Ультразвукова екстракція піперину з перцю

• Піперин – це біоактивна речовина, яка міститься в плодах перцю і цінується за свої фармакологічні властивості.
• Ультразвук – це ефективна, проста та швидка техніка екстракції для ізоляції піперину високої якості.
• Ультразвукова екстракція – це надійний і перевірений метод, який уже широко використовується в фармацевтичній та харчовій промисловості.

Екстракція піперину за допомогою високоефективного ультразвуку

Піперин – цінна біоактивна сполука, відома своєю здатністю підвищувати засвоєння куркуміну, селену, вітаміну B12, бета-каротину та інших сполук. Тому фармацевтична та нутриціологічна промисловість дуже зацікавлена у швидкій та простій екстракції піперину високої якості.
Традиційна екстракція піперину та піперидину здійснюється за допомогою тривалої екстракції розчинниками з використанням токсичного DMC (дихлорметану). Ультразвукова екстракція перевищує традиційну екстракцію розчинниками завдяки більш високим виходам, використанню нетоксичних розчинників (наприклад, етанолу) та швидкому процесу екстракції. Високоефективний ультразвук створює кавітацію в рідинах. Акустична або ультразвукова кавітація генерує локальні екстремальні умови, такі як надвисокі температури та різниці тиску, рідинні струмені та зсувні сили. Ці ультразвукові сили руйнують клітинні стінки та збільшують масоперенос між внутрішнім середовищем клітини та навколишнім розчинником, так що біоактивні речовини вивільняються. Ультразвукова екстракція – це перевірена техніка для ізоляції цільових сполук, таких як піперин, з меленого перцю (piper nigrum, piper longum).

Оптимальні умови екстракції за допомогою ультразвукової обробки

Однією з найважливіших переваг ультразвукової ізоляції є точне керування всіма параметрами процесу. Інтенсивність ультразвуку (амплітуда, потужність, коефіцієнт заповнення), час екстракції, розчинник, співвідношення тверда речовина/розчинник та температура можуть бути налаштовані на оптимальні умови для отримання найвищого виходу піперину високої якості.

Приклад протоколу для ультразвукової екстракції піперину

У лабораторній установці зі склянкою максимальний вихід піперину (5,8 mg/g) з меленого Piper longum отримують за оптимізованих умов ультразвукової екстракції, які виявилися такими:
Соникатор UP200St або UP200Ht (200W, 26kHz)
ультразвукові параметри: 100% амплітуда, 80% коефіцієнт заповнення
час ультразвукової обробки: приблизно 18 хв.
розчинник: етанол
співвідношення тверда речовина/розчинник: 1:10
tемпература: 50°C

Превосхідні результати

Ультразвукова екстракція має суттєві переваги порівняно з традиційною партійною та екстракцією розчинниками. Rathod (2014) показує, що час екстракції зменшується з 8h для партійної екстракції розчинниками та 4h для екстракції за Сокслетом до 18 min. для ультразвукової екстракції. Крім того, ультразвукова екстракція забезпечує більш високий вихід піперину. Виходи піперину, отримані за допомогою екстракції за Сокслетом та партійної екстракції, становили 1,67 mg/g та 0,98 mg/g відповідно, що було значно нижче за вихід, отриманий за допомогою ультразвуку, – 5,8mg/g. Rathod (2014) стверджує, що ультразвукова екстракція природних фітоконституентів, таких як піперин, зменшує проблему низької екстрагованості та тривалого часу екстракції порівняно з традиційними методами.

Ультразвук успішно використовується також для екстракції ефірних олій з чорного перцю. Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову гідродистилляцію ефірних олій!

Знайдіть найкращий соникатор для екстракції піперину

Hielscher Ultrasonics – досвідчений виробник високоефективних систем ультразвукової екстракції. Наш портфель продукції охоплює малі, потужні лабораторні ультразвукові гомогенізатори до надійних стаціонарних та промислових систем, які забезпечують ультразвук високої інтенсивності для ефективної екстракції та ізоляції біоактивних речовин (наприклад, піперину, куркуміну і т.д.).
Усі ультразвукові пристрої від 200W до 16 000W мають кольоровий дисплей для цифрового управління, вбудовану SD-карту для автоматичного запису даних, дистанційне керування через браузер та багато інших зручних функцій. Сонотроди та проточні комірки (частини, які контактують із середовищем) можна стерилізувати в автоклаві, і їх легко чистити.
Усі наші ультразвукові гомогенізатори розроблені для роботи 24/7, потребують низького рівня обслуговування та є простими й безпечними в експлуатації.

