استخراج الطحالب بالموجات فوق الصوتية للمكملات الغذائية
استخراج بالموجات فوق الصوتية هو الطريقة المتفوقة لتعطيل خلايا الطحالب بشكل فعال وسريع. يمكن أن يطلق Sonication الكمية الكاملة من المركبات النشطة بيولوجيا ، مما يجعل تقنية الموجات فوق الصوتية عالية الكفاءة.
كيفية استخراج البروتينات والدهون والفينولات من الطحالب بالموجات فوق الصوتية
أنواع الطحالب والطحالب الدقيقة غنية بالمركبات النشطة بيولوجيا مثل البروتينات والدهون والكاروتينات والأصباغ (مثل الفيكوسيانين والأستازانتين وما إلى ذلك) والفينولات والسكريات (مثل الكاراجينان). هذا يجعلها مادة طبيعية تستخدم على نطاق واسع لإنتاج مقتطفات للأطعمة والمكملات الغذائية. أنواع الطحالب شائعة الاستخدام للمكملات الغذائية هي Arthrospira maxima و (المعروف أيضا باسم سبيرولينا) ، شلوريلا الشائع ، Haematococcus pluvialis ، و Ulva spp. من المعروف أن الطحالب مصدر جيد للبروتينات عالية الجودة والدهون و PUFAs طويلة السلسلة (أي أوميغا 3) والسكريات (مثل الجينات والكاراجينان و β الجلوكان) والفيتامينات ومضادات الأكسدة.
سبيرولينا هو نوع شائع الاستخدام من الطحالب ، وهو غني بالمركبات النشطة بيولوجيا عالية القيمة مثل البروتينات (مع 50-70٪ بالوزن الجاف). منذ تمت الموافقة على سبيرولينا من قبل ادارة الاغذية والعقاقير (ادارة الاغذية والعقاقير في الولايات المتحدة) كما GRAS (المعترف بها عموما على أنها آمنة)، سبيرولينا وسبيرولينا مقتطفات يمكن استخدامها في الأطعمة التجارية أو كمكملات غذائية.
مزايا استخراج الطحالب بالموجات فوق الصوتية
يتفوق الاستخراج بالموجات فوق الصوتية على طرق الاستخراج البديلة في نقاط متعددة ، مثل الغلة العالية والموثوقية والسلامة والبساطة والود البيئي.
عائد الاستخراج الكامل
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء كسر خلايا الطحالب مفتوحة وتعطيلها بحيث يتم تحرير المواد داخل الخلايا. استخراج بالموجات فوق الصوتية يطلق وبالتالي مجموعة كاملة من المركبات النشطة بيولوجيا ، مثل البروتينات phycobiliproteins والكاروتينات والدهون والفينولات.
يمكن تمييز البروتينات النباتية إلى ثلاث مجموعات رئيسية ، وهي الكلورو فيكوسيانين ، والألوفيكوسيانين ، والفيكوريثرين. C-Phycocyanin هو صبغة زرقاء طبيعية ، والتي تستخدم على نطاق واسع في المنتجات الغذائية والصيدلانية. استخراج بالموجات فوق الصوتية يطلق مجموعة كاملة من البروتينات.
سونوستيشن – نظام الموجات فوق الصوتية مع الموجات فوق الصوتية 2x 2kW ، خزان تحريك ومضخة – هو نظام سهل الاستخدام للاستخراج.
كفاءة استخراج عالية
Duangsee et al. (2009) اختبر طريقتين مختلفتين للاستخراج (استخراج المذيبات بمساعدة الموجات فوق الصوتية والاستخراج عن طريق التجميد والذوبان المتكرر) للمركبات النشطة بيولوجيا من الكتلة الحيوية Arthospira ووجد أن استخراج المذيبات بالموجات فوق الصوتية أدى إلى كفاءة استخراج أعلى (22.1٪) من التجميد والذوبان (15.6٪). مقارنة تمزق الخلية بين صوتنة والتجميد المتكرر والذوبان يظهر أن صوتنة هو أكثر فعالية. التجويف بالموجات فوق الصوتية تعطيل خلايا الطحالب بسرعة وفعالية مما يؤدي إلى اضطراب أعلى للخلايا بالمقارنة مع خلايا سبيرولينا تعامل عن طريق التجميد المتكرر والذوبان.
كان Sonication أكثر فعالية في كسر غلاف الخلية عند مقارنته بالتجميد والذوبان المتكرر. أظهرت إنتاجية استخراج phycocyanin أن درجة حرارة المعالجة أثرت على كفاءة الاستخراج.
عملية استخراج سريعة
يمكن لأنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء تطبيق قوة الموجات فوق الصوتية العالية عبر السعات العالية في تعليق الطحالب. هذا يجعل استخراج بالموجات فوق الصوتية طريقة معالجة سريعة جدا.
