Karabiberden Ultrasonik Piperin Ekstraksiyonu

• Piperin, karabiber tanelerinde bulunan ve farmakolojik özellikleri nedeniyle değer verilen biyoaktif bir maddedir.
• Ultrason, yüksek kaliteli piperini izole etmek için verimli, basit ve hızlı bir ekstraksiyon tekniğidir.
• Ultrasonik ekstraksiyon, ilaç ve gıda endüstrisinde hâlihazırda yaygın olarak kullanılan güvenilir ve kanıtlanmış bir yöntemdir.

Yüksek Performanslı Ultrason ile Piperin Ekstraksiyonu

Piperin, kurkumin, selenyum, B12 vitamini, beta-karoten ve diğer bileşiklerin emilimini artırma potansiyeliyle bilinen, değerli bir biyoaktif bileşiktir. Bu nedenle ilaç ve beslenme endüstrisi, yüksek kaliteli piperinin hızlı ve basit ekstraksiyonuna büyük ilgi duymaktadır.
Geleneksel piperin ve piperidin ekstraksiyonu, toksik DMC (diklorometan) kullanılarak zaman alıcı çözücü ekstraksiyonuyla gerçekleştirilir. Ultrasonik ekstraksiyon; daha yüksek verim, toksik olmayan çözücülerin (ör. etanol) kullanımı ve hızlı bir ekstraksiyon süreci sayesinde geleneksel çözücü ekstraksiyonundan üstündür. Yüksek performanslı ultrason, sıvılarda kavitasyon oluşturur. Akustik veya ultrasonik kavitasyon; son derece yüksek sıcaklık ve basınç farkları, sıvı jetleri ve kesme kuvvetleri gibi yerel olarak aşırı koşullar oluşturur. Bu ultrasonik kuvvetler hücre duvarlarını parçalar ve hücre içi ile çevredeki çözücü arasındaki kütle transferini artırarak biyoaktif maddelerin serbest kalmasını sağlar. Ultrasonik ekstraksiyon, öğütülmüş karabiberden piperin gibi hedef bileşikleri izole etmek için kanıtlanmış bir tekniktir (piper nigrum, piper longum).

Sonikasyon Kullanılarak Optimum Ekstraksiyon Koşulları

Ultrasonik izolasyonun en önemli avantajlarından biri, tüm proses parametrelerinin hassas kontrolüdür. Ultrasonik şiddet (genlik, güç, görev döngüsü), ekstraksiyon süresi, çözücü, katı/çözücü oranı ve sıcaklık, yüksek kaliteli piperini en yüksek verimle elde etmek için optimum koşullara ayarlanabilir.

Ultrasonik Piperin Ekstraksiyonu için Örnek Protokol

Küçük ölçekli bir beher düzeneğinde, maksimum piperin verimi (5,8 mg/g) öğütülmüş Piper longum bitkisinden, aşağıdaki şekilde belirlenmiş optimize edilmiş ultrasonik ekstraksiyon koşullarında elde edilir:
Sonikatör: UP200St veya UP200Ht (200W, 26kHz)
ultrasonik parametreler: %100 genlik, %80 görev döngüsü
sonikasyon süresi: yakl. 18 min.
çözücü: etanol
katı/çözücü oranı: 1:10
sıcaklık: 50°C

Üstün Sonuçlar

Ultrasonik ekstraksiyon, geleneksel kesikli ekstraksiyona ve çözücü ekstraksiyonuna göre önemli avantajlara sahiptir. Rathod (2014), kesikli çözücü ekstraksiyonunda 8h ve Soxhlet ekstraksiyonunda 4h olan ekstraksiyon süresinin, ultrasonik ekstraksiyonda 18 min. düzeyine indirildiğini göstermektedir. Ayrıca ultrasonik ekstraksiyon, daha yüksek piperin ekstraksiyon verimi sağlar. Soxhlet ekstraksiyonu ve kesikli ekstraksiyon yöntemleriyle elde edilen piperin ekstraksiyon verimleri sırasıyla 1,67 mg/g ve 0,98 mg/g olarak bulunmuştur; bu değerler ultrasonik olarak elde edilen 5,8mg/g veriminden çok daha düşüktür. Rathod (2014), piperin gibi doğal bitkisel bileşenlerin ultrason destekli ekstraksiyonunun, geleneksel yöntemlere kıyasla düşük ekstrakte edilebilirlik ve uzun ekstraksiyon süreleri sorununu azalttığı sonucuna varmaktadır.

Ultrason, karabiberden uçucu yağların ekstraksiyonunda da başarıyla kullanılmaktadır. Uçucu yağların ultrasonik hidrodistilasyonu hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!

Piperin Ekstraksiyonu için En İyi Sonikatörü Bulun

Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik ekstraksiyon sistemlerinin üretiminde uzun yıllara dayanan deneyime sahiptir. Ürün portföyümüz, küçük ve güçlü laboratuvar sonikatörlerinden sağlam tezgâh üstü ve endüstriyel sistemlere kadar uzanır. Bu cihazlar, biyoaktif maddelerin (ör. piperin, kurkumin vb.) verimli ekstraksiyonu ve izolasyonu için yüksek şiddetli ultrason sağlar.
200W ile 16.000W arasındaki tüm ultrasonik cihazlarda dijital kontrol için renkli ekran, otomatik veri kaydı için entegre SD kart, tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol ve daha birçok kullanıcı dostu özellik bulunur. Sonotrotlar ve akış hücreleri (ortamla temas eden parçalar) otoklavlanabilir ve kolayca temizlenir.
Tüm sonikatörlerimiz 24/7 çalışma için üretilmiştir, az bakım gerektirir ve kullanımları kolay ve güvenlidir.

