Khai thác siêu âm Anthocyanin

Anthocyanin được sử dụng rộng rãi như chất tạo màu tự nhiên và phụ gia dinh dưỡng trong các sản phẩm thực phẩm. Khai thác siêu âm là một kỹ thuật hiệu quả cao và đơn giản để có được anthocyanin chất lượng cao. Việc sử dụng sonicators loại đầu dò thúc đẩy giải phóng anthocyanin chất lượng cao từ thực vật dẫn đến năng suất cao hơn và quá trình nhanh chóng. Đồng thời, sonication là một kỹ thuật nhẹ, xanh và hiệu quả để sản xuất công nghiệp anthocyanin cấp thực phẩm và dược phẩm.

anthocyanin – Làm thế nào để trích xuất Anthocyanins chất lượng cao bằng cách sử dụng một Sonicator

Anthocyanin được sử dụng rộng rãi như chất tạo màu tự nhiên trong ngành công nghiệp thực phẩm. Chúng có phổ màu rộng, từ cam qua đỏ, đến tím và xanh, tùy thuộc vào cấu trúc phân tử và giá trị pH. Sự quan tâm đến anthocyanin không chỉ dựa trên hiệu ứng tạo màu của chúng, mà còn do các đặc tính có lợi cho sức khỏe của chúng. Do mối quan tâm về môi trường và sức khỏe ngày càng tăng liên quan đến thuốc nhuộm tổng hợp, thuốc nhuộm tự nhiên là một sự thay thế tuyệt vời làm chất tạo màu thân thiện với môi trường cho ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

Ultrasonically cải thiện anthocyanin khai thác

Làm thế nào để trích xuất Anthocyyanin bằng siêu âm? – Nghiên cứu điển hình

Siêu âm Anthocyanin khai thác từ gạo tím Oryza Sativa L.

Gạo tím của chủng Oryza Sativa (còn được gọi là Violet Nori hoặc gạo tím) cực kỳ giàu phenolics như nhóm anthocyanin favonoid. Turrini et al. (2018) đã sử dụng khai thác siêu âm để cô lập polyphenolics như anthocyanin và chất chống oxy hóa từ caryopsis (ở dạng toàn bộ, nâu và đồ luộc) và lá gạo tím. Khai thác siêu âm được thực hiện bằng cách sử dụng Hielscher UP200St (200W, 26kHz, Pic. trái) và ethanol 60% làm dung môi.
Để bảo tồn tính toàn vẹn anthocyanin, chiết xuất siêu âm được lưu trữ ở -20 °C, cho phép lưu trữ chúng trong ít nhất ba tháng.
Cyanidin-3 glucoside (còn được gọi là chrysanthemin) cho đến nay là anthocyanin được phát hiện chính trong các giống 'Violet Nori', 'Artemide' và 'Nerone' được điều tra trong nghiên cứu của Turrini et al., trong khi peonidin-3-glucoside và cyanidin-3-rutinoside (cũng antirrhinin) được tìm thấy với số lượng thấp hơn.
Lá tím của Oryza Sativa là một nguồn tuyệt vời của anthocyanin và tổng hàm lượng phenolic (TPC). Với số lượng cao hơn khoảng 2-3 lần so với gạo và bột mì, lá Oryza là một nguyên liệu thô rẻ tiền để chiết xuất anthocyanin. Năng suất ước tính khoảng 4 kg anthocyanin / tấn lá tươi cao hơn đáng kể so với 1 kg anthocyanin / tấn gạo, được tính toán trên cơ sở lượng anthocyanin trung bình được phát hiện trong gạo 'Violet Nori' (1300 μg / g gạo, như cyanidin-3-glucoside) cho năng suất khoảng 68 kg gạo từ 100 kg lúa.

