استخراج الطحالب بالموجات فوق الصوتية للمكملات الغذائية
استخراج بالموجات فوق الصوتية هو الأسلوب المتفوق لتعطيل خلايا الطحالب بشكل فعال وسريع. سونيكيشن يمكن الافراج عن كمية كاملة من المركبات النشطة بيولوجيا، مما يجعل تقنية الموجات فوق الصوتية فعالة للغاية.
كيفية استخراج البروتينات والدهون والفينولات من الطحالب مع الموجات فوق الصوتية
أنواع الطحالب والطحالب الدقيقة غنية بالمركبات النشطة بيولوجيا مثل البروتينات والدهون والكاروتينات والأصباغ (على سبيل المثال ، phycocyanins ، astaxanthin وما إلى ذلك) ، الفينولات والسكريات المتعددة (على سبيل المثال ، 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 spirulina) ، Chlorella vulgaris ، Haematococcus pluvialis ، و Ulva spp. من المعروف أن الطحالب مصدر جيد للبروتينات عالية الجودة والدهون و PUFAs طويلة السلسلة (أي أوميغا 3) والسكريات المتعددة (مثل الجينات والكاراجينان β الجلوكان) والفيتامينات ومضادات الأكسدة.
سبيرولينا هو نوع شائع الاستخدام من الطحالب ، وهو غني بالمركبات النشطة بيولوجيا عالية القيمة مثل البروتينات (مع وزن جاف 50-70٪). نظرا لأن سبيرولينا معتمدة من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) على أنها GRAS (معترف بها عموما على أنها آمنة) ، يمكن استخدام مستخلصات سبيرولينا وسبيرولينا في الأطعمة التجارية أو كمكمل غذائي.
مزايا استخراج الطحالب بالموجات فوق الصوتية
استخراج بالموجات فوق الصوتية يتفوق أساليب الاستخراج البديلة في نقاط متعددة، مثل ارتفاع العائد، والموثوقية، والسلامة، والبساطة، والود البيئي.
عائد الاستخراج الكامل
تعمل الموجات فوق الصوتية عالية الأداء على كسر خلايا الطحالب المفتوحة وتعطيلها بحيث يتم تحرير المواد داخل الخلايا. استخراج الموجات فوق الصوتية النشرات وبالتالي الطيف الكامل من المركبات النشطة بيولوجيا، مثل البروتينات النباتية، الكاروتينات والدهون والفينولات.
يمكن تمييز البروتينات النباتية إلى ثلاث مجموعات رئيسية ، وهي الكلورو فيكوسيانين ، الفيكوسيانينات وphyerythrins. C-Phycocyanin هو صبغة زرقاء طبيعية، والتي تستخدم على نطاق واسع في المنتجات الغذائية والصيدلانية. استخراج بالموجات فوق الصوتية النشرات الطيف الكامل من البروتينات.
محطة السوستيشن – نظام الموجات فوق الصوتية مع 2X 2kW ultrasonicators، أثار خزان ومضخة – هو نظام سهل الاستخدام لاستخراج.
كفاءة استخراج عالية
اختبر Duangsee وآخرون (2009) طريقتين مختلفتين للاستخراج (استخراج المذيبات بمساعدة بالموجات فوق الصوتية واستخراجها عن طريق التجميد المتكرر والذوبان) للمركبات النشطة بيولوجيًا من الكتلة الحيوية Arthospira ووجدوا أن استخراج المذيبات بالموجات فوق الصوتية أدى إلى زيادة كفاءة الاستخراج (22.1٪) من التجميد والذوبان (15.6٪). مقارنة تمزق الخلية بين سونيكيشن والتجميد المتكرر والذوبان يظهر أن سونيكيشن هو أكثر فعالية. التجويف بالموجات فوق الصوتية تعطيل خلايا الطحالب بسرعة وفعالية مما يؤدي إلى اضطراب أعلى الخلية بالمقارنة مع خلايا سبيرولينا المعالجة من قبل التجميد المتكرر والذوبان.
سونيكيشن كان أكثر فعالية في كسر مغلف الخلية بالمقارنة مع تجميد المتكررة والذوبان. وأظهرت غلة استخراج فيكوسيانين أن درجة حرارة المعالجة أثرت على كفاءة الاستخراج.
عملية استخراج سريع
يمكن لأنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء تطبيق قوة الموجات فوق الصوتية عالية عبر السعة العالية في تعليق الطحالب. وهذا يجعل استخراج الموجات فوق الصوتية طريقة معالجة سريعة جدا.
