Ultrasonik Antosiyanin Ekstraksiyonu

Antosiyaninler, gıda ürünlerinde doğal renklendirici ve besleyici katkı maddesi olarak yaygın biçimde kullanılır. Ultrasonik ekstraksiyon, yüksek kaliteli antosiyaninler elde etmek için oldukça verimli ve basit bir tekniktir. Prob tipi sonikatörlerin kullanılması, bitkilerden yüksek kaliteli antosiyaninlerin salınmasını destekleyerek daha yüksek verim ve hızlı bir işlem sağlar. Aynı zamanda sonikasyon, gıda ve farmasötik kullanıma uygun saflıkta antosiyaninlerin endüstriyel üretimi için nazik, çevreci ve verimli bir tekniktir.

Antosiyaninler – Sonikatör Kullanarak Yüksek Kaliteli Antosiyaninler Nasıl Ekstrakte Edilir?

Antosiyaninler, gıda endüstrisinde doğal renklendiriciler olarak yaygın biçimde kullanılır. Moleküler yapıya ve pH değerine bağlı olarak turuncudan kırmızıya, mora ve maviye uzanan geniş bir renk tonu yelpazesine sahiptirler. Antosiyaninlere duyulan ilgi yalnızca renklendirme etkilerine değil, sağlığa yararlı özelliklerine de dayanır. Sentetik boyalarla ilgili çevre ve sağlık kaygılarının artması nedeniyle doğal boyalar, gıda ve ilaç endüstrisi için çevre dostu renklendiriciler olarak çok iyi bir alternatiftir.

Ultrason ile İyileştirilmiş Antosiyanin Ekstraksiyonu

Ultrason ile Antosiyaninler Nasıl Ekstrakte Edilir? – Vaka Çalışmaları

Oryza Sativa L. Mor Pirincinden Ultrasonik Antosiyanin Ekstraksiyonu

Oryza Sativa çeşidinin mor pirinci (Violet Nori veya mor pirinç olarak da bilinir), antosiyaninlerin flavonoid grubu gibi fenolikler açısından olağanüstü zengindir. Turrini et al. (2018), mor pirincin karyopsisinden (tam, esmer ve ön haşlanmış biçimlerde) ve yapraklarından antosiyaninler ve antioksidanlar gibi polifenolik bileşikleri izole etmek için ultrasonik ekstraksiyon kullanmıştır. Ultrasonik ekstraksiyonda Hielscher UP200St (200W, 26kHz, soldaki resim) sonikatörü ve çözücü olarak %60 etanol kullanılmıştır.
Antosiyaninlerin bütünlüğünü korumak için ultrasonik ekstraktlar −20°C sıcaklıkta saklanmış, böylece en az üç aya kadar saklanabilmeleri sağlanmıştır.
Turrini et al. çalışmasında incelenen ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ ve ‘Nerone’ çeşitlerinde tespit edilen antosiyaninler arasında siyanidin-3 glukozit (krizantemin olarak da bilinir) açık ara en baskın olanıdır; peonidin-3-glukozit ve siyanidin-3-rutinozit (antirrinin olarak da bilinir) ise daha düşük miktarlarda bulunmuştur.
Oryza Sativa bitkisinin mor yaprakları, antosiyaninler ve toplam fenolik içerik (TPC) açısından mükemmel bir kaynaktır. Pirinç ve undakine göre yaklaşık 2–3 kat daha yüksek miktar içeren Oryza yaprakları, antosiyanin ekstraksiyonu için ucuz bir ham madde sunar. Yaklaşık 4 kg antosiyanin/t taze yaprak olarak tahmin edilen verim; 100 kg çeltikten yaklaşık 68 kg pirinç elde edilmesi için, ‘Violet Nori’ pirincinde tespit edilen ortalama antosiyanin miktarları (siyanidin-3-glukozit olarak 1300 µg/g pirinç) temel alınarak hesaplanan 1 kg antosiyanin/t pirinç veriminden önemli ölçüde daha yüksektir.