Siêu âm Anthocyanin khai thác từ bắp cải đỏ

Ravanfar et al. (2015) đã điều tra hiệu quả của việc khai thác siêu âm anthocyanin từ bắp cải đỏ. Các thí nghiệm khai thác siêu âm được thực hiện bằng hệ thống siêu âm UP100H (Siêu âm Hielscher, 30 kHz, 100 W). Sonotrode MS10 (đường kính đầu 10mm) được chèn vào trung tâm của cốc thủy tinh được kiểm soát nhiệt độ.

Các miếng bắp cải đỏ mới cắt có kích thước 5mm (hình khối) và độ ẩm 92,11 ± 0,45% đã được sử dụng cho thí nghiệm này. Một cốc thủy tinh có vỏ bọc (thể tích: 200ml) chứa đầy 100ml nước cất và 2g miếng bắp cải đỏ. Cốc được phủ bằng lá nhôm để tránh mất dung môi (nước) do bay hơi trong quá trình này. Trong tất cả các thí nghiệm, nhiệt độ trong cốc được duy trì bằng bộ điều khiển ổn nhiệt. Các mẫu cuối cùng đã được thu thập, lọc và ly tâm ở tốc độ 4000 vòng / phút và supernatants đã được sử dụng để xác định năng suất anthocyanin. Khai thác trong bồn nước được thực hiện như thí nghiệm đối chứng.
Năng suất tối ưu của anthocyanin từ bắp cải đỏ được xác định ở công suất 100 W, thời gian 30 phút và nhiệt độ 15 ° C dẫn đến năng suất anthocyanin khoảng 21 mg / L.
Do sự thay đổi màu sắc của nó về giá trị pH và màu sắc mạnh mẽ của nó, thuốc nhuộm bắp cải đỏ đã được sử dụng như một chỉ số pH trong các công thức dược phẩm hoặc như một chất chống oxy hóa và chất màu trong các hệ thống thực phẩm, tương ứng.

Ultrasonics tăng cường khai thác anthocyanin từ nguyên liệu thực vật đáng kể.
nguồn: Ravanfar et al. 2015

 
Các nghiên cứu khác chứng minh việc khai thác siêu âm thành công anthocyanin từ quả việt quất, quả mâm xôi, nho, anh đào, dâu tây và khoai lang tím trong số những người khác.

Máy vắt siêu âm hiệu suất cao

Hielscher Ultrasonics chuyên sản xuất bộ vi xử lý siêu âm hiệu suất cao để sản xuất chiết xuất chất lượng cao từ thực vật.
Danh mục đầu tư rộng lớn của Hielscher sonicators phạm vi từ nhỏ, mạnh mẽ phòng thí nghiệm ultrasonicators để mạnh mẽ băng ghế dự bị và hệ thống công nghiệp đầy đủ, cung cấp siêu âm cường độ cao để khai thác hiệu quả và cô lập các chất hoạt tính sinh học (ví dụ anthocyanin, Gừng, Piperine, Curcumin v.v.).
Tất cả các ultrasonicators từ 200W đến 16.000W có màn hình cảm ứng màu để điều khiển kỹ thuật số, thẻ SD tích hợp để ghi dữ liệu tự động, điều khiển từ xa của trình duyệt và nhiều tính năng thân thiện với người dùng hơn. Các sonotrodes và tế bào dòng chảy (các bộ phận, tiếp xúc với môi trường) có thể được hấp tiệt trùng và dễ dàng để làm sạch.
Hielscher sonicators rất mạnh mẽ và được xây dựng để hoạt động 24/7 dưới tải đầy đủ, trong khi yêu cầu bảo trì thấp và dễ dàng và an toàn để vận hành. Một màn hình màu kỹ thuật số cho phép kiểm soát thân thiện với người dùng của ultrasonicator.
Hệ thống của chúng tôi có khả năng cung cấp từ biên độ thấp đến rất cao. Để khai thác cannabinoids và terpen, chúng tôi cung cấp sonotrodes siêu âm đặc biệt (còn được gọi là đầu dò siêu âm hoặc sừng) được tối ưu hóa để cách ly hợp lý các hoạt chất chất lượng cao. Tất cả các hệ thống của chúng tôi có thể được sử dụng để chiết xuất và nhũ tương hóa cannabinoids sau đó. Sự mạnh mẽ của sonicators Hielscher cho phép hoạt động liên tục (24/7) tại nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.

