Chiết xuất piperine từ hạt tiêu bằng siêu âm

• Piperine là một chất có hoạt tính sinh học có trong hạt tiêu và được đánh giá cao nhờ các đặc tính dược lý.
• Siêu âm là một kỹ thuật chiết xuất hiệu quả, đơn giản và nhanh chóng để phân lập piperine chất lượng cao.
• Chiết xuất bằng siêu âm là một phương pháp đáng tin cậy và đã được kiểm chứng, hiện đã được sử dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm và thực phẩm.

Chiết xuất piperine bằng siêu âm hiệu năng cao

Piperine là một hợp chất có hoạt tính sinh học được đánh giá cao, được biết đến với tiềm năng tăng khả năng hấp thu curcumin, selen, vitamin B12, beta-carotene và các hợp chất khác. Vì vậy, ngành dược phẩm và dinh dưỡng rất quan tâm đến việc chiết xuất piperine chất lượng cao một cách nhanh chóng và đơn giản.
Việc chiết xuất piperine và piperidine theo phương pháp thông thường được thực hiện bằng quy trình chiết xuất bằng dung môi tốn nhiều thời gian, sử dụng DMC (dichloromethane) độc hại. Chiết xuất bằng siêu âm vượt trội so với chiết xuất bằng dung môi thông thường nhờ hiệu suất chiết xuất cao hơn, sử dụng dung môi không độc hại (ví dụ: ethanol) và quy trình chiết xuất nhanh chóng. Siêu âm hiệu năng cao tạo ra hiện tượng xâm thực trong chất lỏng. Xâm thực âm học hay xâm thực siêu âm tạo ra các điều kiện cực đoan cục bộ như chênh lệch nhiệt độ và áp suất cực cao, các tia chất lỏng và lực cắt. Các lực siêu âm này phá vỡ thành tế bào và tăng sự truyền khối giữa bên trong tế bào và dung môi xung quanh, nhờ đó giải phóng các chất có hoạt tính sinh học. Chiết xuất bằng siêu âm là một kỹ thuật đã được kiểm chứng để phân lập các hợp chất mục tiêu như piperine từ hạt tiêu nghiền (piper nigrum, piper longum).

Điều kiện chiết xuất tối ưu khi xử lý bằng siêu âm

Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của việc phân lập bằng siêu âm là khả năng kiểm soát chính xác tất cả các thông số quy trình. Cường độ siêu âm (biên độ, công suất, chu kỳ hoạt động), thời gian chiết xuất, dung môi, tỷ lệ chất rắn/dung môi và nhiệt độ có thể được điều chỉnh về điều kiện tối ưu để thu được hiệu suất chiết xuất piperine chất lượng cao cao nhất.

Quy trình mẫu để chiết xuất piperine bằng siêu âm

Trong một hệ thống cốc thủy tinh quy mô nhỏ, hiệu suất chiết xuất piperine tối đa (5,8 mg/g) từ Piper longum đã nghiền đạt được ở các điều kiện chiết xuất bằng siêu âm đã được tối ưu hóa, được xác định như sau:
Thiết bị siêu âm UP200St hoặc UP200Ht (200W, 26kHz)
thông số siêu âm: biên độ 100%, chu kỳ hoạt động 80%
thời gian xử lý bằng siêu âm: khoảng 18 min.
dung môi: ethanol
tỷ lệ chất rắn/dung môi: 1:10
nhiệt độ: 50°C

