Ультразвукова екстракція антоціанів

Антоціани широко використовуються в якості природного барвника і харчової добавки в харчових продуктах. Ультразвукова екстракція є високоефективним і простим методом отримання високоякісних антоціанів. Використання зондових сонікаторів сприяє вивільненню високоякісних антоціанів з рослин, що призводить до більш високих врожаїв і швидкого процесу. У той же час ультразвукова діагностика є м'яким, екологічним та ефективним методом промислового виробництва антоціанів харчового та фармацевтичного класу.

антоціани – Як витягти високоякісні антоціани за допомогою сонікатора

Антоціани широко використовуються в якості природних барвників в харчовій промисловості. Вони мають широкий спектр колірних тонів, починаючи від помаранчевого через червоний, закінчуючи фіолетовим і синім, в залежності від молекулярної структури і значення рН. Інтерес до антоціанів обумовлений не тільки їх фарбувальним ефектом, але і корисними для здоров'я властивостями. У зв'язку зі зростаючими екологічними проблемами та проблемами зі здоров'ям щодо синтетичних барвників, натуральні барвники є чудовою альтернативою як екологічно чистий барвник для харчової та фармацевтичної промисловості.

Ультразвуково покращена екстракція антоціанів

Як витягти антоціаніни за допомогою ультразвуку? – Приклади з практики

Ультразвукова екстракція антоціану з фіолетового рису Oryza Sativa L.

Фіолетовий рис штаму Oryza Sativa (також відомий як Violet Nori або фіолетовий рис) надзвичайно багатий фенолами, такими як фавоноїдна група антоціанів. Turrini et al. (2018) використовували ультразвукову екстракцію для виділення поліфенолів, таких як антоціани та антиоксиданти, з каріопсису (у цілісному, коричневому та пропареному вигляді) та листя фіолетового рису. Ультразвукова екстракція проводилася за допомогою апарату Хільшера UP200St (200 Вт, 26 кГц, Пік. ліворуч) та етанол 60% як розчинник.
Для збереження цілісності антоціанів ультразвукові екстракти зберігали при температурі −20°С, що дозволяло зберігати їх не менше трьох місяців.
Глюкозид ціанідин-3 (також відомий як хризантемін) на сьогоднішній день був основним виявленим антоціаном у сортах 'Violet Nori', 'Artemide' та 'Nerone', досліджених у дослідженні Turrini et al., тоді як пеонідин-3-глюкозид та ціанідин-3-рутинозид (також антирринін) були виявлені в менших кількостях.
Листя фіалки Oryza Sativa є чудовим джерелом антоціанів і загального вмісту фенолів (TPC). З кількістю, що приблизно в 2–3 рази перевищує кількість у рисі та борошні, листя орізи є недорогою сировиною для екстракції антоціанів. Орієнтовний вихід близько 4 кг антоціану/т свіжого листя значно вищий, ніж у 1 кг антоціану/т рису, розрахований на основі середніх кількостей антоціанів, виявлених у рисі «Violet Nori» (1300 мкг/г рису, як ціанідин-3-глюкозид) для виходу близько 68 кг рису зі 100 кг рису.

Ультразвукова екстракція антоціанів з червонокачанної капусти

Ravanfar et al. (2015) досліджували ефективність ультразвукової екстракції антоціанів з червонокачанної капусти. Експерименти з ультразвукової екстракції проводилися з використанням ультразвукової системи UP100H (Hielscher Ultrasounds, 30 кГц, 100 Вт). Сонотрод MS10 (діаметр наконечника 10 мм) був вставлений в центр скляної скляної склянки з сорочкою з контрольованою температурою.

Для цього експерименту використовували свіжонарізані шматочки червонокачанної капусти розміром 5 мм (кубічна форма) та вологістю 92,11 ± 0,45 %. Скляну мензурку з сорочкою (об'єм: 200 мл) наповнили 100 мл дистильованої води та 2 г шматочків червонокачанної капусти. Мензурка була покрита алюмінієвою фольгою, щоб запобігти втраті розчинника (води) шляхом випаровування під час процесу. У всіх експериментах температура в мензурці підтримувалася за допомогою термостатичного регулятора. Зразки нарешті збирали, фільтрували та центрифугували при 4000 об/хв, а для визначення виходу антоціанів використовували супернатанти. Екстракція на водяній бані проводилася в якості контрольного експерименту.
Оптимальний вихід антоціану з червонокачанної капусти визначали при потужності 100 Вт, часі 30 хв і температурі 15 °С, в результаті чого вихід антоціану становив близько 21 мг/л.
Завдяки зміні кольору на значення рН та інтенсивному фарбуванню червонокачанний барвник використовується як індикатор рН у фармацевтичних рецептурах або як антиоксидант і барвник у харчових системах відповідно.

