Khai thác siêu âm Anthocyanin

Anthocyanins được sử dụng rộng rãi làm chất tạo màu tự nhiên và phụ gia dinh dưỡng trong các sản phẩm thực phẩm. Chiết xuất siêu âm là một kỹ thuật đơn giản và hiệu quả cao để thu được anthocyanin chất lượng cao. Việc sử dụng máy siêu âm kiểu đầu dò thúc đẩy giải phóng anthocyanin chất lượng cao từ cây dẫn đến năng suất cao hơn và quá trình nhanh chóng. Đồng thời, siêu âm là một kỹ thuật nhẹ, xanh và hiệu quả để sản xuất công nghiệp anthocyanin cấp thực phẩm và dược phẩm.

anthocyanin – Cách chiết xuất Anthocyanins chất lượng cao bằng máy siêu âm

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

Chiết xuất Anthocyanin cải tiến siêu âm

Làm thế nào để chiết xuất Anthocyyanins bằng siêu âm? – Nghiên cứu điển hình

Chiết xuất Anthocyanin siêu âm từ gạo tím Oryza Sativa L.

Gạo tím của chủng Oryza Sativa (còn được gọi là Violet Nori hoặc gạo tím) cực kỳ giàu phenolic như nhóm favonoid của anthocyanin. Turrini et al. (2018) đã sử dụng chiết xuất siêu âm để phân lập các polyphenolic như anthocyanin và chất chống oxy hóa từ caryopsis (ở dạng nguyên con, nâu và luộc sôi) và lá của gạo tím. Chiết xuất siêu âm được thực hiện bằng cách sử dụng Hielscher UP200St (200W, 26kHz, Pic. trái) và ethanol 60% làm dung môi.
Để bảo quản tính toàn vẹn của anthocyanin, các chiết xuất siêu âm được bảo quản ở nhiệt độ −20°C, cho phép lưu trữ chúng ít nhất đến ba tháng.
Cyanidin-3 glucoside (còn được gọi là hoa cúc) cho đến nay là anthocyanin được phát hiện chính trong các giống cây trồng 'Violet Nori', 'Artemide' và 'Nerone' được điều tra trong nghiên cứu của Turrini và cộng sự, trong khi peonidin-3-glucoside và cyanidin-3-rutinoside (cũng là 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 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 trên cơ sở lượng anthocyanin trung bình được phát hiện trong gạo 'Violet Nori' (1300 μg/g gạo, dưới dạng cyanidin-3-glucoside) cho năng suất khoảng 68 kg gạo từ 100 kg thóc.

Chiết xuất Anthocyanin siêu âm từ bắp cải đỏ

Ravanfar và cộng sự (2015) đã điều tra hiệu quả của việc chiết xuất anthocyanin bằng sóng siêu âm từ bắp cải đỏ. Các thí nghiệm chiết xuất siêu âm được thực hiện bằng hệ thống siêu âm UP100H (Siêu âm Hielscher, 30 kHz, 100 W). Sontrode MS10 (đường kính đầu 10mm) được lắp vào giữa cốc thủy tinh có áo khoác 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 về giá trị pH và màu đậm, thuốc nhuộm bắp cải đỏ đã được sử dụng như một chất chỉ thị pH trong các công thức dược phẩm hoặc như một chất chống oxy hóa và chất tạo màu trong hệ thống thực phẩm.

Siêu âm tăng cường chiết xuất anthocyanin từ vật liệu thực vật đáng kể.
nguồn: Ravanfar et al. 2015

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

Máy chiết siêu âm hiệu suất cao

Hielscher Ultrasonics chuyên sản xuất bộ xử lý siêu âm hiệu suất cao để sản xuất chiết xuất chất lượng cao từ thực vật.
Danh mục đa dạng của máy siêu âm Hielscher bao gồm từ máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ, mạnh mẽ đến các hệ thống công nghiệp hoàn toàn và để bàn mạnh mẽ, cung cấp siêu âm cường độ cao để chiết xuất và phân lập hiệu quả các chất hoạt tính sinh học (ví dụ: anthocyanins, Gừng, Piperine, Curcumin vân vân).
Tất cả các máy siêu âm từ 200 W đến 16.000 W 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 khác. Các sonotrodes và tế bào dòng chảy (các bộ phận tiếp xúc với môi trường) có thể được hấp tiệt trùng và dễ dàng làm sạch.
Máy siêu âm Hielscher rất mạnh mẽ và được chế tạo để hoạt động 24/7 khi đầy tải, trong khi yêu cầu bảo trì thấp và vận hành dễ dàng và an toàn. Màn hình màu kỹ thuật số cho phép điều khiển máy siêu âm thân thiện với người dùng.
Hệ thống của chúng tôi có khả năng cung cấp biên độ từ thấp đến rất cao. Để chiết xuất cannabinoid và tecpene, chúng tôi cung cấp các sonotrodes siêu âm đặc biệt (còn được gọi là đầu dò siêu âm hoặc sừng) được tối ưu hóa để phân lập 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 hóa cannabinoid sau đó. Độ mạnh mẽ của máy siêu âm Hielscher cho phép hoạt động liên tục (24/7) ở nhiệm vụ nặng và trong môi trường khắc nghiệt.