Kết quả vượt trội

Chiết xuất bằng siêu âm có những ưu điểm đáng kể so với phương pháp chiết xuất theo mẻ và chiết xuất bằng dung môi truyền thống. Rathod (2014) cho thấy thời gian chiết xuất giảm từ 8h khi chiết xuất bằng dung môi theo mẻ và 4h khi chiết xuất Soxhlet xuống còn 18 min. khi chiết xuất bằng siêu âm. Hơn nữa, chiết xuất bằng siêu âm mang lại hiệu suất chiết xuất piperine cao hơn. Hiệu suất chiết xuất piperine thu được bằng phương pháp chiết xuất Soxhlet và chiết xuất theo mẻ lần lượt là 1,67 mg/g và 0,98 mg/g, thấp hơn nhiều so với hiệu suất 5,8mg/g thu được bằng siêu âm. Rathod (2014) kết luận rằng chiết xuất có hỗ trợ siêu âm đối với các thành phần thực vật tự nhiên như piperine giúp giảm vấn đề khả năng chiết xuất thấp và thời gian chiết xuất dài so với các phương pháp truyền thống.

Siêu âm cũng được sử dụng thành công để chiết xuất tinh dầu từ hạt tiêu đen. Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về chưng cất tinh dầu với nước có hỗ trợ siêu âm!

Tìm thiết bị siêu âm tốt nhất để chiết xuất piperine

Hielscher Ultrasonics là nhà sản xuất có nhiều năm kinh nghiệm về các hệ thống chiết xuất bằng siêu âm hiệu năng cao. Danh mục sản phẩm của chúng tôi bao gồm từ các thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn, mạnh mẽ đến các hệ thống để bàn và công nghiệp bền chắc, cung cấp siêu âm cường độ cao để chiết xuất và phân lập hiệu quả các chất có hoạt tính sinh học (ví dụ: piperine, curcumin v.v.).
Tất cả các thiết bị siêu âm từ 200W đến 16.000W đều có màn hình màu để điều khiển kỹ thuật số, thẻ SD tích hợp để tự động ghi dữ liệu, chức năng điều khiển từ xa qua trình duyệt và nhiều tính năng thân thiện với người dùng khác. Các đầu dò siêu âm và buồng dòng chảy (những bộ phận tiếp xúc với môi trường xử lý) có thể được tiệt trùng bằng nồi hấp và dễ làm sạch.
Tất cả các máy siêu âm của chúng tôi đều được chế tạo để hoạt động 24/7, ít cần bảo trì, dễ vận hành và an toàn khi sử dụng.

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:

Tài liệu/Tài liệu tham khảo

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Tiềm năng chống oxy hóa và chống glycat hóa của tiêu xanh (Piper nigrum): Tối ưu hóa quá trình chiết xuất dựa trên β-cyclodextrin bằng phương pháp bề mặt đáp ứng. Food Chemistry, Tập 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Chiết xuất piperine từ tiêu trắng có hỗ trợ siêu âm sử dụng chất lỏng ion. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Chiết xuất piperine từ Piper longum bằng siêu âm. Industrial Crops and Products Tập 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Tối ưu hóa quá trình chiết xuất các hợp chất phenolic từ táo ta (Ziziphus Jujube) bằng phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Chiết xuất và xác định đặc tính của protein từ hoa chuối (Musa Sapientum L) và đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật. 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): Tối ưu hóa các thông số chiết xuất epigallocatechin gallate từ trà xanh bằng phương pháp nước nóng thông thường và phương pháp có hỗ trợ siêu âm. Chế biến thực phẩm và sản phẩm sinh học 111 (2018). 37–44.

Những điều cần biết

Chiết xuất bằng siêu âm

Quá trình chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học từ thực vật bằng siêu âm dựa trên nguyên lý xâm thực âm học. Xâm thực âm học xảy ra khi sóng siêu âm có cường độ rất cao (ví dụ: biên độ cao 100µm, được tạo ra bởi siêu âm 20–26kHz) được truyền vào chất lỏng. Các lực cắt do xâm thực tạo ra làm thủng và phá vỡ thành tế bào của nguyên liệu thực vật, đồng thời đẩy và hút dung môi xung quanh vào và ra khỏi bên trong tế bào. Sau quá trình chiết xuất, dung môi mang theo các phân tử mục tiêu, sau đó có thể tách các phân tử này ra (ví dụ: bằng ly tâm). Chiết xuất bằng siêu âm được biết đến rộng rãi với khả năng thu được các chất chiết xuất thực vật còn nguyên vẹn với hiệu suất cao.

