การสกัดแอนโธไซยานินอัลตราโซนิก

แอนโธไซยานินใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสีธรรมชาติและสารเติมแต่งทางโภชนาการในผลิตภัณฑ์อาหาร การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงและง่ายดายเพื่อให้ได้แอนโธไซยานินคุณภาพสูง การใช้เครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบช่วยส่งเสริมการปลดปล่อยแอนโธไซยานินคุณภาพสูงจากพืชส่งผลให้ผลผลิตสูงขึ้นและกระบวนการที่รวดเร็ว ในขณะเดียวกันการ sonication เป็นเทคนิคที่อ่อนโยนสีเขียวและมีประสิทธิภาพสําหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมของแอนโธไซยานินเกรดอาหารและเภสัชภัณฑ์

แอนโธไซยานิน – วิธีสกัดแอนโธไซยานินคุณภาพสูงโดยใช้เครื่องโซนิคเตอร์

แอนโธไซยานินใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสีธรรมชาติในอุตสาหกรรมอาหาร มีโทนสีที่หลากหลาย ตั้งแต่สีส้มไปจนถึงสีแดง ไปจนถึงสีม่วงและสีน้ําเงิน ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลและค่า pH ความสนใจในแอนโธไซยานินไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับผลการระบายสีเท่านั้น แต่ยังเกิดจากคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ต่อสุขภาพด้วย เนื่องจากความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับสีย้อมสังเคราะห์สีย้อมธรรมชาติจึงเป็นทางเลือกที่ดีในการเป็นสีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสําหรับอุตสาหกรรมอาหารและยา

การสกัดแอนโธไซยานินที่ได้รับการปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิก

วิธีการสกัด Anthocyyanins ด้วยอัลตราซาวนด์? – กรณีศึกษา

การสกัดอัลตราโซนิกแอนโธไซยานินจากข้าวสีม่วง Oryza Sativa L.

ข้าวสีม่วงของสายพันธุ์ Oryza Sativa (หรือที่เรียกว่า Violet Nori หรือข้าวม่วง) อุดมไปด้วยฟีนอลิกเป็นพิเศษ เช่น กลุ่มฟาโวนอยด์ของแอนโธไซยานิน Turrini et al. (2018) ใช้การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเพื่อแยกโพลีฟีนอล เช่น แอนโธไซยานินและสารต้านอนุมูลอิสระจาก caryopsis (ในรูปแบบทั้งตัว สีน้ําตาล และต้ม) และใบของข้าวสีม่วง การสกัดด้วยอัลตราโซนิกดําเนินการโดยใช้ Hielscher UP200St (200W, 26kHz, รูป. ซ้าย) และเอทานอล 60% เป็นตัวทําละลาย
เพื่อรักษาความสมบูรณ์ของแอนโธไซยานินสารสกัดอัลตราโซนิกถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิ −20 °C ซึ่งช่วยให้สามารถเก็บไว้ได้อย่างน้อยสามเดือน
ไซยานิดิน-3 กลูโคไซด์ (หรือที่เรียกว่าเบญจมาศ) เป็นแอนโธไซยานินที่ตรวจพบหลักในสายพันธุ์ 'Violet Nori', 'Artemide' และ 'Nerone' ที่ตรวจสอบในการศึกษาของ Turrini et al. ในขณะที่พบ peonidin-3-glucoside และ cyanidin-3-rutinoside (รวมถึง antirrhinin) ในปริมาณที่ต่ํากว่า
ใบม่วงของ Oryza Sativa เป็นแหล่งที่ดีเยี่ยมของแอนโธไซยานินและปริมาณฟีนอลิกทั้งหมด (TPC) ด้วยปริมาณประมาณ 2-3 เท่าสูงกว่าข้าวและแป้งใบ Oryza จึงเป็นวัตถุดิบราคาไม่แพงสําหรับการสกัดแอนโธไซยานิน ผลผลิตโดยประมาณของใบสด anthocyanin/t ประมาณ 4 กก. นั้นสูงกว่าข้าว anthocyanin/t 1 kg อย่างมีนัยสําคัญ โดยคํานวณจากปริมาณแอนโธไซยานินปานกลางที่ตรวจพบในข้าว 'Violet Nori' (ข้าว 1300 ไมโครกรัม/กรัม ในรูปไซยานิดิน-3-กลูโคไซด์) เพื่อให้ได้ผลผลิตข้าวประมาณ 68 กก. จากข้าวเปลือก 100 กก.