Việc kiểm soát chính xác các thông số quá trình siêu âm đảm bảo khả năng tái tạo và tiêu chuẩn hóa quá trình.
 

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

Văn học / Tài liệu tham khảo

• 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.

Sự thật đáng biết

Khai thác hỗ trợ siêu âm hoạt động như thế nào?

Việc áp dụng sóng siêu âm cường độ cao vào môi trường lỏng dẫn đến xâm thực. Hiện tượng Cavitation dẫn đến nhiệt độ khắc nghiệt, áp suất, tốc độ sưởi ấm / làm mát, chênh lệch áp suất và lực cắt cao trong môi trường. Khi bong bóng xâm thực nổ tung trên bề mặt chất rắn (như hạt, tế bào thực vật, mô, v.v.), các tia vi mô và va chạm giữa các hạt tạo ra các hiệu ứng như bong tróc bề mặt, xói mòn và phân hủy hạt. Ngoài ra, sự nổ tung của bong bóng xâm thực trong môi trường lỏng tạo ra nhiễu loạn vĩ mô và trộn vi mô.
Chiếu xạ siêu âm các mảnh vật liệu thực vật ma trận tế bào thực vật và tăng cường hydrat hóa giống nhau. Chemat et al (2015) kết luận rằng khai thác siêu âm các hợp chất hoạt tính sinh học từ thực vật là kết quả của các cơ chế độc lập hoặc kết hợp khác nhau bao gồm phân mảnh, xói mòn, mao dẫn, detexturation, và sonoporation. Những hiệu ứng này phá vỡ thành tế bào, cải thiện chuyển khối lượng bằng cách đẩy dung môi vào tế bào và hút dung môi nạp hợp chất phyto ra ngoài, và đảm bảo chuyển động của chất lỏng bằng cách trộn vi mô.

Khai thác siêu âm dựa trên cavitation âm thanh và lực cắt thủy động lực học của nó

Chiếu xạ siêu âm các mảnh vật liệu thực vật ma trận tế bào thực vật và tăng cường hydrat hóa giống nhau. Chemat et al. (2015) kết luận rằng khai thác siêu âm các hợp chất hoạt tính sinh học từ thực vật là kết quả của các cơ chế độc lập hoặc kết hợp khác nhau bao gồm phân mảnh, xói mòn, mao dẫn, detexturation, và sonoporation. Những hiệu ứng này phá vỡ thành tế bào, cải thiện chuyển khối lượng bằng cách đẩy dung môi vào tế bào và hút dung môi nạp hợp chất phyto ra ngoài, và đảm bảo chuyển động của chất lỏng bằng cách trộn vi mô.
Khai thác siêu âm đạt được sự cô lập rất nhanh các hợp chất - vượt trội so với các phương pháp khai thác thông thường trong thời gian xử lý ngắn hơn, năng suất cao hơn và ở nhiệt độ thấp hơn. Là một phương pháp điều trị cơ học nhẹ, chiết xuất hỗ trợ siêu âm tránh sự suy thoái nhiệt của các thành phần hoạt tính sinh học và vượt trội so với các kỹ thuật khác như chiết dung môi thông thường, chưng cất thủy lực hoặc chiết xuất Soxhlet, được biết là phá hủy các phân tử nhạy cảm với nhiệt. Do những ưu điểm này, khai thác siêu âm là kỹ thuật ưa thích để giải phóng các hợp chất hoạt tính sinh học nhạy cảm với nhiệt độ từ thực vật.

