor me ultratinguj copëton matricën e qelizave bimore dhe përmirëson hidratimin e tyre. Chemat et al. (2015) arrijnë në përfundimin se ekstraktimi me ultratinguj i përbërjeve bioaktive nga materialet bimore është rezultat i mekanizmave të ndryshëm të pavarur ose të kombinuar, përfshirë fragmentimin, erozionin, kapilaritetin, çstrukturimin dhe sonoporacionin. Këto efekte çajnë murin qelizor, përmirësojnë transferimin e masës duke shtyrë tretësin brenda qelizës dhe duke thithur jashtë tretësin e ngarkuar me përbërje bimore, si dhe sigurojnë lëvizjen e lëngut përmes mikropërzierjes.
Ekstraktimi me ultratinguj mundëson izolimin shumë të shpejtë të përbërjeve – duke tejkaluar metodat konvencionale të ekstraktimit për sa i përket kohës më të shkurtër të procesit, rendimentit më të lartë dhe temperaturave më të ulëta. Si trajtim mekanik i butë, ekstraktimi i asistuar me ultratinguj shmang degradimin termik të përbërësve bioaktivë dhe jep rezultate më të mira krahasuar me teknika të tjera, si ekstraktimi konvencional me tretës, hidrodistilimi ose ekstraktimi Soxhlet, të cilat njihen për shkatërrimin e molekulave të ndjeshme ndaj nxehtësisë. Falë këtyre përparësive, ekstraktimi me ultratinguj është teknika e preferuar për çlirimin e përbërjeve bioaktive të ndjeshme ndaj temperaturës nga materialet bimore.

Ekstraktimi me ultratinguj nga qelizat bimore: prerja tërthore mikroskopike (TS) tregon mekanizmin e veprimit gjatë ekstraktimit me ultratinguj nga qelizat (zmadhimi 2000x) [burimi: Vilkhu et al. 2011]

Antocianina – Një pigment bimor i vlefshëm

Antocianinat janë pigmente bimore vakuolare, të cilat mund të shfaqen me ngjyrë të kuqe, vjollcë, blu ose të zezë. Shfaqja e ngjyrës së pigmenteve antocianike të tretshme në ujë varet nga vlera e tyre e pH-së. Antocianinat gjenden në vakuolën qelizore, kryesisht në lule dhe fruta, por edhe në gjethe, kërcell dhe rrënjë, ku gjenden kryesisht në shtresat e jashtme qelizore, si epiderma dhe qelizat periferike të mezofilit.
Në natyrë hasen më shpesh glikozidet e cianidinës, delfinidinës, malvidinës, pelargonidinës, peonidinës dhe petunidinës.
Shembuj të spikatur të bimëve të pasura me antocianina përfshijnë llojet e gjinisë vaccinium, si boronica blu, boronica e kuqe dhe boronica e egër; frutat e gjinisë Rubus, përfshirë mjedrën e zezë, mjedrën e kuqe dhe manaferrën; rrushin pa fara të zi, qershinë, patëllxhanin, orizin e zi, ube, pataten e ëmbël të Okinavës, rrushin Concord, rrushin muscadine, lakrën e kuqe dhe petalet e manushaqes. Pjeshkët dhe mollët me tul të kuq përmbajnë antocianina. Antocianinat janë më pak të bollshme te banania, shpargu, bizelet, kopra e ëmbël, dardha dhe patatja, dhe mund të mungojnë plotësisht në disa kultivarë të rrushit të gjelbër të frëngut.

Struktura e antocianinave kryesore

Antocianinat janë një alternativë e shkëlqyer për zëvendësimin e ngjyruesve sintetikë në produktet ushqimore. Antocianinat janë të miratuara për përdorim si ngjyrues ushqimorë në Bashkimin Evropian, Australi dhe Zelandën e Re, me kodin e ngjyruesit E163. Antocianinat gjenden në fruta dhe perime dhe mund të përshkruhen si një lloj pigmentesh bimore të tretshme në ujë. Nga ana kimike, antocianinat janë glikozide të antocianidinave të bazuara në strukturën e 2-phenylbenzophyrylium (flavylium). Ka më shumë se 200 përbërje fitokimike të veçanta që bëjnë pjesë në kategorinë e antocianinave. Si pigment kryesor ngjyrues në frutat e egra dhe frutat e pyllit, antocianinat mund të nxirren nga shumë burime. Një burim i rëndësishëm i antocianinave është lëkura e rrushit. Pigmentet antocianike në lëkurën e rrushit përbëhen kryesisht nga diglukozide, monoglukozid, monoglukozide të aciluara, si dhe diglukozide të aciluara të peonidinës, malvidinës, cianidinës, petunidinës dhe delfinidinës. Përmbajtja e antocianinave në rrush varion nga 30–750mg/100g.
Antocianinat më të spikatura janë cianidina, delfinidina, pelargonidina, peonidina, malvidina dhe petunidina.
Për shembull, antocianinat peonidin-3-kafeoil-p-hidroksibenzoil soforozid-5-glukozid, peonidin-3-(6″-kafeoil-6‴-feruloil soforozid)-5-glukozid dhe cianidin-3-kafeoil-p-hidroksibenzoil soforozid-5-glukozid gjenden në patatet e ëmbla vjollcë.

Antocianinat – Përfitimet për shëndetin

Përveç aftësisë së tyre të madhe për të vepruar si ngjyrues natyralë ushqimorë, antocianinat vlerësohen shumë për efektet e tyre antioksiduese. Prandaj, antocianinat shfaqin shumë efekte pozitive për shëndetin. Hulumtimet kanë treguar se antocianinat mund të pengojnë dëmtimin e ADN-së në qelizat kancerogjene, të frenojnë enzimat tretëse, të nxisin prodhimin e insulinës në qelizat e izoluara të pankreasit, të zvogëlojnë përgjigjet inflamatore, të mbrojnë nga rënia e funksionit të trurit që lidhet me moshën, të përmirësojnë papërshkueshmërinë e enëve kapilare të gjakut dhe të parandalojnë agregimin e trombociteve.