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

Chiết xuất 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, 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 (chẳng hạn như hạt, tế bào thực vật, mô, v.v.), các tia siêu nhỏ và va chạm giữa các bên tạo ra các hiệu ứng như bong tróc bề mặt, xói mòn và phân hủy hạt. Ngoài ra, sự nổ của bong bóng xâm thực trong môi trường lỏng tạo ra nhiễu loạn vĩ mô và trộn vi mô.
Bức xạ siêu âm của vật liệu thực vật phân mảnh ma trận của tế bào thực vật và tăng cường hydrat hóa của chúng. Chemat và cộng sự (2015) kết luận rằng chiết xuất 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 mạch, khử kết cấu và sonoporation. Những tác động này phá vỡ thành tế bào, cải thiện sự truyền khối lượng bằng cách đẩy dung môi vào tế bào và hút dung môi chứa hợp chất phyto ra ngoài, đồng thời đảm bảo chuyển động của chất lỏng bằng cách trộn vi mô.

Chiết xuất siêu âm dựa trên xâm thực âm thanh và lực cắt thủy động lực học của nó

Bức xạ siêu âm của vật liệu thực vật phân mảnh ma trận của tế bào thực vật và tăng cường hydrat hóa của chúng. Chemat et al. (2015) kết luận rằng chiết xuất 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 mạch, khử kết cấu và sonoporation. Những tác động này phá vỡ thành tế bào, cải thiện sự truyền khối lượng bằng cách đẩy dung môi vào tế bào và hút dung môi chứa hợp chất phyto ra ngoài, đồng thời đảm bảo chuyển động của chất lỏng bằng cách trộn vi mô.
Chiết xuất siêu âm đạt được khả năng phân lập các hợp chất rất nhanh chóng - vượt trội hơn các phương pháp chiết xuất thông thường trong thời gian xử lý ngắn hơn, năng suất cao hơn và ở nhiệt độ thấp hơn. Là một phương pháp xử lý cơ học nhẹ, chiết xuất có sự hỗ trợ của 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 xuất dung môi thông thường, chưng cất thủy lực hoặc chiết xuất Soxhlet, được biết là có tác dụng phá hủy các phân tử nhạy cảm với nhiệt. Do những ưu điểm này, chiết xuất 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.

Chiết xuất siêu âm từ tế bào thực vật: mặt cắt ngang bằng kính hiển vi (TS) cho thấy cơ chế hoạt động trong quá trình chiết xuất siêu âm từ tế bào (độ phóng đại 2000x) [nguồn: Vilkhu et al. 2011]

anthocyanin – Một sắc tố thực vật có giá trị

Anthocyanin là sắc tố thực vật không trục, có thể xuất hiện màu đỏ, tím, xanh lam hoặc đen. Biểu hiện màu sắc của sắc tố anthocyanin hòa 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 ở lá, thân và rễ, nơi chúng được tìm thấy chủ yếu ở các lớp tế bào bên ngoài như biểu bì và tế bào trung thực ngoại vi.
Thường xuất hiện 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 việt quất, nam việt quất và việt quất; Quả Rubus, bao gồm mâm xôi đen, 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 thịt đỏ có chứa anthocyanin. Anthocyanin ít có trong chuối, măng tây, đậu Hà Lan, thì là, lê và khoai tây, và có thể hoàn toàn không có trong một số giống cây chùm ruột xanh.

Cấu trúc của anthocyanin chính

Anthocyanins là một giải pháp thay thế tuyệt vời để thay thế các chất tạo màu tổng hợp trong các sản phẩm thực phẩm. Anthocyanins được chấp thuận sử dụng làm chất tạo màu thực phẩm ở Liên minh Châu Âu, Úc và New Zealand, có mã chất tạo màu E163. Anthocyanin được tìm thấy trong trái cây và rau quả và có thể được mô tả là một loại sắc tố thực vật hòa 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 và quả mọng dại, có nhiều nguồn mà từ đó anthocyanins có thể được chiết xuất. Một nguồn nổi bật của anthocyanin 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 acyl hóa 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, anthocyanin 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 hoạt động tuyệt vời như một chất tạo màu thực phẩm tự nhiên, anthocyanin còn 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 các enzym tiêu hóa, gây ra sản xuất insulin trong các tế bào tuyến tụy 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 tiểu cầu.