Anthocyanen zijn natuurlijke kleurstoffen die een prominente rol spelen in diverse industrieën, variërend van voeding tot farmaceutica. Deze wateroplosbare flavonoïden verantwoordelijk voor de rode, paarse en blauwe tinten in planten, worden gewaardeerd om hun esthetische eigenschappen en potentiële gezondheidsbevorderende effecten. De vraag naar hoogwaardige, natuurlijke extracten heeft geleid tot de ontwikkeling van geavanceerde extractietechnieken. Dit artikel biedt een gedetailleerd overzicht van de isolatie van anthocyanen, gebaseerd op bestaand bronnenmateriaal, met specifieke aandacht voor ultrasone extractie, adsorptietechnieken en de bronnen van deze waardevolle verbindingen.
Inleiding
Anthocyanen behoren tot de flavonoïden en staan bekend om hun brede kleurenspectrum, dat varieert van oranje en rood tot paars en blauw, afhankelijk van de moleculaire structuur en de pH-waarde van de omgeving. Naast hun rol als natuurlijke kleurstof, worden anthocyanen onderzocht vanwege hun antioxiderende eigenschappen. Hoewel de gezondheidsvoordelen als voedingsadditief niet volledig wetenschappelijk zijn bewezen, is de interesse in natuurlijke alternatieven voor synthetische kleurstoffen toegenomen vanwege milieubehoeften en gezondheidszorgen.
De extractie van anthocyanen is een kritisch proces dat de kwaliteit en opbrengst van het eindproduct bepaalt. Traditionele methoden worden steeds vaker vervangen of aangevuld door innovatieve technieken die efficiënter en milieuvriendelijker zijn. De volgende secties bespreken de belangrijkste aspecten van deze processen.
Bronnen van Anthocyanen
Anthocyanen komen voor in een verscheidenheid aan rode, blauwe en paarse groenten en fruit. Enkele veelgebruikte bronnen zijn bosbessen, frambozen, zwarte bessen, rode radijs, blauwe bessen, bramen, druiven, kersen, aardbeien en paarse zoete aardappel.
Een bijzonder interessante bron die in de literatuur wordt genoemd, is paarse rijst (Oryza Sativa). Onderzoek door Turrini et al. (2018) toont aan dat de violette bladeren van deze rijstsoort een uitstekende bron zijn van anthocyanen en totaal fenolgehalte (TPC). De concentratie in deze bladeren is ongeveer 2 tot 3 keer hoger dan die in de rijstkorrel (caryopsis) en bloem zelf. Hierdoor vormen de bladeren een goedkope en overvloedige grondstof voor de extractie van anthocyanen.
Andere vermelde bronnen in de contextdocumenten zijn: - Aubergine: Wordt geoogst, schoongemaakt en gemacereerd. - Vlindererwtenbloemen: Een unieke bron die enigszins verschilt in extractiemethode. - Bloemen: Algemeen, waaronder hibiscus en rozenblaadjes. - Citrusvruchten: Specifiek de pulpwasvloeistof bij de verwerking. - Rode druivenhuid. - Rode kool: Genoemd vanwege het gebruik als pH-indicator en kleurstof.
Extractietechnieken
De keuze voor een extractiemethode hangt af van de grondstof, de gewenste zuiverheid en de schaal van productie.
Ultrasone Extractie
Ultrasone extractie wordt gepresenteerd als een zeer efficiënte en eenvoudige techniek om anthocyanen van hoge kwaliteit te verkrijgen. Deze methode maakt gebruik van sonicators van het probe-type, die het vrijkomen van anthocyanen uit plantenweefsel bevorderen.
Voordelen van ultrasone extractie: - Hogere opbrengsten: De intensiteit van het geluid verbetert de extractie-efficiëntie. - Snel proces: Extractie kan binnen enkele minuten worden uitgevoerd. - Kwaliteit: Het is een milde, niet-thermische extractie, wat de integriteit van de anthocyanen bewaart. - Milieuvriendelijk: Geschikt voor het gebruik van "groene" oplosmiddelen zoals water, ethanol, glycerine en plantaardige oliën. - Kosten: Lage investerings- en operationele kosten, weinig onderhoud.
