Ултразвучна екстракција антоцијана

Антоцијанини се широко користе као природна боја и нутритивни адитив у прехрамбеним производима. Ултразвучна екстракција је веома ефикасна и једноставна техника за добијање висококвалитетних антоцијана. Употреба соникатора типа сонде промовише ослобађање висококвалитетних антоцијанина из биљака што резултира већим приносима и брзим процесом. У исто време, соникација је блага, зелена и ефикасна техника за индустријску производњу антоцијанина за храну и фармацију.

антоцијанини – Како екстраховати висококвалитетне антоцијанине помоћу соникатора

Антоцијанини се широко користе као природне боје у прехрамбеној индустрији. Имају широк спектар тонова боја, од наранџасте преко црвене, до љубичасте и плаве, у зависности од молекуларне структуре и пХ вредности. Интересовање за антоцијанине није засновано само на њиховом ефекту бојења, већ и на њиховим здравственим корисним својствима. Због све веће забринутости за животну средину и здравље у вези са синтетичким бојама, природне боје су одлична алтернатива као еколошки прихватљива боја за индустрију хране и лекова.

Ултразвучно побољшана екстракција антоцијанина

Како екстраховати антоцијанине ултразвуком? – Студије случаја

Ултразвучна екстракција антоцијанина из љубичастог пиринча Ориза Сатива Л.

Љубичасти пиринач соја Ориза Сатива (такође познат као Виолет Нори или љубичасти пиринач) је изузетно богат фенолима као што је фавоноидна група антоцијана. Туррини и др. (2018) користили су ултразвучну екстракцију да изолују полифеноле као што су антоцијанини и антиоксиданси из кариопсе (у целом, браон и прокуваном облику) и листова љубичастог пиринча. Ултразвучна екстракција је изведена коришћењем Хиелсцхер-а УП200Ст (200В, 26кХз, пиц. лево) и етанол 60% као растварач.
Да би се сачувао интегритет антоцијанина, ултразвучни екстракти су чувани на -20°Ц, што им је омогућило да се чувају најмање три месеца.
Цијанидин-3 глукозид (такође познат као хризантемин) био је далеко највећи откривени антоцијанин у сортама 'Виолет Нори', 'Артемиде' и 'Нероне' истраживаним у студији Туррини ет ал., док је пеонидин-3-глукозид и цијанидин- 3-рутинозид (такође антиринин) пронађени су у мањим количинама.
Листови љубичице Ориза Сатива су одличан извор антоцијана и укупног садржаја фенола (ТПЦ). Са количином од цца. 2-3 пута већи од оних у пиринчу и брашну, листови Оризе представљају јефтину сировину за екстракцију антоцијана. Процењени принос од око 4 кг антоцијанина/т свежег лишћа је значајно већи од приноса од 1 кг антоцијанина/т пиринча, израчунат на основу средњих количина антоцијанина откривених у 'Виолет Нори' пиринчу (1300 µг/г пиринча, као цијанидин -3-глукозид) за принос од око 68 кг пиринча од 100 кг ризле.

Ултразвучна екстракција антоцијанина из црвеног купуса

Раванфар и др. (2015) су истраживали ефикасност ултразвучне екстракције антоцијана из црвеног купуса. Експерименти ултразвучне екстракције изведени су помоћу ултразвучног система УП100Х (Хиелсцхер Ултрасоницс, 30 кХз, 100 В). Сонотрода МС10 (пречник врха 10 мм) је уметнута у центар стаклене чаше са омотачем са контролисаном температуром.

За овај оглед коришћени су свеже исечени комадићи црвеног купуса димензија 5 мм (коцкастог облика) и 92,11 ± 0,45 % влаге. Стаклена чаша са омотачем (запремина: 200 мл) напуњена је са 100 мл дестиловане воде и 2 г комада црвеног купуса. Чаша је прекривена алуминијумском фолијом да би се спречио губитак растварача (воде) испаравањем током процеса. У свим експериментима температура у чаши је одржавана помоћу термостатског контролера. Узорци су на крају сакупљени, филтрирани и центрифугирани на 4000 рпм, а супернатанти су коришћени за одређивање приноса антоцијанина. Екстракција у воденом купатилу је изведена као контролни експеримент.
Одређен је оптималан принос антоцијанина из црвеног купуса при снази од 100 В, времену од 30 мин и температури од 15°Ц, што је резултирало приносом антоцијана од око 21 мг/Л.
Због промене боје на пХ вредности и интензивне боје, боја црвеног купуса се користи као пХ индикатор у фармацеутским формулацијама или као антиоксиданси и боје у системима исхране.

