Ultraljudsextraktion av piperin från peppar

• Piperin är ett bioaktivt ämne som finns i pepparkorn och uppskattas för sina farmakologiska egenskaper.
• Ultraljud är en effektiv, enkel och snabb extraktionsteknik för att isolera högkvalitativt piperin.
• Ultraljudsextraktion är en tillförlitlig och beprövad metod som redan används i stor utsträckning inom läkemedels- och livsmedelsindustrin.

Piperinextraktion med högpresterande ultraljud

Piperin är en uppskattad bioaktiv förening som är känd för sin potential att öka upptaget av kurkumin, selen, vitamin B12, betakaroten och andra föreningar. Därför är läkemedels- och nutritionsindustrin mycket intresserad av snabb och enkel extraktion av högkvalitativt piperin.
Konventionell extraktion av piperin och piperidin utförs genom tidskrävande lösningsmedelsextraktion med giftigt DMC (diklormetan). Ultraljudsextraktion överträffar konventionell lösningsmedelsextraktion genom högre utbyten, användning av ogiftiga lösningsmedel (t.ex. etanol) och en snabb extraktionsprocess. Högpresterande ultraljud skapar kavitation i vätskor. Akustisk kavitation, eller ultraljudskavitation, genererar lokalt extrema förhållanden såsom extremt stora temperatur- och tryckskillnader, vätskestrålar och skjuvkrafter. Dessa ultraljudskrafter bryter sönder cellväggar och ökar massöverföringen mellan cellens inre och det omgivande lösningsmedlet så att de bioaktiva ämnena frigörs. Ultraljudsextraktion är en beprövad teknik för att isolera önskade föreningar såsom piperin från mald peppar (piper nigrum, piper longum).

Optimala extraktionsförhållanden med ultraljudsbehandling

En av de viktigaste fördelarna med isolering med ultraljud är den exakta kontrollen över alla processparametrar. Ultraljudsintensitet (amplitud, effekt, arbetscykel), extraktionstid, lösningsmedel, förhållandet mellan fast material och lösningsmedel samt temperatur kan anpassas till optimala förhållanden för att erhålla det högsta utbytet av högkvalitativt piperin.

Exempelprotokoll för ultraljudsextraktion av piperin

I en småskalig uppställning med bägare erhålls maximalt utbyte av piperin (5,8 mg/g) från mald Piper longum vid optimerade förhållanden för ultraljudsextraktion, vilka har visat sig vara följande:
Ultraljudsapparat UP200St eller UP200Ht (200W, 26kHz)
ultraljudsparametrar: 100% amplitud, 80% arbetscykel
ultraljudsbehandlingstid: ca 18 min.
lösningsmedel: etanol
förhållande mellan fast material och lösningsmedel: 1:10
temperatur: 50°C

Överlägsna resultat

Ultraljudsextraktion har betydande fördelar jämfört med traditionell satsvis extraktion och lösningsmedelsextraktion. Rathod (2014) visar att extraktionstiden minskar från 8h vid satsvis lösningsmedelsextraktion och 4h vid Soxhlet-extraktion till 18 min. vid ultraljudsextraktion. Dessutom ger ultraljudsextraktion ett högre extraktionsutbyte av piperin. Extraktionsutbytena av piperin vid Soxhlet-extraktion och satsvisa extraktionsmetoder visade sig vara 1,67 mg/g respektive 0,98 mg/g, vilket var mycket lägre än utbytet på 5,8mg/g som erhölls med ultraljud. Rathod (2014) drar slutsatsen att ultraljudsassisterad extraktion av naturliga växtbeståndsdelar såsom piperin minskar problemen med låg extraherbarhet och långa extraktionstider jämfört med traditionella metoder.

Ultraljud används också framgångsrikt för extraktion av eteriska oljor från svartpeppar. Klicka här för att läsa mer om ultraljudsassisterad hydrodestillation av eteriska oljor!

Hitta den bästa ultraljudsapparaten för piperinextraktion

Hielscher Ultrasonics är en tillverkare med lång erfarenhet av högpresterande system för ultraljudsextraktion. Vårt produktsortiment sträcker sig från små, kraftfulla ultraljudsapparater för laboratoriebruk till robusta bänksystem och industriella system, som levererar högintensivt ultraljud för effektiv extraktion och isolering av bioaktiva ämnen (t.ex. piperin, kurkumin etc.).
Alla ultraljudsapparater från 200W till 16 000W har en färgskärm för digital styrning, ett integrerat SD-kort för automatisk dataregistrering, fjärrstyrning via webbläsare och många fler användarvänliga funktioner. Sonotroderna och flödescellerna (de delar som kommer i kontakt med mediet) kan autoklaveras och är lätta att rengöra.
Alla våra ultraljudsapparater är konstruerade för drift dygnet runt, kräver lite underhåll och är enkla och säkra att använda.

Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Litteratur/referenser

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Grönpeppars (Piper nigrum) potential som antioxidant och hämmare av glykering: Optimering av β-cyklodextrinbaserad extraktion med responsytemetodik. Food Chemistry, volym 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultraljudsassisterad extraktion av piperin från vitpeppar med jonvätska. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extraktion av piperin från Piper longum med ultraljud. Industrial Crops and Products vol. 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimera extraktionen av fenolföreningar från jujubär (Ziziphus Jujube) med en ultraljudsassisterad extraktionsmetod.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraktion och karakterisering av proteiner från bananblomma (Musa Sapientum L) och utvärdering av antimikrobiella aktiviteter. 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): Optimering av extraktionsparametrarna för epigallokatekingallat från grönt te med konventionella varmvattenmetoder och ultraljudsassisterade metoder. Bearbetning av livsmedel och bioprodukter 111 (2018). 37–44.

Värt att veta

Ultraljudsextraktion

Ultraljudsextraktion av bioaktiva ämnen från växtmaterial bygger på principen om akustisk kavitation. Akustisk kavitation uppstår när mycket intensiva ultraljudsvågor (t.ex. höga amplituder på 100µm, genererade av ultraljud vid 20–26kHz) kopplas in i en vätska. Skjuvkrafterna från kavitationen perforerar och spräcker växtmaterialets cellväggar och pressar in och drar ut det omgivande lösningsmedlet ur cellernas inre. Efter extraktionsprocessen innehåller lösningsmedlet målmolekylerna, som sedan kan separeras (t.ex. genom centrifugering). Ultraljudsextraktion är välkänd för att ge höga utbyten av intakta växtextrakt.

Ultraljudsextraktion från celler: det mikroskopiska tvärsnittet (TS) av den apikala stjälkdelen hos mynta (Mentha piperita) visar verkningsmekanismen vid ultraljudsextraktion från celler (förstoring 2000x) [källa: Vilkhu et al. 2011]

Piperin

Piperin (1-piperyol-piperidine) är det huvudsakliga ämne som ger peppar dess skarpa smak (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Pepparns smak, dess skärpa och därmed dess kvalitet är korrelerade med mängden piperin. Denna kvalitetsegenskap kan förändras genom hydrolys av piperin, så att piperidinringen klyvs.
Piperin är känt för olika farmakologiska effekter, t.ex. svampdödande, diarréhämmande och antiinflammatoriska effekter samt hämning av 5-lipoxygenas och cyklooxygenas-1. Dessutom ökar piperin biotillgängligheten av kurkumin med 2000%. Därför är piperin ett populärt ämne i kosttillskottsberedningar (t.ex. BioPerine®).
Piperin kan extraheras från Piper nigrum och Piper longum.
Piperidin är en cyklisk sekundär amin, en molekylstruktur som förekommer i många växtalkaloider. Piperidin bildas vid hydrolys av piperin. Piperidin och dess derivat är allmänt förekommande byggstenar vid syntes av läkemedel och finkemikalier.

Peppar

Piper nigrum, svartpeppar, är en blommande klätterväxt i familjen Piperaceae. Den odlas för sina pepparkorn, som vanligtvis torkas och används som krydda och smaksättare. Svarta, gröna och vita pepparkorn kommer alla från svartpepparväxten. De olika färgerna beror på hur pepparkornen behandlas och bereds. Svarta pepparkorn framställs genom att de omogna stenfrukterna kokas i hett vatten och därefter torkas. Vitpeppar skördas som fullt mogna bär från pepparväxten; därefter avlägsnas det mörka skalet från den mogna frukten genom rötning. Gröna pepparkorn framställs av de omogna stenfrukterna genom behandling med svaveldioxid, konservering eller frystorkning för att bevara de gröna färgämnena.

Piper longum Linn, även känd som indisk långpeppar (pipli), är nära besläktad med Piper nigrum och har en liknande men starkare smak än Piper nigrum.
Frukterna av Piper longum innehåller cirka 1% flyktiga oljor, harts, alkaloiderna piperin och piperlonguminin, en vaxartad alkaloid, Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide, och ett terpenoidämne. Piperidinalkaloiden piperin ger pepparbären deras kryddiga, skarpa smak. Piperlongumin är en farmakologiskt aktiv substans som uppvisar aktivitet mot många cancerformer, däribland prostatacancer, bröstcancer, lungcancer, tjocktarmscancer, lymfom, leukemi, primära hjärntumörer och magsäckscancer.
Dessutom kan följande mängder mineraler finnas i pepparbär: 1230mg/100g kalcium, 190mg/100g fosfor och 62,1mg/100g järn. Rötterna innehåller piperin, piperlongumin eller piplartin samt dihydrostigmasterol.