Ултразвучна екстракција пиперина из бибера

• Пиперин је биоактивна супстанца која се налази у зрнима бибера и цењена је због својих фармаколошких својстава.
• Ултразвучна екстракција је ефикасна, једноставна и брза техника за изоловање висококвалитетног пиперина.
• Ултразвучна екстракција је поуздана и доказана метода, која се већ широко користи у фармацеутској и прехрамбеној индустрији.

Екстракција пиперина ултразвуком високих перформанси

Пиперин је цењено биоактивно једињење познато по свом потенцијалу да повећа апсорпцију куркумина, селена, витамина Б12, бета-каротена и других једињења. Због тога су фармацеутска и прехрамбена индустрија веома заинтересоване за брзу и једноставну екстракцију висококвалитетног пиперина.
Конвенционална екстракција пиперина и пиперидина спроводи се дуготрајном екстракцијом растварачем уз употребу токсичног DMC (дихлорметана). Ултразвучна екстракција надмашује конвенционалну екстракцију растварачем већим приносима, употребом нетоксичних растварача (нпр. етанола) и брзим поступком екстракције. Ултразвук високих перформанси ствара кавитацију у течностима. Акустична или ултразвучна кавитација локално ствара екстремне услове, као што су изузетно високе температуре и разлике у притиску, млазеви течности и силе смицања. Ове ултразвучне силе разарају ћелијске зидове и повећавају пренос масе између унутрашњости ћелије и околног растварача, чиме се ослобађају биоактивне супстанце. Ултразвучна екстракција је доказана техника за изоловање циљних једињења, као што је пиперин, из млевеног бибера (piper nigrum, piper longum).

Оптимални услови екстракције применом соникације

Једна од најважнијих предности ултразвучног изоловања јесте прецизна контрола свих процесних параметара. Интензитет ултразвука (амплитуда, снага, радни циклус), време екстракције, растварач, однос чврсте материје и растварача и температура могу се подесити на оптималне услове како би се добио највећи принос висококвалитетног пиперина.

Пример протокола за ултразвучну екстракцију пиперина

У поставци малих размера са лабораторијском чашом, максимални принос пиперина (5,8 mg/g) из самлевеног Piper longum постиже се при оптимизованим условима ултразвучне екстракције, за које је утврђено да су следећи:
Соникатор UP200St или UP200Ht (200W, 26kHz)
ултразвучни параметри: амплитуда 100%, радни циклус 80%
време соникације: приближно 18 min.
растварач: етанол
однос чврсте материје и растварача: 1:10
температура: 50°C

Врхунски резултати

Ултразвучна екстракција има значајне предности у односу на традиционалну шаржну екстракцију и екстракцију растварачем. Rathod (2014) показује да се време екстракције скраћује са 8h за шаржну екстракцију растварачем и 4h за Сокслетову екстракцију на 18 min. за ултразвучну екстракцију. Осим тога, ултразвучна екстракција даје већи принос пиперина. Утврђено је да приноси пиперина добијени Сокслетовом екстракцијом и методама шаржне екстракције износе 1,67 mg/g и 0,98 mg/g, редом, што је знатно мање од ултразвучно добијеног приноса од 5,8mg/g. Rathod (2014) закључује да екстракција природних биљних састојака, као што је пиперин, потпомогнута ултразвуком ублажава проблем слабе екстрактабилности и дугог времена екстракције у поређењу са традиционалним методама.

Ултразвук се успешно користи и за екстракцију етарских уља из црног бибера. Кликните овде да сазнате више о ултразвучној хидродестилацији етарских уља!

Пронађите најбољи соникатор за екстракцију пиперина

Hielscher Ultrasonics је произвођач система за ултразвучну екстракцију високих перформанси са дугогодишњим искуством. Наш асортиман производа обухвата све од малих, снажних лабораторијских ултразвучних уређаја до робусних стоних и индустријских система, који производе ултразвук високог интензитета за ефикасну екстракцију и изоловање биоактивних супстанци (нпр. пиперина, куркумина итд.).
Сви ултразвучни уређаји од 200W до 16.000W имају екран у боји за дигитално управљање, интегрисану SD картицу за аутоматско бележење података, даљинско управљање преко прегледача и многе друге функције које олакшавају употребу. Сонотроде и проточне ћелије (делови који су у контакту са медијумом) могу се стерилисати у аутоклаву и лако се чисте.
Сви наши ултразвучни уређаји направљени су за рад 24/7, захтевају мало одржавања и њима се лако и безбедно рукује.