Chiết xuất từ tế bào bằng siêu âm: lát cắt ngang (TS) quan sát dưới kính hiển vi của phần ngọn thân cây bạc hà (Mentha piperita) cho thấy cơ chế tác động trong quá trình chiết xuất từ tế bào bằng siêu âm (độ phóng đại 2000x) [nguồn: Vilkhu và cộng sự 2011]

Piperine

Piperine (1-piperyol-piperidine) là hợp chất tạo vị cay chính của hồ tiêu (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Hương vị, độ cay và do đó cả chất lượng của hồ tiêu có tương quan với hàm lượng piperine. Đặc tính chất lượng này có thể được thay đổi bằng cách thủy phân piperine để vòng piperidine bị cắt đứt.
Piperine được biết đến với nhiều tác dụng dược lý, ví dụ: kháng nấm, chống tiêu chảy, chống viêm và hoạt tính ức chế 5-lipoxygenase và cyclooxygenase-1. Hơn nữa, piperine làm tăng sinh khả dụng của curcumin thêm 2000%. Vì vậy, piperine là một chất được sử dụng phổ biến trong các công thức thực phẩm bổ sung (ví dụ: BioPerine®).
Piperine có thể được chiết xuất từ Piper nigrum và Piper longum.
Piperidine là một amin bậc hai dạng vòng, một cấu trúc phân tử có trong nhiều alkaloid thực vật. Piperidine được tạo thành từ quá trình thủy phân piperine. Piperidine và các dẫn xuất của nó là những đơn vị cấu trúc phổ biến trong tổng hợp dược phẩm và hóa chất tinh khiết.

Hồ tiêu

Piper nigrum, hay tiêu đen, là một loài dây leo có hoa thuộc họ Piperaceae. Cây được trồng để thu hạt tiêu, thường được phơi hoặc sấy khô và dùng làm gia vị. Hạt tiêu đen, xanh và trắng đều được thu từ cây tiêu đen. Các màu sắc khác nhau là kết quả của quá trình xử lý và chế biến hạt tiêu. Hạt tiêu đen được tạo ra bằng cách luộc quả hạch chưa chín trong nước nóng rồi phơi hoặc sấy khô. Tiêu trắng được thu hoạch khi quả tiêu đã chín hoàn toàn; sau đó lớp vỏ sẫm màu của quả chín được loại bỏ bằng cách ngâm ủ. Hạt tiêu xanh được tạo ra từ quả hạch chưa chín bằng cách xử lý với lưu huỳnh dioxide, đóng hộp hoặc sấy đông khô để giữ lại các sắc tố xanh.

Piper longum Linn, còn được gọi là tiêu dài Ấn Độ (pipli), có quan hệ họ hàng gần với Piper nigrum và có vị tương tự nhưng cay hơn Piper nigrum.
Quả của Piper longum chứa khoảng 1% tinh dầu, nhựa, các alkaloid piperine và piperlonguminine, một alkaloid dạng sáp Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide và một chất terpenoid. Piperine, một alkaloid thuộc nhóm piperidine, tạo nên vị cay, hăng của quả tiêu. Piperlongumine là một chất có hoạt tính dược lý, thể hiện hoạt tính chống lại nhiều loại ung thư, bao gồm ung thư tuyến tiền liệt, vú, phổi, đại tràng, u lympho, bệnh bạch cầu, các khối u não nguyên phát và ung thư dạ dày.
Ngoài ra, quả tiêu còn chứa các khoáng chất với hàm lượng sau: 1230mg/100g canxi, 190mg/100g phốt pho và 62,1mg/100g sắt. Rễ chứa piperine, piperlongumine hoặc piplartine và dihydrostigmasterol.