Ультразвук значно інтенсифікує екстракцію антоціанів з рослинної сировини.
джерело: Ravanfar et al. 2015

 
Інші дослідження демонструють успішну ультразвукову екстракцію антоціанів з чорниці, ожини, винограду, вишні, полуниці та фіолетової солодкої картоплі.

Високоефективні ультразвукові екстрактори

Компанія Hielscher Ultrasonics спеціалізується на виробництві високопродуктивних ультразвукових процесорів для виробництва високоякісних екстрактів з рослинних компонентів.
Широкий асортимент ультразвукових апаратів Hielscher варіюється від невеликих потужних лабораторних ультразвукових приладів до надійних настільних і повністю промислових систем, які забезпечують ультразвук високої інтенсивності для ефективного вилучення та виділення біологічно активних речовин (наприклад, антоціанів, гінгерол, Піперин, куркумін і т.д.).
Всі ультразвукові апарати від 200 Вт до 16 000 Вт Оснащений кольоровим сенсорним дисплеєм для цифрового керування, вбудованою SD-картою для автоматичного запису даних, дистанційним керуванням браузером та багатьма іншими зручними функціями. Сонотроди і проточні комірки (деталі, які контактують із середовищем) можуть бути автоклавовані і легко чистяться.
Звукозвуки Hielscher дуже надійні та створені для роботи 24/7 при повному навантаженні, при цьому вимагають недостатнього обслуговування та прості та безпечні в експлуатації. Цифровий кольоровий дисплей дозволяє зручно керувати ультразвуковим апаратом.
Наші системи здатні передавати від низьких до дуже високих амплітуд. Для екстракції канабіноїдів і терпенів ми пропонуємо спеціальні ультразвукові сонотроди (також відомі як ультразвукові зонди або ріжки), які оптимізовані для розумного виділення високоякісних активних речовин. Всі наші системи можуть бути використані для екстракції та подальшої емульгування канабіноїдів. Міцність звукорежисерів Hielscher забезпечує безперервну роботу (24/7) у важких умовах експлуатації та в складних умовах.

Точний контроль параметрів ультразвукового процесу забезпечує відтворюваність і стандартизацію процесу.
 

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Література / Список літератури

• 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.

Факти, які варто знати

Як відбувається екстракція за допомогою ультразвуку?

Застосування інтенсивних ультразвукових хвиль до рідкого середовища призводить до кавітації. Феномен Кавітації Локально призводить до екстремальних температур, тиску, швидкості нагрівання/охолодження, перепадів тиску та високих сил зсуву в середовищі. Коли кавітаційні бульбашки вибухають на поверхні твердих речовин (таких як частинки, рослинні клітини, тканини тощо), мікрострумені та міжчастинкове зіткнення створюють такі ефекти, як поверхневе відшарування, ерозія та розпад частинок. Крім того, імплозія кавітаційних бульбашок у рідких середовищах створює макротурбулентності та мікроперемішування.
Ультразвукове опромінення рослинного матеріалу фрагментує матрикс рослинних клітин і підсилює їх гідратацію. Chemat et al. (2015) роблять висновок, що ультразвукова екстракція біологічно активних сполук з рослинних компонентів є результатом різних незалежних або комбінованих механізмів, включаючи фрагментацію, ерозію, капілярність, детекстурацію та сонопорацію. Ці ефекти руйнують клітинну стінку, покращують масообмін шляхом виштовхування розчинника в клітину та висмоктування розчинника, завантаженого фітосполуками, а також забезпечують рух рідини шляхом мікрозмішування.