การสกัดอัลตราโซนิกแอนโธไซยานินจากกะหล่ําปลีแดง

Ravanfar et al. (2015) ได้ตรวจสอบประสิทธิภาพของการสกัดแอนโธไซยานินอัลตราโซนิกจากกะหล่ําปลีแดง การทดลองสกัดอัลตราโซนิกดําเนินการโดยใช้ระบบอัลตราโซนิก UP100H (อัลตราโซนิก Hielscher, 30 kHz, 100 W). sonotrode MS10 (เส้นผ่านศูนย์กลางปลาย 10 มม.) ถูกใส่เข้าไปตรงกลางของบีกเกอร์แก้วแบบแจ็คเก็ตควบคุมอุณหภูมิ

ชิ้นกะหล่ําปลีแดงที่หั่นสดใหม่ขนาด 5 มม. (รูปลูกบาศก์) และความชื้น 92.11 ± 0.45% ถูกนํามาใช้ในการทดลองนี้ บีกเกอร์แก้วแบบแจ็คเก็ต (ปริมาตร: 200 มล.) เต็มไปด้วยน้ํากลั่น 100 มล. และกะหล่ําปลีแดง 2 กรัม บีกเกอร์หุ้มด้วยอลูมิเนียมฟอยล์เพื่อป้องกันการสูญเสียตัวทําละลาย (น้ํา) จากการระเหยระหว่างกระบวนการ ในการทดลองทั้งหมดอุณหภูมิในบีกเกอร์จะถูกรักษาโดยใช้ตัวควบคุมอุณหภูมิ ในที่สุดตัวอย่างก็ถูกรวบรวมกรองและหมุนเหวี่ยงที่ความเร็ว 4000 รอบต่อนาที และใช้สารน้ําชั้นบนเพื่อกําหนดผลผลิตของแอนโธไซยานิน การสกัดในอ่างน้ําดําเนินการเป็นการทดลองควบคุม
ผลผลิตที่เหมาะสมของแอนโธไซยานินจากกะหล่ําปลีแดงถูกกําหนดที่กําลังไฟ 100 วัตต์ เวลา 30 นาที และอุณหภูมิ 15°C ซึ่งส่งผลให้ผลผลิตแอนโธไซยานินอยู่ที่ประมาณ 21 มก./ลิตร
เนื่องจากสีที่เปลี่ยนไปตามค่า pH และสีที่เข้มข้น สีย้อมกะหล่ําปลีแดงจึงถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ค่า pH ในสูตรยา หรือเป็นสารต้านอนุมูลอิสระและสีผสมในระบบอาหารตามลําดับ

อัลตราโซนิกช่วยเพิ่มการสกัดแอนโธไซยานินจากวัสดุจากพืชอย่างมีนัยสําคัญ
ที่มา: Ravanfar et al. 2015

 
การศึกษาอื่น ๆ แสดงให้เห็นถึงความสําเร็จในการสกัดอัลตราโซนิกของแอนโธไซยานินจากบลูเบอร์รี่แบล็กเบอร์รี่องุ่นเชอร์รี่สตรอเบอร์รี่และมันเทศสีม่วงเป็นต้น