Ултразвук значајно интензивира екстракцију антоцијана из биљног материјала.
извор: Раванфар ет ал. 2015

 
Друге студије показују успешну ултразвучну екстракцију антоцијана из боровница, купина, грожђа, трешања, јагода и љубичастог слатког кромпира, између осталог.

Ултразвучни екстрактори високих перформанси

Хиелсцхер Ултрасоницс је специјализован за производњу ултразвучних процесора високих перформанси за производњу висококвалитетних екстраката из биљака.
Широки портфолио Хиелсцхер соникатора креће се од малих, моћних лабораторијских ултрасоникатора до робусних стоних и потпуно индустријских система, који испоручују ултразвук високог интензитета за ефикасну екстракцију и изолацију биоактивних супстанци (нпр. антоцијанини, гингерол, пиперин, куркумин итд.).
Сви ултрасоникатори из 200В до 16,000В имају екран осетљив на додир у боји за дигиталну контролу, интегрисану СД картицу за аутоматско снимање података, даљинско управљање претраживачем и многе друге функције прилагођене кориснику. Сонотроде и проточне ћелије (делови који су у контакту са медијумом) могу се аутоклавирати и лако се чисте.
Хиелсцхер соникатори су веома робусни и направљени за 24/7 рад под пуним оптерећењем, док захтевају ниско одржавање и лаки су и сигурни за рад. Дигитални дисплеј у боји омогућава лаку контролу ултразвучног апарата.
Наши системи су у стању да испоруче од малих до веома великих амплитуда. За екстракцију канабиноида и терпена нудимо посебне ултразвучне сонотроде (познате и као ултразвучне сонде или рогови) које су оптимизоване за разумну изолацију висококвалитетних активних супстанци. Сви наши системи се могу користити за екстракцију и накнадну емулзификацију канабиноида. Робусност Хиелсцхер соникатора омогућава непрекидан рад (24/7) у тешким условима иу захтевним окружењима.

Прецизна контрола параметара ултразвучног процеса обезбеђује поновљивост и стандардизацију процеса.
 

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:

Литература / Референце

• 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.

Чињенице које вреди знати

Како функционише екстракција уз помоћ ултразвука?

Примена интензивних ултразвучних таласа на течни медијум доводи до кавитације. Феномен од кавитација локално доводи до екстремних температура, притисака, брзина грејања/хлађења, разлика притиска и високих сила смицања у медијуму. Када кавитациони мехурићи имплодирају на површини чврстих материја (као што су честице, биљне ћелије, ткива итд.), микро-млазнице и интерчестични судар стварају ефекте као што су површинско љуштење, ерозија и разбијање честица. Поред тога, имплозија кавитационих мехурића у течним медијима ствара макро-турбуленције и микро-мешање.
Ултразвучно зрачење биљног материјала фрагментира матрикс биљних ћелија и појачава хидратацију истих. Цхемат и сарадници (2015) закључују да је ултразвучна екстракција биоактивних једињења из биљака резултат различитих независних или комбинованих механизама укључујући фрагментацију, ерозију, капиларност, детекстурацију и сонопорацију. Ови ефекти ометају ћелијски зид, побољшавају пренос масе гурањем растварача у ћелију и исисавањем растварача напуњеног фито-јединином, и обезбеђују кретање течности микро-мешањем.