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:

Literatür/Kaynaklar

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Yeşil karabiberin (Piper nigrum) antioksidan ve glikasyon karşıtı potansiyeli: β-siklodekstrin bazlı ekstraksiyonun yanıt yüzeyi metodolojisiyle optimizasyonu. Food Chemistry, Cilt 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Beyaz karabiberden iyonik sıvı bazlı ultrason destekli piperin ekstraksiyonu. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Ultrason kullanılarak Piper longum bitkisinden piperin ekstraksiyonu. Industrial Crops and Products Cilt 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Ultrason destekli ekstraksiyon yöntemi kullanılarak hünnabın (Ziziphus Jujube) fenolik bileşiklerinin ekstraksiyonunun optimize edilmesi.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Muz (Musa Sapientum L) çiçeğinden proteinlerin ekstraksiyonu ve karakterizasyonu ile antimikrobiyal aktivitelerinin değerlendirilmesi. 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): Yeşil çaydan geleneksel sıcak su ve ultrason destekli yöntemlerle epigallokateşin gallat ekstraksiyonunun parametrelerinin optimize edilmesi. Gıda ve Biyoürün İşleme 111 (2018). 37–44.

Bilinmesi Gerekenler

Ultrasonik Ekstraksiyon

Bitkilerden biyoaktif maddelerin ultrasonik ekstraksiyonu, akustik kavitasyon ilkesine dayanır. Akustik kavitasyon, çok yüksek şiddetli ultrason dalgalarının (ör. 20–26kHz ultrasonla üretilen 100µm düzeyindeki yüksek genlikler) bir sıvıya aktarılmasıyla oluşur. Kavitasyonun oluşturduğu kesme kuvvetleri, bitkisel materyalin hücre duvarlarını deler ve parçalar; çevredeki çözücüyü hücre içine ve dışına iter ve çeker. Ekstraksiyon işleminden sonra çözücü, daha sonra ayrılabilen (ör. santrifüjle) hedef molekülleri taşır. Ultrasonik ekstraksiyonun, bozulmamış bitkisel ekstraktları yüksek verimle sağladığı iyi bilinmektedir.

Hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon: Nanenin (Mentha piperita) tepe gövdesinin mikroskobik enine kesiti (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasında gerçekleşen etkilerin mekanizmasını göstermektedir (büyütme 2000x) [kaynak: Vilkhu et al. 2011]

Piperin

Piperin (1-piperyol-piperidine), karabiberin (piper nigrum / piper longum, Piperaceae) acılığını veren ana bileşiğidir. Karabiberin aroması, acılığı ve dolayısıyla kalitesi, piperin miktarıyla ilişkilidir. Bu kalite özelliği, piperinin hidrolize edilmesi ve bunun sonucunda piperidin halkasının parçalanmasıyla değiştirilebilir.
Piperin; örneğin antifungal, ishal karşıtı, antiinflamatuvar ve 5-lipoksijenazı ve siklooksijenaz-1’i inhibe edici aktiviteler gibi çeşitli farmakolojik etkileriyle bilinir. Ayrıca piperin, kurkuminin biyoyararlanımını %2000 artırır. Bu nedenle piperin, takviye formülasyonlarında (ör. BioPerine®) kullanılan popüler bir maddedir.
Piperin, Piper nigrum ve Piper longum bitkilerinden ekstrakte edilebilir.
Piperidin, birçok bitki alkaloidinde bulunan bir moleküler yapı olan halkalı bir sekonder amindir. Piperidin, piperinin hidrolizi sonucunda oluşur. Piperidin ve türevleri, ilaçların ve ince kimyasalların sentezinde yaygın olarak kullanılan yapı taşlarıdır.

Karabiber

Piper nigrum, yani karabiber, Piperaceae familyasından çiçekli bir sarmaşıktır. Genellikle kurutulup baharat ve çeşni olarak kullanılan karabiber tanesi meyveleri için yetiştirilir. Siyah, yeşil ve beyaz karabiber tanelerinin tümü karabiber bitkisinden elde edilir. Farklı renkler, karabiber tanelerine uygulanan işlemlerin ve hazırlama yöntemlerinin sonucudur. Siyah karabiber taneleri, olgunlaşmamış çekirdekli meyvelerin sıcak suda kaynatılması ve ardından kurutulmasıyla elde edilir. Beyaz karabiber, karabiber bitkisinin tamamen olgunlaşmış meyveleri olarak hasat edilir; ardından olgun meyvenin koyu renkli kabuğu uzaklaştırılır (suda bekleterek yumuşatma). Yeşil karabiber taneleri, yeşil renk maddelerini korumak için olgunlaşmamış çekirdekli meyvelere kükürt dioksit uygulanması, konserve edilmesi veya dondurularak kurutulmasıyla hazırlanır.

Piper longum Linn, Hint uzun biberi (pipli) olarak da bilinir ve Piper nigrum bitkisinin yakın akrabasıdır; tadı benzerdir, ancak Piper nigrum bitkisinden daha acıdır.
Piper longum meyveleri yaklaşık %1 uçucu yağ, reçine, piperin ve piperlonguminin alkaloidleri, mumsu bir alkaloid olan Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide ve bir terpenoid madde içerir. Piperidin alkaloidi piperin, biber meyvelerinin baharatlı ve acı tadından sorumludur. Piperlongumin; prostat, meme, akciğer, kolon, lenfoma, lösemi, primer beyin tümörleri ve mide kanseri dâhil birçok kansere karşı aktivite gösteren, farmakolojik olarak aktif bir maddedir.
Ayrıca biber meyvelerinde şu miktarlarda mineraller bulunabilir: 1230mg/100g kalsiyum, 190mg/100g fosfor ve 62,1mg/100g demir. Kökler piperin, piperlongumin veya piplartin ve dihidrostigmasterol içerir.