เครื่องสกัดอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง

Hielscher Ultrasonics มีความเชี่ยวชาญในการผลิตโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการผลิตสารสกัดคุณภาพสูงจากพฤกษศาสตร์
กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่กว้างขวางของเครื่องสะท้อนเสียงแบบ Hielscher มีตั้งแต่เครื่องอัลตราโซนิกในห้องปฏิบัติการขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพไปจนถึงระบบแบบตั้งโต๊ะที่แข็งแกร่งและระบบอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบซึ่งให้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงสําหรับการสกัดและแยกสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอย่างมีประสิทธิภาพ (เช่นแอนโธไซยานิน, จินเจอรอล, ไพเพอรีน, เคอร์คูมิน ฯลฯ )
เครื่องอัลตราโซนิกทั้งหมดจาก 200 วัตต์ ถึง 16,000 วัตต์ มีหน้าจอสัมผัสสีสําหรับการควบคุมแบบดิจิตอลการ์ด SD ในตัวสําหรับการบันทึกข้อมูลอัตโนมัติรีโมทคอนโทรลของเบราว์เซอร์และคุณสมบัติที่ใช้งานง่ายอีกมากมาย โซโนทรอดและโฟลว์เซลล์ (ชิ้นส่วนที่สัมผัสกับสื่อ) สามารถนึ่งฆ่าเชื้อและทําความสะอาดได้ง่าย
เครื่องสะท้อนเสียง Hielscher มีความแข็งแรงมากและสร้างขึ้นสําหรับการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันภายใต้ภาระเต็มที่ในขณะที่ต้องการการบํารุงรักษาต่ําและใช้งานง่ายและปลอดภัย จอแสดงผลสีดิจิตอลช่วยให้สามารถควบคุมเครื่องอัลตราโซนิกได้อย่างเป็นมิตรกับผู้ใช้
ระบบของเราสามารถส่งมอบแอมพลิจูดได้ตั้งแต่ต่ําถึงสูงมาก สําหรับการสกัดสารแคนนาบินอยด์และเทอร์พีนเรามีโซโนโทรดอัลตราโซนิกพิเศษ (หรือที่เรียกว่าโพรบอัลตราโซนิกหรือแตร) ที่ปรับให้เหมาะสมสําหรับการแยกสารออกฤทธิ์คุณภาพสูงอย่างสมเหตุสมผล ระบบทั้งหมดของเราสามารถใช้สําหรับการสกัดและอิมัลชันของแคนนาบินอยด์ในภายหลัง ความทนทานของเครื่องสะท้อนเสียงของ Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานได้อย่างต่อเนื่อง (24/7) ที่งานหนักและในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ

การควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการอัลตราโซนิกที่แม่นยําช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการทําซ้ําและมาตรฐานกระบวนการ
 

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:

วรรณกรรม / อ้างอิง

• 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.

ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้

การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยทํางานอย่างไร

การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงกับตัวกลางที่เป็นของเหลวส่งผลให้เกิดโพรงอากาศ ปรากฏการณ์ของ โพรงอากาศ นําไปสู่อุณหภูมิความดันอัตราการให้ความร้อน / ความเย็นความแตกต่างของแรงดันและแรงเฉือนสูงในตัวกลาง เมื่อฟองอากาศระเบิดบนพื้นผิวของของแข็ง (เช่นอนุภาคเซลล์พืชเนื้อเยื่อ ฯลฯ ) ไมโครเจ็ทและการชนกันระหว่างอนุภาคจะสร้างผลกระทบเช่นการลอกพื้นผิวการกัดเซาะและการสลายอนุภาค นอกจากนี้ การระเบิดของฟองอากาศในสื่อเหลวจะสร้างความปั่นป่วนมาโครและการผสมขนาดเล็ก
การฉายรังสีอัลตราโซนิกของวัสดุพืชจะแยกส่วนเมทริกซ์ของเซลล์พืชและเพิ่มความชุ่มชื้นของเซลล์เดียวกัน Chemat et al (2015) สรุปว่าการสกัดด้วยอัลตราโซนิกของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพฤกษศาสตร์เป็นผลมาจากกลไกอิสระหรือรวมกันที่แตกต่างกันรวมถึงการกระจายตัวการกัดเซาะเส้นเลือดฝอยการขจัดพื้นผิวและ sonoporation ผลกระทบเหล่านี้ขัดขวางผนังเซลล์ปรับปรุงการถ่ายเทมวลโดยการผลักตัวทําละลายเข้าไปในเซลล์และดูดตัวทําละลายที่บรรจุสารประกอบไฟโตออกและรับประกันการเคลื่อนที่ของของเหลวโดยการผสมไมโคร