التحكم في درجة الحرارة
الموجات فوق الصوتية هي تقنية استخراج ميكانيكية غير حرارية بحتة. يمكن التحكم في درجة حرارة الاستخراج بدقة باستخدام مستشعر درجة حرارة قابل للتوصيل ، وهو متصل بالموجات فوق الصوتية الرقمية Hielscher. برنامج الموجات فوق الصوتية الرقمية Hielscher تسمح لتعيين حدود درجة الحرارة، بحيث المتجانس بالموجات فوق الصوتية يتوقف عند الوصول إلى حد درجة الحرارة. يسمح التحكم الدقيق في درجة الحرارة بمنع التدهور الحراري للمواد الحساسة للحرارة مثل البروتينات النباتية والفيتامينات والبوليفينول والسكريات والدهون وغيرها من المركبات النشطة بيولوجيًا.
متوافق مع مختلف المذيبات
الموجات فوق الصوتية متوافق مع أي مذيب تقريبًا. 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 منذ استخراج المذيبات الإيثانول والماء لديها GRAS (المعترف بها عموما كآمنة) حالة.
إعادة إنتاج وتوحيد العمليات
تأتي أجهزة الموجات فوق الصوتية الرقمية من Hielscher مع برنامج ذكي ومجموعة متنوعة من الإعدادات المفصّلة لمعلمات الاستخراج المثالية. بروتوكولات البرمجيات جميع معلمة عملية الموجات فوق الصوتية (على سبيل المثال، السعة، صافي الطاقة، الطاقة الإجمالية، ودرجة الحرارة، والضغط، والوقت، والتاريخ) ويكتب بيانات سونيكيشن في ملف CSV على المدمج في بطاقة SD. هذا يسمح لك لتوحيد عملية الاستخراج الخاصة بك ورصد سونيكيشن وانتاج الجودة عن كثب. تساعدك هذه الميزات على الوفاء بمتطلبات وضع المستويات العملية وكذلك ممارسات التصنيع الجيدة (GMP) ، والتي تعتبر مهمة للغاية عندما يتم إنتاج المستخلصات للمكملات الغذائية أو المنتجات الغذائية أو الصيدلانية.
بروتوكول استخراج الفيكوسيانين بالموجات فوق الصوتية
حقق مازومدر وآخرون (2017) في معلمات المعالجة المثلى لاستخراج الفيكوسيانين والفينوليك بالموجات فوق الصوتية من مطلي Arthospira. تم الحصول على الحد الأقصى لإنتاجية الفيكوسيانين (29.9 ملغم/غرام) وإجمالي الفينولات (2.4 ملغم/غرام) بتركيز الإيثانول بنسبة 40%، ودرجة حرارة استخراج 34.9 درجة مئوية باستخدام الموجات فوق الصوتية UP50H (50 واط، 30 كيلو هرتز) بسعة 95% لوقت استخراج 104.7 ثانية.
استخدم Vernès et al. (2019) جهاز الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT (1000W ، 20kHz) لاستخراج البروتينات من سبيرولينا. تم تجهيز الموجات فوق الصوتية مع sonotrode BS2d34 ومفاعل تدفق بالموجات فوق الصوتية (انظر الصورة أدناه لإعداد استخراج بالموجات فوق الصوتية بالضبط مع خلية التدفق ومضخة Seepex).
UIP1000hdT – Manothermosonication (MTS) الإعداد und استخراج البروتين لدينا من سبيرولينا على نطاق المختبر
المصدر: فيرنس وآخرون 2019
تظهر نتائج البحث أن ظروف الاستخراج بالموجات فوق الصوتية المحسنة لغلة البروتين تنطوي على درجة حرارة وضغط مرتفعين قليلاً (ما يسمى ماينروثرموسسونيكيشن MTS). MTS يعزز النقل الجماعي وتمكن من الحصول على 229٪ المزيد من البروتينات (28.42 ± 1.15 g/100 ز wt الجافة.) من العملية التقليدية دون الموجات فوق الصوتية (8.63 ± 1.15 ز/100 غرام wt).
مع 28.42 غرام من البروتينات التي تم الحصول عليها لكل 100 غرام من الكتلة الحيوية سبيرولينا الجافة في استخراج، تم تحقيق معدل استعادة البروتين من 50٪ في 6 دقائق فقط في عملية سونيكيشن المستمر. التصوير المجهري يكشف عن أن التجويف الصوتي يؤثر على خيوط سبيرولينا من خلال آليات مختلفة مثل التجزئة ، والنوبورات ، وإزالة التتشفي. هذه الآثار المختلفة تجعل استخراج وإطلاق وsolubilization من المركبات النشطة بيولوجيا سبيرولينا أسهل وأكثر فعالية، مما يؤدي إلى غلة عالية من البروتين ذات جودة عالية.