التحكم في درجة الحرارة
Ultrasonication هو غير الحرارية ، تقنية استخراج الميكانيكية بحتة. يمكن التحكم في درجة حرارة الاستخراج بدقة باستخدام مستشعر درجة حرارة قابل للتوصيل ، والذي يتم توصيله بالموجات فوق الصوتية Hielscher الرقمية. برنامج الموجات فوق الصوتية الرقمية Hielscher تسمح لتعيين حدود درجة الحرارة، بحيث يتوقف الخالط بالموجات فوق الصوتية عند الوصول إلى الحد الأقصى لدرجة الحرارة. يسمح التحكم الدقيق في درجة الحرارة بمنع التدهور الحراري للمواد الحساسة للحرارة مثل البروتينات النباتية والفيتامينات والبوليفينول والسكريات والدهون وغيرها من المركبات النشطة بيولوجيا.
متوافق مع المذيبات المختلفة
الموجات فوق الصوتية متوافقة مع أي مذيب تقريبا. استخراج بالموجات فوق الصوتية في تركيبة مع المذيبات الخضراء مثل الماء أو الإيثانول تنتج مقتطفات نظيفة. يمكن دمج هذه المستخلصات بالموجات فوق الصوتية بأمان في الأطعمة نظرا لأن مذيبات الاستخراج الإيثانول والماء لها حالة GRAS (معترف بها عموما على أنها آمنة).
التكاثر وتوحيد العمليات
الموجات فوق الصوتية الرقمية Hielscher تأتي مع برنامج ذكي ومجموعة متنوعة من الإعدادات التفصيلية لمعلمات استخراج مثالية. بروتوكولات البرنامج جميع معلمات عملية الموجات فوق الصوتية (على سبيل المثال ، السعة ، صافي الطاقة ، إجمالي الطاقة ، درجة الحرارة ، الضغط ، الوقت ، التاريخ) ويكتب بيانات الصوتنة في ملف CSV على بطاقة SD المدمجة. يتيح لك ذلك توحيد عملية الاستخراج ومراقبة صوتنة وجودة الإخراج عن كثب. تساعدك هذه الميزات على تلبية متطلبات تثبيت العملية بالإضافة إلى ممارسات التصنيع الجيدة (GMP) ، وكلاهما مهم للغاية عند إنتاج المستخلصات للمكملات الغذائية أو المنتجات الغذائية أو الصيدلانية.
بروتوكول استخراج فيكوسيانين بالموجات فوق الصوتية
Mazumder et al. (2017) التحقيق في معلمات المعالجة المثلى للاستخراج بالموجات فوق الصوتية من phycocyanin والفينولات من Arthospira platensis. تم الحصول على أقصى عائد من phycocyanin (29.9 مجم / جم) وإجمالي الفينولات (2.4 مجم / جم) بتركيز 40٪ من الإيثانول ، ودرجة حرارة استخراج 34.9 درجة مئوية باستخدام الموجات فوق الصوتية UP50H (50 واط ، 30 كيلو هرتز) بسعة 95٪ لفترة استخراج 104.7 ثانية.
Vernès et al. (2019) استخدم الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT (1000W ، 20kHz) لاستخراج البروتينات من سبيرولينا. وقد تم تجهيز الموجات فوق الصوتية مع سونوترودي BS2d34 ومفاعل تدفق بالموجات فوق الصوتية (انظر الصورة أدناه لإعداد استخراج بالموجات فوق الصوتية الدقيق مع خلية التدفق ومضخة Seepex).
UIP1000hdT – إعداد Mothermosonication (MTS) واستخراج البروتين لدينا من سبيرولينا على نطاق المختبر
المصدر: Vernes et al. 2019
تظهر نتائج البحث أن ظروف الاستخراج بالموجات فوق الصوتية المحسنة لإنتاج البروتين تنطوي على درجة حرارة وضغط مرتفعين قليلا (ما يسمى MTS mothermosonication). يعزز MTS نقل الكتلة ويتيح الحصول على بروتينات أكثر بنسبة 229٪ (28.42 ± 1.15 جم / 100 جم بالوزن الجاف) مقارنة بالعملية التقليدية بدون الموجات فوق الصوتية (8.63 ± 1.15 جم / 100 جم بالوزن الجاف).
مع 28.42 غرام من البروتينات التي تم الحصول عليها لكل 100 غرام من الكتلة الحيوية سبيرولينا الجافة في المستخلص ، تم تحقيق معدل استرداد البروتين بنسبة 50 ٪ في 6 دقائق فقط في عملية صوتنة مستمرة. يكشف التصوير المجهري أن التجويف الصوتي يؤثر على خيوط سبيرولينا من خلال آليات مختلفة مثل التجزئة ، والصوتيات ، وإزالة النسيج. هذه الآثار المختلفة تجعل استخراج وإطلاق وإذابة المركبات النشطة بيولوجيا سبيرولينا أسهل وأكثر فعالية، مما يؤدي إلى غلة عالية من البروتين ذات جودة عالية.