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับโพรงอากาศทางเสียงและแรงเฉือนอุทกพลศาสตร์

การฉายรังสีอัลตราโซนิกของวัสดุพืชจะแยกส่วนเมทริกซ์ของเซลล์พืชและเพิ่มความชุ่มชื้นของเซลล์เดียวกัน Chemat et al. (2015) สรุปว่าการสกัดด้วยอัลตราโซนิกของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพฤกษศาสตร์เป็นผลมาจากกลไกอิสระหรือรวมกันที่แตกต่างกันรวมถึงการกระจายตัวการกัดเซาะเส้นเลือดฝอยการขจัดพื้นผิวและโซโนโพเรชั่น ผลกระทบเหล่านี้ขัดขวางผนังเซลล์ปรับปรุงการถ่ายเทมวลโดยการผลักตัวทําละลายเข้าไปในเซลล์และดูดตัวทําละลายที่บรรจุสารประกอบไฟโตออกและรับประกันการเคลื่อนที่ของของเหลวโดยการผสมไมโคร
การสกัดด้วยอัลตราโซนิกสามารถแยกสารประกอบได้อย่างรวดเร็ว – มีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการสกัดแบบเดิมในเวลากระบวนการที่สั้นลง การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยหลีกเลี่ยงการย่อยสลายทางความร้อนของส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ และมีประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับเทคนิคอื่นๆ เช่น การสกัดด้วยตัวทําละลายทั่วไป การกลั่นด้วยพลังน้ํา หรือการสกัดด้วยโซกซ์เล็ต ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถทําลายโมเลกุลที่ไวต่อความร้อนได้ เนื่องจากข้อดีเหล่านี้การสกัดด้วยอัลตราโซนิกจึงเป็นเทคนิคที่ต้องการสําหรับการปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ไวต่ออุณหภูมิจากพฤกษศาสตร์

การสกัดอัลตราโซนิกจากเซลล์พืช: ส่วนตามขวางด้วยกล้องจุลทรรศน์ (TS) แสดงกลไกการออกฤทธิ์ระหว่างการสกัดอัลตราโซนิกจากเซลล์ (กําลังขยาย 2000x) [แหล่งข้อมูล: Vilkhu et al. 2011]

แอนโธไซยานิน – เม็ดสีพืชที่มีคุณค่า

แอนโธไซยานินเป็นเม็ดสีพืชแวคิวโอลาร์ ซึ่งอาจปรากฏเป็นสีแดง ม่วง น้ําเงิน หรือดํา การแสดงสีของเม็ดสีแอนโธไซยานินที่ละลายน้ําได้ขึ้นอยู่กับค่า pH แอนโธไซยานินพบได้ในแวคิวโอลของเซลล์ ส่วนใหญ่อยู่ในดอกไม้และผลไม้ แต่ยังพบในใบ ลําต้น และรากด้วย ซึ่งส่วนใหญ่พบในชั้นเซลล์ด้านนอก เช่น หนังกําพร้าและเซลล์เมโสฟิลล์ส่วนปลาย
บ่อยที่สุดในธรรมชาติคือไกลโคไซด์ของไซยานิดิน เดลฟีนิดิน มัลวิดิน เพลาโกนิดิน ดอกเพโอนิดิน และพิทูนิดิน
ตัวอย่างที่โดดเด่นของพืชที่อุดมไปด้วยแอนโธไซยานิน ได้แก่ สายพันธุ์วัคซีเนียม เช่น บลูเบอร์รี่ แครนเบอร์รี่ และบิลเบอร์รี่ ผลเบอร์รี่รูบัส ได้แก่ ราสเบอร์รี่ดํา ราสเบอร์รี่แดง และแบล็กเบอร์รี่ แบล็คเคอแรนท์, เชอร์รี่, มะเขือยาว, ข้าวดํา, อูเบะ, มันเทศโอกินาว่า, องุ่นคองคอร์ด, องุ่นมัสคาดีน, กะหล่ําปลีแดง และกลีบม่วง ลูกพีชและแอปเปิ้ลเนื้อแดงมีแอนโธไซยานิน แอนโธไซยานินมีน้อยกว่าในกล้วยหน่อไม้ฝรั่งถั่วลันเตายี่หร่าลูกแพร์และมันฝรั่งและอาจไม่มีเลยในมะยมเขียวบางสายพันธุ์