Kırmızı Lahanadan Ultrasonik Antosiyanin Ekstraksiyonu

Ravanfar et al. (2015), kırmızı lahanadan antosiyaninlerin ultrasonik ekstraksiyonunun verimliliğini araştırmıştır. Ultrasonik ekstraksiyon deneylerinde UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W) ultrasonik sistemi kullanılmıştır. MS10 sonotrotu (10mm uç çapı), sıcaklığı kontrol edilen ceketli bir cam beherin merkezine yerleştirilmiştir.

Bu deneyde, 5mm boyutunda (küp şeklinde) ve %92,11 ± 0,45 nem içeriğine sahip, taze kesilmiş kırmızı lahana parçaları kullanılmıştır. Ceketli bir cam behere (hacim: 200ml) 100ml distile su ve 2g kırmızı lahana parçası konulmuştur. İşlem sırasında buharlaşma yoluyla çözücü (su) kaybını önlemek için beher alüminyum folyoyla kapatılmıştır. Tüm deneylerde beherdeki sıcaklık termostatik kontrolör kullanılarak sabit tutulmuştur. Son olarak numuneler toplanmış, filtrelenmiş ve 4000rpm hızda santrifüjlenmiş; antosiyanin verimini belirlemek için süpernatanlar kullanılmıştır. Kontrol deneyi olarak su banyosunda ekstraksiyon gerçekleştirilmiştir.
Kırmızı lahanadan optimum antosiyanin verimi, 100 W güçte, 30 min sürede ve 15°C sıcaklıkta belirlenmiş; bu koşullar yaklaşık 21 mg/L antosiyanin verimi sağlamıştır.
pH değerine bağlı renk değişimleri ve yoğun renklendirme özelliği nedeniyle kırmızı lahana boyası, farmasötik formülasyonlarda pH indikatörü olarak veya gıda sistemlerinde antioksidan ve renklendirici olarak kullanılmıştır.

Ultrason, bitkisel materyalden antosiyanin ekstraksiyonunu önemli ölçüde yoğunlaştırır.
kaynak: Ravanfar et al. 2015

 
Diğer çalışmalar, yaban mersini, böğürtlen, üzüm, kiraz, çilek ve mor tatlı patates gibi kaynaklardan antosiyaninlerin başarıyla ultrasonik olarak ekstrakte edildiğini göstermektedir.

Yüksek Performanslı Ultrasonik Ekstraktörler

Hielscher Ultrasonics, bitkisel materyallerden yüksek kaliteli ekstraktlar üretmek için yüksek performanslı ultrasonik işlemcilerin imalatında uzmanlaşmıştır.
Hielscher sonikatörlerinin geniş ürün portföyü, küçük ve güçlü laboratuvar ultrasonikatörlerinden sağlam masaüstü sistemlere ve tamamen endüstriyel sistemlere kadar uzanır. Bu sistemler, biyoaktif maddelerin (ör. antosiyaninler, gingerol, piperin, kurkumin vb.) verimli ekstraksiyonu ve izolasyonu için yüksek yoğunluklu ultrason sağlar.
200W ile 16.000W arasındaki tüm ultrasonikatörler; dijital kontrol için renkli dokunmatik ekran, otomatik veri kaydı için entegre SD kart, tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol ve daha birçok kullanıcı dostu özellik sunar. Sonotrotlar ve akış hücreleri (ortamla temas eden parçalar) otoklavlanabilir ve kolayca temizlenebilir.
Hielscher sonikatörleri son derece sağlamdır ve tam yük altında 24/7 çalışma için üretilmiştir; düşük bakım gerektirir ve kolay, güvenli kullanım sunarlar. Dijital renkli ekran, ultrasonikatörün kullanıcı dostu biçimde kontrol edilmesini sağlar.
Sistemlerimiz düşük genliklerden çok yüksek genliklere kadar genlik sağlayabilir. Kannabinoidlerin ve terpenlerin ekstraksiyonu için, yüksek kaliteli aktif maddelerin nazik izolasyonuna yönelik optimize edilmiş özel ultrasonik sonotrotlar (ultrasonik problar veya hornlar olarak da bilinir) sunuyoruz. Tüm sistemlerimiz, kannabinoidlerin ekstraksiyonu ve ardından emülsifikasyonu için kullanılabilir. Hielscher sonikatörlerinin sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda kesintisiz çalışmaya (24/7) olanak tanır.