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:

Литература/Референце

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Антиоксидативни и антигликациони потенцијал зеленог бибера (Piper nigrum): Оптимизација екстракције засноване на β-циклодекстрину применом методологије одзивних површина. Food Chemistry, том 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ултразвучно потпомогнута екстракција пиперина из белог бибера помоћу јонске течности. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Екстракција пиперина из Piper longum применом ултразвука. Industrial Crops and Products, том 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Оптимизација екстракције фенолних једињења из жижуле (Ziziphus Jujube) применом методе ултразвучно потпомогнуте екстракције.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Екстракција и карактеризација протеина из цвета банане (Musa Sapientum L) и процена антимикробног деловања. 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): Оптимизација параметара екстракције епигалокатехин-галата из зеленог чаја применом конвенционалне методе са топлом водом и ултразвучно потпомогнутих метода. Прерада хране и биопроизвода 111 (2018). 37–44.

Корисне чињенице

Ултразвучна екстракција

Ултразвучна екстракција биоактивних супстанци из биљног материјала заснива се на принципу акустичне кавитације. Акустична кавитација настаје када се ултразвучни таласи високог интензитета (нпр. високе амплитуде од 100µm, које ствара ултразвук фреквенције 20–26kHz) спрегну са течношћу. Кавитационе силе смицања перфорирају и разарају ћелијске зидове биљног материјала и потискују околни растварач у унутрашњост ћелије и извлаче га из ње. Након процеса екстракције, растварач садржи циљне молекуле, који се затим могу издвојити (нпр. центрифугирањем). Ултразвучна екстракција је добро позната по високим приносима неоштећених биљних екстраката.

Ултразвучна екстракција из ћелија: микроскопски попречни пресек (TS) вршног дела стабљике нане (Mentha piperita) приказује механизам деловања током ултразвучне екстракције из ћелија (увећање 2000x) [извор: Vilkhu et al. 2011]

Пиперин

Пиперин (1-piperyol-piperidine) је главно једињење одговорно за љутину бибера (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Арома бибера, његова љутина, а тиме и квалитет, повезани су са количином пиперина. Ово својство квалитета може се променити хидролизом пиперина, при чему се пиперидински прстен разграђује.
Пиперин је познат по разним фармаколошким дејствима, нпр. антифунгалном, антидијареалном и антиинфламаторном дејству, као и инхибиторном деловању на 5-липоксигеназу и циклооксигеназу-1. Поред тога, пиперин повећава биорасположивост куркумина за 2000%. Због тога је пиперин популарна супстанца која се користи у формулацијама додатака исхрани (нпр. BioPerine®).
Пиперин се може екстраховати из Piper nigrum и Piper longum.
Пиперидин је циклични секундарни амин, чија се молекулска структура налази у многим биљним алкалоидима. Пиперидин настаје хидролизом пиперина. Пиперидин и његови деривати су свеприсутни градивни елементи у синтези фармацеутских производа и финих хемикалија.

Бибер

Piper nigrum, црни бибер, је цветна пењачица из породице Piperaceae. Узгаја се због својих зрнастих плодова, који се обично суше и користе као зачин и за зачињавање. Црна, зелена и бела зрна бибера добијају се од биљке црног бибера. Различите боје су резултат обраде и припреме зрна бибера. Црна зрна бибера добијају се кувањем незрелих коштуничавих плодова у врелој води и њиховим накнадним сушењем. Бели бибер се бере у виду потпуно зрелих бобица биљке бибера; затим се тамна покожица зрелог плода уклања мочењем. Зелена зрна бибера добијају се од незрелих коштуничавих плодова третирањем сумпор-диоксидом, конзервирањем или сушењем замрзавањем како би се очувале њихове зелене бојене материје.

Piper longum Linn, познат и као индијски дуги бибер (пипли), близак је сродник врсте Piper nigrum и има сличан, али љући укус од врсте Piper nigrum.
Плодови врсте Piper longum садрже приближно 1% испарљивих уља, смолу, алкалоиде пиперин и пиперлонгуминин, воскасти алкалоид Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide и једну терпеноидну супстанцу. Пиперидински алкалоид пиперин одговоран је за пикантан, љут укус бобица бибера. Пиперлонгумин је фармаколошки активна супстанца која показује активност против многих врста рака, укључујући рак простате, дојке, плућа и дебелог црева, лимфом, леукемију, примарне туморе мозга и рак желуца.
Поред тога, у бобицама бибера могу се наћи следеће количине минерала: 1230mg/100g калцијума, 190mg/100g фосфора и 62,1mg/100g гвожђа. Коренови садрже пиперин, пиперлонгумин или пиплартин и дихидростигмастерол.