فيما يتعلق بنوعية البروتينات المستخرجة بالموجات فوق الصوتية ، لم تتح للأحماض الأمينية عن طريق العلاج بالموجات فوق الصوتية ، ولكنها موجودة في كمية أكبر في حالة سونيكيشن بالمقارنة مع الاستخراج التقليدي.
عندما يتم مقارنة manothermosonication واستخراج بالموجات فوق الصوتية دون ضغط مرتفع ودرجة الحرارة، والفرق في استخراج الغلة والكفاءة هو الحد الأدنى فقط. لذلك، يعتبر الموجات فوق الصوتية وحدها لتكون التقنية الأكثر اقتصادا وأسهل لإنتاج استخراج عالية الجودة غنية في بروتينات سبيرولينا. استخراج بالموجات فوق الصوتية هو الأخضر، صديقة للبيئة تقنية استخراج مناسبة لاستخراج البروتين من سبيرولينا على نطاق المختبر، والتي يمكن تحجيمها بسهولة إلى نطاق تجريبي والصناعية. (راجع فيرنيس وآخرون 2019)
UP400St لاستخراج الموجات فوق الصوتية من الطحالب في دفعة 8L
عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية مستخرج
جميع نتائج الاستخراج التي تحققت على نطاق صغير، يمكن تحجيمها خطيا إلى قدرات إنتاجية أكبر. Hielscher Ultrasonics محفظة منتجات كبيرة من المختبر إلى أنظمة الاستخراج الصناعية لديها الموجات فوق الصوتية الأكثر ملاءمة لقدرة العملية المتوخاة الخاصة بك. سوف يساعدك موظفونا المتمرسون منذ فترة طويلة من اختبارات الجدوى وتحسين العملية إلى تركيب نظام الموجات فوق الصوتية الخاص بك على مستوى الإنتاج النهائي.
HIELSCHER الفوق – معدات استخراج متطورة
تغطي مجموعة منتجات الموجات فوق الصوتية Hielscher مجموعة كاملة من مستخلصات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء من الحجم الصغير إلى الكبير. تسمح الملحقات الإضافية بتجميع سهل لتكوين جهاز الموجات فوق الصوتية الأكثر ملاءمة لعمليتك. يعتمد الإعداد الأمثل بالموجات فوق الصوتية على السعة المتوخاة والحجم والمواد الخام والعملية الدفعية أو المضمنة والجدول الزمني. قوة 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 مع مختلف الأحجام والأقطار والأشكال
- سونوتروديس لسعة عالية من 200μm وأعلى
- تدفق مفاعلات الخلايا مع مختلف الأحجام والهندسة
- العديد من قرون الداعم لزيادة أو تقليل المكاسب
- الاجهزة سونيكيشن كاملة مثل سونوستيشن، والتي تشمل مستخرج بالموجات فوق الصوتية، خزان، المحرض، ومضخة
- مستشعرات درجة الحرارة القابلة للتوصيل
- مستشعرات الضغط القابلة للتوصيل
لدينا تدريب جيد، والموظفين ذوي الخبرة الطويلة سوف استشارك ويوصي لك النظام الأكثر ملاءمة بالموجات فوق الصوتية لمتطلبات عملية الاستخراج الخاصة بك!
الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:
| دفعة حجم | معدل المد و الجزر | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500ML | 10 إلى 200ML / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000ML | 20 إلى 400ML / دقيقة | Uf200 ः ر، UP400St |
| 00.1 إلى 20L | 00.2 إلى 4L / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L / دقيقة | UIP4000hdT |
| زمالة المدمنين المجهولين | 10 إلى 100L / دقيقة | UIP16000 |
| زمالة المدمنين المجهولين | 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 العلم
سبيرولينا
سبيرولينا، وهي بكتيريا بروكاريوتيك، غنية بالأصباغ مثل الكاروتينات، الكلوروفيل، والفيكوسيانين. يمكن العثور على الكاروتينات (على سبيل المثال، α-كاروتين، الصباغ البرتقالي والأصفر)، الكلوروفيل، وفيكوسيانين في 0.4، 1.0 و 14٪ wt الجافة، على التوالي. فيكوسيانين هو بروتين أزرق أخضر، ما يسمى بروتين البيليبروتين، الذي يقع في اللاميلا الضوئية الاصطناعية في الغشاء السيتوبلازمي من البكتيريا الزرقاء.
يتم استخدامه كمادة مضافة غذائية وملونة للطعام ، مكمل غذائي وتطبيقات تشخيص المناعة.