Ультразвукова екстракція заснована на акустичній кавітації та її гідродинамічних силах зсуву

Ультразвукове опромінення рослинного матеріалу фрагментує матрикс рослинних клітин і підсилює їх гідратацію. Chemat et al. (2015) роблять висновок, що ультразвукова екстракція біологічно активних сполук з рослинних компонентів є результатом різних незалежних або комбінованих механізмів, включаючи фрагментацію, ерозію, капілярність, детекстурацію та сонопорацію. Ці ефекти руйнують клітинну стінку, покращують масообмін шляхом виштовхування розчинника в клітину та висмоктування розчинника, завантаженого фітосполуками, а також забезпечують рух рідини шляхом мікрозмішування.
Ультразвукова екстракція забезпечує дуже швидку ізоляцію сполук, перевершуючи традиційні методи екстракції за коротший час процесу, вищий вихід і нижчі температури. Як м'яка механічна обробка, екстракція за допомогою ультразвуку дозволяє уникнути термічної деградації біологічно активних компонентів і перевершує її в порівнянні з іншими методами, такими як звичайна екстракція розчинником, гідродистиляція або екстракція Сокслета, які, як відомо, руйнують чутливі до тепла молекули. Завдяки цим перевагам ультразвукова екстракція є кращим методом для вивільнення чутливих до температури біологічно активних сполук з рослинних компонентів.

Ультразвукова екстракція з рослинних клітин: мікроскопічний поперечний розріз (ТС) показує механізм дії під час ультразвукової екстракції з клітин (збільшення 2000x) [джерело: Vilkhu et al. 2011]

Антоціан – Цінний рослинний пігмент

Антоціани - це вакуолярні рослинні пігменти, які можуть бути червоними, фіолетовими, синіми або чорними. Колірна експресія водорозчинних пігментів антоціанів залежить від значення їх рН. Антоціани містяться в клітинній вакуолі, переважно в квітках і плодах, а також у листі, стеблах і коренях, де вони містяться переважно в зовнішніх клітинних шарах, таких як епідерміс і периферичні клітини мезофілу.
Найчастіше в природі зустрічаються глікозиди ціанідин, дельфінідин, мальвідин, пеларгонідин, пеонідин і петунідин.
Яскравими прикладами рослин, багатих на антоціани, є види Vaccinium, такі як чорниця, журавлина та чорниця; Ягоди рубуса, включаючи чорну малину, червону малину та ожину; чорна смородина, вишня, баклажани, чорний рис, убе, окінавський батат, виноград Конкорд, мускатний виноград, червонокачанна капуста, пелюстки фіалки. Персики і яблука з червоною м'якоттю містять антоціани. Антоціани менш поширені в бананах, спаржі, гороші, фенхелі, груші та картоплі, і можуть бути повністю відсутніми в деяких сортах зеленого аґрусу.

Будова основних антоціанів

Антоціани є чудовою альтернативою для заміни синтетичних барвників у харчових продуктах. Антоціани дозволені для використання в якості харчових барвників в Європейському Союзі, Австралії та Новій Зеландії, мають код барвника E163. Антоціани містяться у фруктах і овочах і можуть бути описані як тип водорозчинних рослинних пігментів. За хімічним складом антоціани є глікозидами антоціанідинів на основі структури 2-фенілбензофілію (флавилію). Існує понад 200 різних фітохімічних речовин, які належать до категорії антоціанів. Як основний колірний пігмент у дикорослих фруктах і ягодах існує багато джерел, з яких можна витягти антоціани. Яскравим джерелом антоціанів є шкірка винограду. Антоціанові пігменти в шкірці винограду складаються в основному з ди-глюкозидів, моноглюкозидів, ацильованих моноглюкозидів, а також ацильованих ди-глюкозидів пеонідину, мальвідину, ціанідину, петунідину і дельфінідину. Вміст антоціанів у винограді коливається в межах 30-750 мг/100 г.
Найбільш відомими антоціанами є ціанідин, дельфінідин, пеларгонідин, пеонідин, мальвідин і петунідин.
Наприклад, у фіолетовому солодкому картоплі містяться антоціани пеонідин-3-кафеїл-п-гідроксібензоїлсофорозид-5-глюкозид, пеонідин-3-(6"-кафееоїл-6'''-ферулоїлсофорозид)-5-глюкозид і ціанідин-3-кафеїл-п-гідроксібензоїлсофорозид-5-глюкозид.

антоціани – Користь для здоров'я

Крім своєї великої здатності функціонувати як природний харчовий барвник, антоціани високо цінуються за їх антиоксидантну дію. Тому антоціани виявляють багато позитивних ефектів для здоров'я. Дослідження показали, що антоціани можуть пригнічувати пошкодження ДНК у ракових клітинах, пригнічувати травні ферменти, індукувати вироблення інсуліну в ізольованих клітинах підшлункової залози, зменшувати запальні реакції, захищати від вікового зниження функції мозку, покращувати щільність капілярних кровоносних судин та запобігати агрегації тромбоцитів.