Ултразвучна екстракција се заснива на акустичној кавитацији и њеним хидродинамичким смичним силама

Ултразвучно зрачење биљног материјала фрагментира матрикс биљних ћелија и појачава хидратацију истих. Цхемат ет ал. (2015) закључују да је ултразвучна екстракција биоактивних једињења из биљака резултат различитих независних или комбинованих механизама укључујући фрагментацију, ерозију, капиларност, детекстурацију и сонопорацију. Ови ефекти ометају ћелијски зид, побољшавају пренос масе гурањем растварача у ћелију и исисавањем растварача напуњеног фито-јединином, и обезбеђују кретање течности микро-мешањем.
Ултразвучна екстракција постиже веома брзу изолацију једињења – надмашујући конвенционалне методе екстракције за краће време процеса, већи принос и на нижим температурама. Као благи механички третман, екстракција уз помоћ ултразвука избегава термичку деградацију биоактивних компоненти и истиче се у поређењу са другим техникама као што су конвенционална екстракција растварачем, хидродестилација или Сокхлет екстракција, за које је познато да уништавају молекуле осетљиве на топлоту. Због ових предности, ултразвучна екстракција је пожељна техника за ослобађање биоактивних једињења осетљивих на температуру из биљака.

Ултразвучна екстракција из биљних ћелија: микроскопски попречни пресек (ТС) показује механизам деловања током ултразвучне екстракције из ћелија (увећање 2000к) [извор: Вилкху ет ал. 2011]

антоцијанин – Вредан биљни пигмент

Антоцијанини су вакуолни биљни пигменти, који могу изгледати црвене, љубичасте, плаве или црне. Експресија боје антоцијанских пигмената растворљивих у води зависи од њихове пХ вредности. Антоцијанини се налазе у ћелијској вакуоли, углавном у цветовима и плодовима, али иу листовима, стабљикама и корену, где се налазе углавном у спољашњим слојевима ћелија као што су епидермис и периферне ћелије мезофила.
У природи се најчешће јављају гликозиди цијанидина, делфинидина, малвидина, пеларгонидина, пеонидина и петунидина.
Истакнути примери биљака богатих антоцијанинима укључују врсте вакцинијума, као што су боровница, брусница и боровница; Рубус бобице, укључујући црну малину, црвену малину и купину; црна рибизла, трешња, патлиџан, црни пиринач, убе, окинавски слатки кромпир, грожђе Конкорд, мускадинско грожђе, црвени купус и латице љубичице. Брескве и јабуке са црвеним месом садрже антоцијанине. Антоцијанини су мање заступљени у бананама, шпарглама, грашку, коморачу, крушки и кромпиру, а могу бити потпуно одсутни у одређеним сортама зеленог огрозда.

Структура главних антоцијана

Антоцијанини су одлична алтернатива за замену синтетичких боја у прехрамбеним производима. Антоцијанини су одобрени за употребу као боје за храну у Европској унији, Аустралији и Новом Зеланду, са шифром боје Е163. Антоцијанини се налазе у воћу и поврћу и могу се описати као врста биљних пигмената растворљивих у води. Хемијски, антоцијанини су гликозиди антоцијанидина засновани на структури 2-фенилбензофирилијум (флавилијум). Постоји више од 200 различитих фитокемикалија које спадају у категорију антоцијана. Као главни пигмент боје у дивљем воћу и бобицама, постоји много извора из којих се могу екстраховати антоцијанини. Истакнути извор антоцијана је кожица грожђа. Пигменти антоцијана у кожици грожђа састоје се углавном од ди-глукозида, моно-глукозида, ацилираних моноглукозида као и ацилираних ди-глукозида пеонидина, малвидина, цијанидина, петунидина и делфинидина. Садржај антоцијана у грожђу варира од 30-750мг/100г.
Најистакнутији антоцијанини су цијанидин, делфинидин, пеларгонидин, пеонидин, малвидин и петунидин.
На пример, антоцијанини пеонидин-3-кафеоил-п-хидроксибензоил софорозид-5-глукозид, пеонидин-3-(6″-кафеоил-6‴-ферулоил софорозид)-5-глукозид и цијанидин-3-кафеоил-бензоил-п софорозид-5-глукозид се налази у љубичастом слатком кромпиру.

антоцијанини – Здравствене бенефиције

Поред велике способности да функционишу као природна боја за храну, антоцијанини су веома цењени због својих антиоксидативних ефеката. Стога, антоцијанини показују много позитивних ефеката на здравље. Истраживања су показала да антоцијанини могу инхибирати оштећење ДНК у ћелијама рака, инхибирати дигестивне ензиме, индуковати производњу инсулина у изолованим ћелијама панкреаса, смањити инфламаторне одговоре, заштитити од опадања мождане функције повезаног са узрастом, побољшати затегнутост капиларних крвних судова и спречити агрегацију тромбоцита.