Khai thác siêu âm từ tế bào thực vật: phần ngang siêu nhỏ (TS) cho thấy cơ chế hoạt động trong quá trình khai thác siêu âm từ các tế bào (phóng đại 2000x) [tài nguyên: Vilkhu et al. 2011]

anthocyanin – Một sắc tố thực vật có giá trị

Anthocyanin là sắc tố thực vật chân không, có thể xuất hiện màu đỏ, tím, xanh hoặc đen. Biểu hiện màu sắc của các sắc tố anthocyanin tan trong nước phụ thuộc vào giá trị pH của chúng. Anthocyanin được tìm thấy trong không bào tế bào, chủ yếu ở hoa và quả, nhưng cũng có trong lá, thân và rễ, nơi chúng được tìm thấy chủ yếu ở các lớp tế bào bên ngoài như lớp biểu bì và tế bào mesophyll ngoại vi.
Thường xảy ra nhất trong tự nhiên là glycoside của cyanidin, delphinidin, malvidin, pelargonidin, peonidin và petunidin.
Các ví dụ nổi bật về thực vật giàu anthocyanin bao gồm các loài vaccinium, chẳng hạn như quả việt quất, nam việt quất và quả việt quất; Quả Rubus, bao gồm quả mâm xôi đen, quả mâm xôi đỏ và dâu đen; nho đen, anh đào, cà tím, gạo đen, ube, khoai lang Okinawa, nho Concord, nho muscadine, bắp cải đỏ và cánh hoa tím. Đào và táo ruột đỏ có chứa anthocyanin. Anthocyanin ít có trong chuối, măng tây, đậu, thì là, lê và khoai tây, và có thể hoàn toàn vắng mặt trong một số giống ngỗng xanh.

Cấu trúc của anthocyanin chính

Anthocyanin là một thay thế tuyệt vời để thay thế các chất tạo màu tổng hợp trong các sản phẩm thực phẩm. Anthocyanin được chấp thuận sử dụng làm chất tạo màu thực phẩm ở Liên minh châu Âu, Úc và New Zealand, có mã màu E163. Anthocyanin được tìm thấy trong trái cây và rau quả và có thể được mô tả như một loại sắc tố thực vật tan trong nước. Về mặt hóa học, anthocyanin là glycoside của anthocyanidins dựa trên cấu trúc 2-phenylbenzophyrylium (flavylium). Có hơn 200 chất phytochemical riêng biệt thuộc loại anthocyanin. Là một sắc tố màu chính trong trái cây hoang dã và quả mọng, có nhiều nguồn mà anthocyanin có thể được chiết xuất. Một nguồn anthocyanin nổi bật là vỏ nho. Các sắc tố anthocyanin trong vỏ nho bao gồm chủ yếu là di-glucoside, mono-glucoside, monoglucoside acylated cũng như di-glucoside acylated của peonidin, malvidin, cyanidin, petunidin và delphinidin. Hàm lượng anthocyanin trong nho dao động từ 30-750mg/100g.
Các anthocyanin nổi bật nhất là cyanidin, delphinidin, pelargonidin, peonidin, malvidin và petunidin.
Ví dụ, anthocyanins peonidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3- (6"-caffeoyl-6''-feruloyl sophoroside)-5-glucoside và cyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside được tìm thấy trong khoai lang tím.

anthocyanin – Lợi ích sức khỏe

Bên cạnh khả năng tuyệt vời của chúng để hoạt động như một chất màu thực phẩm tự nhiên, anthocyanin được đánh giá cao về tác dụng chống oxy hóa của chúng. Do đó, anthocyanin cho thấy nhiều tác dụng tích cực đối với sức khỏe. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng anthocyanin có thể ức chế tổn thương DNA trong tế bào ung thư, ức chế enzyme tiêu hóa, gây ra sản xuất insulin trong các tế bào tuyến tụy bị cô lập, giảm phản ứng viêm, bảo vệ chống lại sự suy giảm chức năng não liên quan đến tuổi tác, cải thiện độ kín của mạch máu mao mạch và ngăn ngừa sự kết tụ tế bào huyết khối.