โครงสร้างของแอนโธไซยานินหลัก

แอนโธไซยานินเป็นทางเลือกที่ดีในการทดแทนสารแต่งสีสังเคราะห์ในผลิตภัณฑ์อาหาร แอนโธไซยานินได้รับการอนุมัติให้ใช้เป็นสีผสมอาหารในสหภาพยุโรป ออสเตรเลีย และนิวซีแลนด์ โดยมีรหัสสี E163 แอนโธไซยานินพบได้ในผักและผลไม้ และสามารถอธิบายได้ว่าเป็นเม็ดสีพืชที่ละลายน้ําได้ ในทางเคมี แอนโธไซยานินเป็นไกลโคไซด์ของแอนโธไซยานิดินตามโครงสร้าง 2-phenylbenzophyrylium (flavylium) มีพฤกษเคมีที่แตกต่างกันมากกว่า 200 ชนิดซึ่งจัดอยู่ในหมวดหมู่ของแอนโธไซยานิน ในฐานะที่เป็นเม็ดสีหลักในผลไม้ป่าและผลเบอร์รี่มีหลายแหล่งที่สามารถสกัดแอนโธไซยานินได้ แหล่งที่โดดเด่นของแอนโธไซยานินคือผิวองุ่น เม็ดสีแอนโธไซยานินในผิวองุ่นประกอบด้วยไดกลูโคไซด์โมโนกลูโคไซด์อะซิเลตโมโนกลูโคไซด์และไดกลูโคไซด์อะซิเลตของพีโอนิดินมอลวิดินไซยานิดินเปทูนิดินและเดลฟีนิดิน ปริมาณแอนโธไซยานินในองุ่นแตกต่างกันไปตั้งแต่ 30-750 มก./100 กรัม
แอนโธไซยานินที่โดดเด่นที่สุด ได้แก่ ไซยานิดิน, เดลฟีนิดิน, เพลาโกนิดิน, พีโอนิดิน, มัลวิดินและพิทูนิดิน
ตัวอย่างเช่น แอนโธไซยานินพีโอนิดิน-3-คาเฟอออิล-พี-ไฮดรอกซีเบนโซอิลโซโฟโรไซด์-5-กลูโคไซด์, พีโอนิดิน-3-(6"-คาเฟอออิล-6'''-เฟรูลอยลโซโฟโรไซด์)-5-กลูโคไซด์และไซยานิดิน-3-คาเฟอออิล-p-ไฮดรอกซีเบนโซอิลโซโฟโรไซด์-5-กลูโคไซด์พบได้ในมันเทศสีม่วง

แอนโธไซยานิน – ประโยชน์ต่อสุขภาพ

นอกจากความสามารถที่ยอดเยี่ยมในการทําหน้าที่เป็นสีผสมอาหารจากธรรมชาติแล้ว แอนโธไซยานินยังมีคุณค่าสูงสําหรับฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ดังนั้นแอนโธไซยานินจึงแสดงผลดีต่อสุขภาพมากมาย การวิจัยแสดงให้เห็นว่าแอนโธไซยานินสามารถยับยั้งความเสียหายของ DNA ในเซลล์มะเร็งยับยั้งเอนไซม์ย่อยอาหารกระตุ้นการผลิตอินซูลินในเซลล์ตับอ่อนที่แยกได้ลดการตอบสนองต่อการอักเสบป้องกันการลดลงของการทํางานของสมองที่เกี่ยวข้องกับอายุปรับปรุงความแน่นของหลอดเลือดเส้นเลือดฝอยและป้องกันการรวมตัวของเกล็ดเลือดอุดตัน