Toepassing op Paarse Rijst (Oryza Sativa L.): Turrini et al. (2018) gebruikten ultrasone extractie met een Hielscher UP200St (200W, 26kHz) en 60% ethanol als oplosmiddel. Om de integriteit te bewaren, werden de extracten bewaard bij -20°C, waardoor ze minstens drie maanden houdbaar bleven. De analyse toonde aan dat Cyanidine-3-glucoside (chrysanthemin) verreweg het belangrijkste anthocyanine was in de onderzochte cultivars 'Violet Nori', 'Artemide' en 'Nerone'. Andere, in lagere hoeveelheden aanwezige anthocyanen, waren peonidine-3-glucoside en cyanidine-3-rutinoside.
Toepassing op Rode Kool: Onderzoek toont aan dat ultrasone extractie van rode kool resulteert in een opbrengst van ongeveer 21 mg/L anthocyanen onder geoptimaliseerde condities: een vermogen van 100 W, een tijd van 30 minuten en een temperatuur van 15°C. Een waterbadextractie werd als controle gebruikt.
Traditionele Methoden (Maceratie en Filtratie)
Voor bepaalde grondstoffen, zoals aubergine en vlindererwtenbloemen, worden nog steeds eenvoudigere methoden beschreven. Deze processen zijn stapsgewijs: 1. Oogsten en schoonmaken: Verse grondstoffen worden verwerkt. 2. Maceratie: Het materiaal wordt gemengd met water (of een oplosmiddel) en enkele uren gelaten. 3. Filtratie: Het mengsel wordt gefilterd om vaste stoffen te verwijderen en de anthocyanen van het water te scheiden. 4. Concentratie: Door verdamping wordt de anthocyanine geconcentreerd tot het gewenste niveau.
Hoewel deze methode eenvoudig is, worden ultrasone technieken vaak geprefereerd voor industriële toepassingen vanwege de snelheid en efficiëntie.
Adsorptie en Terugwinning
Na de extractie is zuivering en concentratie vaak nodig. Polymere adsorbentia spelen hier een cruciale rol, vooral bij de verwerking van citrusvruchten, rode druivenhuid en zwarte bessen.
- Mechanisme: Deze adsorbentia hebben een hoog laadvermogen voor anthocyanen.
- Selectiviteit: Ze verschillen in chemie (aromatisch styreen-DVB of acryl), poriegrootte, hydrofobiciteit en polariteit. De juiste selectie hangt af van laboratoriumtests.
- Terugwinning: De anthocyanen worden selectief geëluweerd met ethanol. Voor hoge concentraties wordt een draaimolensysteem voorgesteld.
Bedrijven zoals Lenntech bieden ondersteuning bij het selecteren van de juiste harsen door het uitvoeren van adsorptie- en elutietests in hun laboratorium.
Samenstelling en Kwaliteit
De kwaliteit van een anthocyanine-extract wordt bepaald door de aanwezigheid van specifieke moleculen. Zoals vermeld, is Cyanidine-3-glucoside dominant in paarse rijst. Het exacte profiel varieert per plantensoort.
Voor het creëren van een bruikbaar anthocyanine-extract voor toepassingen, worden de geëxtraheerde anthocyanen vaak gecombineerd met een drageroplosmiddel, zoals water of ethanol.
Toepassingen
Anthocyanen vinden brede toepassing: - Voedingsindustrie: Als natuurlijke kleurstof en voedingsadditief. - Farmaceutische industrie: Gebruikt als pH-indicator (zoals rode kool kleurstof) en onderzocht voor antioxidante eigenschappen. - Cosmetica: Vanwege de celversterkende eigenschappen (vermeld in de context van bosbessenextract).
Conclusie
De isolatie van anthocyanen is een dynamisch veld waarin moderne technieken zoals ultrasone extractie aanzienlijke voordelen bieden ten opzichte van traditionele methoden. Door het gebruik van specifieke apparatuur, zoals de Hielscher UP200St, en het optimaliseren van parameters zoals oplosmiddel (ethanol 60%), temperatuur en vermogen, kunnen hoge opbrengsten van kwalitatief hoogwaardige anthocyanen worden bereikt uit diverse bronnen, waaronder paarse rijst en rode kool. Tegelijkertijd blijven adsorptietechnieken essentieel voor de zuivering en concentratie van deze waardevolle natuurlijke kleurstoffen. Voor professionals in de voedings- en farmaceutische sector biedt deze kennis een basis voor het produceren van duurzame en effectieve extracten.