فيما يتعلق بجودة البروتينات المستخرجة بالموجات فوق الصوتية ، لم تتحلل الأحماض الأمينية عن طريق العلاج بالموجات فوق الصوتية ، ولكنها موجودة بكمية أكبر في حالة الصوتنة عند مقارنتها بالاستخراج التقليدي.
عند مقارنة mothermosonication والاستخراج بالموجات فوق الصوتية دون ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة ، يكون الفرق في عائد الاستخراج والكفاءة ضئيلا فقط. لذلك ، تعتبر الموجات فوق الصوتية وحدها التقنية الأكثر اقتصادا والأسهل لإنتاج مستخلص عالي الجودة غني ببروتينات سبيرولينا. استخراج بالموجات فوق الصوتية هو تقنية استخراج خضراء صديقة للبيئة مناسبة لاستخراج البروتين من سبيرولينا على نطاق المختبر ، والتي يمكن تحجيمها بسهولة إلى نطاق تجريبي وصناعي. (راجع Vernès et al. 2019)
UP400St لاستخراج الطحالب بالموجات فوق الصوتية دفعة 8L
مستخلصات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء
جميع نتائج الاستخراج التي تحققت على نطاق صغير ، يمكن تحجيمها خطيا إلى قدرات إنتاجية أكبر. Hielscher الفوق صوتيات محفظة منتجات كبيرة من المختبر إلى أنظمة الاستخراج الصناعية لديها الموجات فوق الصوتية الأكثر ملاءمة لقدرة العملية المتوخاة. سيساعدك موظفونا ذوو الخبرة الطويلة من اختبارات الجدوى وتحسين العملية إلى تركيب نظام الموجات فوق الصوتية الخاص بك على مستوى الإنتاج النهائي.
Hielscher Ultrasonics – معدات استخراج متطورة
Hielscher الفوق صوتيات محفظة المنتجات تغطي مجموعة كاملة من مستخلصات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء من الصغيرة إلى الكبيرة الحجم. تسمح الملحقات الإضافية بالتجميع السهل لتكوين جهاز الموجات فوق الصوتية الأنسب لعمليتك. يعتمد الإعداد الأمثل بالموجات فوق الصوتية على السعة المتوخاة أو الحجم أو المواد الخام أو الدفعة أو العملية المضمنة والجدول الزمني. متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة. تسمح قابلية التوسع الخطي لعمليات الاستخراج بالموجات فوق الصوتية بزيادة بسيطة وموثوقة في الإنتاج. اقرأ المزيد عن التوسع الخطي لعمليات الاستخراج بالموجات فوق الصوتية!
اختر من بين الملحقات المختلفة مثل:
- سونوتروديس بأحجام وأقطار وأشكال مختلفة
- سونوتروديس لسعة عالية من 200μm وأعلى
- مفاعلات خلايا التدفق بأحجام وأشكال هندسية مختلفة
- العديد من الأبواق المعززة لزيادة أو تقليل المكاسب
- إعدادات صوتنة كاملة مثل SonoStation ، والتي تشمل مستخرج بالموجات فوق الصوتية ، وخزان ، ومحرض ، ومضخة
- مستشعرات درجة الحرارة القابلة للتوصيل
- مستشعرات ضغط قابلة للتوصيل
سيتشاور معك موظفونا المدربون تدريبا جيدا وذوي الخبرة الطويلة ويوصونك بأنسب نظام بالموجات فوق الصوتية لمتطلبات عملية الاستخراج الخاصة بك!
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- Anupriya Mazumder; P. Prabuthas; Hari Niwas Mishra (2017): Optimization of ultrasound-assisted solvent extraction of phycocyanin and phenolics from Arthospira platensis var. ‘lonor’ biomass. Nutrafoods (2017) 16:231-239.
- Vernès L., Abert-Vian M., El Maâtaoui M., Tao Y., Bornard I., Chemat F. (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry 54, 2019. 48-60.
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Rachen Duangsee, Natapas Phoopat, Suwayd Ningsanond (2009): Phycocyanin extraction from Spirulina platensis and extract stability under various pH and temperature. Asian Journal of Food and Agro-Industry 2009, 2(04), 819-826.
حقائق تستحق المعرفة
سبيرولينا
سبيرولينا ، وهي بكتيريا بدائية النواة ، غنية بالأصباغ مثل الكاروتينات والكلوروفيل والفيكوسيانين. يمكن العثور على الكاروتينات (على سبيل المثال ، β-Carotene ، صبغة برتقالية صفراء) ، الكلوروفيل ، و phycocyanin عند 0.4 و 1.0 و 14٪ بالوزن الجاف على التوالي. Phycocyanin هو بروتين أزرق أخضر ، وهو ما يسمى البروتين الصفراوي ، والذي يقع في صفائح التمثيل الضوئي في الغشاء السيتوبلازمي للبكتيريا الزرقاء.
يتم استخدامه كمضافات غذائية وملون غذائي ومكمل غذائي وتطبيقات التشخيص المناعي.