Ultrasonik işlem parametrelerinin hassas kontrolü, tekrarlanabilirlik ve işlem standardizasyonu sağlar.
 

Aşağıdaki tablo, ultrasonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:

Literatür / Referanslar

• 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.

Bilinmesi Gereken Bilgiler

Ultrason Destekli Ekstraksiyon Nasıl Çalışır?

Sıvı bir ortama yoğun ultrason dalgalarının uygulanması kavitasyona yol açar. Kavitasyon olgusu, ortamda yerel olarak aşırı sıcaklıklara, basınçlara, ısıtma/soğutma hızlarına, basınç farklarına ve yüksek kesme kuvvetlerine yol açar. Kavitasyon kabarcıkları katıların (parçacıklar, bitki hücreleri, dokular vb.) yüzeyinde içe doğru çöktüğünde, mikro jetler ve parçacıklar arası çarpışmalar yüzey soyulması, erozyon ve parçacık parçalanması gibi etkiler oluşturur. Ayrıca sıvı ortamlardaki kavitasyon kabarcıklarının içe doğru çökmesi, makro türbülanslar ve mikro karışma oluşturur.
Bitkisel materyalin ultrasona maruz bırakılması, bitki hücrelerinin matrisini parçalar ve bu matrisin hidrasyonunu artırır. Chemat et al (2015), bitkisel materyallerden biyoaktif bileşiklerin ultrasonik ekstraksiyonunun parçalanma, erozyon, kapilarite, doku yapısının bozulması ve sonoporasyon dahil olmak üzere birbirinden bağımsız veya birlikte işleyen farklı mekanizmaların sonucu olduğu sonucuna varmıştır. Bu etkiler hücre duvarını parçalar, çözücüyü hücre içine itip bitkisel bileşiklerle yüklü çözücüyü dışarı çekerek kütle transferini iyileştirir ve mikro karışma yoluyla sıvı hareketini sağlar.

Ultrasonik ekstraksiyon, akustik kavitasyona ve bunun hidrodinamik kesme kuvvetlerine dayanır

Bitkisel materyalin ultrasona maruz bırakılması, bitki hücrelerinin matrisini parçalar ve bu matrisin hidrasyonunu artırır. Chemat et al. (2015), bitkisel materyallerden biyoaktif bileşiklerin ultrasonik ekstraksiyonunun; parçalanma, erozyon, kapilarite, doku yapısının bozulması ve sonoporasyon dahil olmak üzere birbirinden bağımsız veya birlikte işleyen farklı mekanizmaların sonucu olduğu sonucuna varmıştır. Bu etkiler hücre duvarını parçalar, çözücüyü hücre içine itip bitkisel bileşiklerle yüklü çözücüyü dışarı çekerek kütle transferini iyileştirir ve mikro karışma yoluyla sıvı hareketini sağlar.
Ultrasonik ekstraksiyon, bileşiklerin çok hızlı izolasyonunu sağlar – daha kısa işlem süresi, daha yüksek verim ve daha düşük sıcaklıklar açısından geleneksel ekstraksiyon yöntemlerini geride bırakır. Nazik bir mekanik işlem olan ultrason destekli ekstraksiyon, biyoaktif bileşenlerin termal bozunmasını önler ve ısıya duyarlı molekülleri tahrip ettiği bilinen geleneksel çözücü ekstraksiyonu, hidrodistilasyon veya Soxhlet ekstraksiyonu gibi diğer tekniklere kıyasla üstünlük gösterir. Bu avantajları nedeniyle ultrasonik ekstraksiyon, sıcaklığa duyarlı biyoaktif bileşiklerin bitkisel materyallerden salınması için tercih edilen tekniktir.