У таблиці нижче наведено орієнтовну продуктивність обробки наших ультразвукових гомогенізаторів:

Література/Посилання

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Антиоксидантний та антиглікаційний потенціал чорного перцю (Piper nigrum): оптимізація екстракції на основі β-циклодекстрину за допомогою методу поверхні відгуку. Food Chemistry, Volume 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ультразвукова екстракція піперину з білого перцю на основі іонних рідин. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Екстракція піперину з Piper longum за допомогою ультразвуку. Технічні культури та продукція Том 58, 2014. 259-264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Оптимізація екстракції фенольних сполук з ююби (Ziziphus Jujube) за допомогою методу ультразвукової екстракції.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Екстракція та характеристика білків з квіток банана (Musa Sapientum L) та оцінка їхньої антимікробної активності. 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): Оптимізація параметрів екстракції епігаллокатехінгалату за допомогою традиційного гарячого води та ультразвукової екстракції з зеленого чаю. Переробка харчових продуктів та біопродукції 111 (2018). 37–44.

Факти, які варто знати

Ультразвукова екстракція

Ультразвукова екстракція біоактивних речовин із рослинної сировини базується на принципі акустичної кавітації. Акустична кавітація виникає, коли високі інтенсивності ультразвукових хвиль (наприклад, високі амплітуди 100µm, що генеруються ультразвуком 20-26kHz) передаються в рідину. Кавітаційні зсувні сили перфорують і руйнують клітинні стінки рослинного матеріалу, а також втягують і витягують навколишній розчинник всередину та ззовні клітини. Після процесу екстракції розчинник містить цільові молекули, які потім можна відокремити (наприклад, за допомогою центрифугування). Ультразвукова екстракція відома тим, що забезпечує високі виходи неушкоджених фітоекстрактів.

Ультразвукова екстракція з клітин: мікроскопічний поперечний зріз (TS) апікального стебла м’яти (Mentha piperita) демонструє механізм дії під час ультразвукової екстракції з клітин (збільшення 2000x) [джерело: Vilkhu et al. 2011]

Піперин

Піперин (1-piperyol-piperidine) є основною гострою сполукою перцю (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Смак перцю, його гострота та, отже, його якість корелюють з кількістю піперину. Цю якість можна змінити, гідролізуючи піперин, так що пептидинове кільце розщеплюється.
Піперин відомий своїми різноманітними фармакологічними ефектами, наприклад, протигрибковою, протидіарейною, протизапальною дією та інгібуванням активності 5-ліпоксигенази і циклооксигенази-1. Крім того, піперин підвищує біодоступність куркуміну на 2000%. Тому піперин є популярною речовиною, що використовується у формуляціях добавок (наприклад, BioPerine®).
Піперин можна екстрагувати з Piper nigrum та Piper longum.
Піперидин – це циклічний вторинний амін, молекулярна структура якого зустрічається у багатьох рослинних алкалоїдах. Піперидин утворюється внаслідок гідролізу піперину. Піперидин та його похідні є поширеними будівельними блоками у синтезі фармацевтичних препаратів та тонкої хімії.

Перець

Piper nigrum, чорний перець, є квітучою лозою з родини Piperaceae. Його вирощують заради плодів-перців, які зазвичай висушують і використовують як прянощі та приправи. Чорний, зелений та білий перець отримують з рослини чорного перцю. Різні кольори є результатом обробки та підготовки плодів. Чорний перець отримують шляхом варіння незрілих плодів у гарячій воді та їх подальшого висушування. Білий перець збирають як повністю дозрілі ягоди рослини перцю; потім темну шкірку дозрілого плоду видаляють (мацерування). Зелений перець виготовляють із незрілих плодів шляхом обробки їх діоксидом сірки, консервацією або ліофілізацією для збереження зелених пігментів.

Piper longum Linn, також відомий як індійський довгий перець (піплі), є близьким родичем Piper nigrum і має подібний, але гостріший смак, ніж Piper nigrum.
Плоди Piper longum містять приблизно 1% ефірних олій, смоли, алкалоїди піперин і піперлонгумінін, воскоподібний алкалоїд Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide та терпеноїдну речовину. Піперидиновий алкалоїд піперин відповідає за гострий, пекучий смак ягід перцю. Піперлонгумін є фармакологічно активною речовиною, яка проявляє активність проти багатьох видів раку, включаючи рак простати, молочної залози, легень, товстої кишки, лімфому, лейкоз, первинні пухлини мозку та рак шлунка.
Крім того, у ягодах перцю можна знайти такі кількості мінералів: 1230mg/100g кальцію, 190mg/100g фосфору та 62,1mg/100g заліза. Корені містять піперин, піперлонгумін або піплартин та дигідростигмастерол.