Bitki hücrelerinden ultrasonik ekstraksiyon: mikroskobik enine kesit (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasında gerçekleşen etkilerin mekanizmasını gösterir (büyütme 2000x) [kaynak: Vilkhu et al. 2011]

Antosiyanin – Değerli bir bitki pigmenti

Antosiyaninler; kırmızı, mor, mavi veya siyah görünebilen vakuoler bitki pigmentleridir. Suda çözünen antosiyanin pigmentlerinin gösterdiği renk, pH değerlerine bağlıdır. Antosiyaninler, çoğunlukla çiçeklerde ve meyvelerde, ayrıca yapraklarda, gövdelerde ve köklerde hücre vakuolünde bulunur; bu kısımlarda çoğunlukla epidermis ve periferik mezofil hücreleri gibi dış hücre katmanlarında yer alırlar.
Doğada en sık bulunanlar siyanidin, delfinidin, malvidin, pelargonidin, peonidin ve petunidin glikozitleridir.
Antosiyanin açısından zengin bitkilerin öne çıkan örnekleri arasında yaban mersini, turna yemişi ve çoban üzümü gibi vaccinium türleri; siyah ahududu, kırmızı ahududu ve böğürtlen dahil Rubus meyveleri; siyah frenk üzümü, kiraz, patlıcan, siyah pirinç, ube, Okinawa tatlı patatesi, Concord üzümü, muscadine üzümü, kırmızı lahana ve menekşe taç yaprakları bulunur. Kırmızı etli şeftaliler ve elmalar antosiyanin içerir. Antosiyaninler muz, kuşkonmaz, bezelye, rezene, armut ve patateste daha az miktarda bulunur ve yeşil bektaşi üzümünün belirli çeşitlerinde tamamen bulunmayabilir.

Başlıca antosiyaninlerin yapısı

Antosiyaninler, gıda ürünlerindeki sentetik renklendiricilerin yerine kullanılabilecek çok iyi bir alternatiftir. Antosiyaninlerin Avrupa Birliği, Avustralya ve Yeni Zelanda’da gıda renklendiricisi olarak kullanımı onaylanmıştır ve renklendirici kodları E163’tür. Antosiyaninler meyve ve sebzelerde bulunur ve suda çözünen bitki pigmentlerinin bir türü olarak tanımlanabilir. Kimyasal açıdan antosiyaninler, 2-phenylbenzophyrylium (flavylium) yapısına dayanan antosiyanidinlerin glikozitleridir. Antosiyanin kategorisine giren 200’den fazla farklı fitokimyasal vardır. Yabani meyvelerde ve üzümsü meyvelerde başlıca renk pigmenti olarak bulunan antosiyaninlerin ekstrakte edilebileceği birçok kaynak mevcuttur. Antosiyaninlerin öne çıkan kaynaklarından biri üzüm kabuğudur. Üzüm kabuğundaki antosiyanin pigmentleri esas olarak peonidin, malvidin, siyanidin, petunidin ve delfinidinin diglukozitleri, monoglukozitleri, açillenmiş monoglukozitleri ve açillenmiş diglukozitlerinden oluşur. Üzümlerdeki antosiyanin içeriği 30–750mg/100g arasında değişir.
En öne çıkan antosiyaninler siyanidin, delfinidin, pelargonidin, peonidin, malvidin ve petunidindir.
Örneğin peonidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6″-caffeoyl-6‴-feruloyl sophoroside)-5-glucoside ve cyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside antosiyaninleri mor tatlı patateslerde bulunur.

Antosiyaninler – Sağlığa faydaları

Antosiyaninler, doğal gıda renklendiricisi olarak işlev görme konusundaki yüksek kapasitelerinin yanı sıra antioksidatif etkileri nedeniyle de oldukça değerli kabul edilir. Bu nedenle antosiyaninlerin sağlık üzerinde birçok olumlu etkisi vardır. Araştırmalar, antosiyaninlerin kanser hücrelerinde DNA hasarını engelleyebildiğini, sindirim enzimlerini inhibe edebildiğini, izole pankreas hücrelerinde insülin üretimini uyarabildiğini, enflamatuvar yanıtları azaltabildiğini, beyin işlevinde yaşa bağlı gerilemeye karşı koruma sağlayabildiğini, kılcal kan damarlarının sızdırmazlığını artırabildiğini ve trombosit agregasyonunu önleyebildiğini göstermiştir.