استخلاص أصباغ السبيرولينا بالموجات فوق الصوتية
ثبت أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عالي الكفاءة في عزل مستخلصات فائقة الجودة من الطحالب الدقيقة. تُعرف أصباغ السبيرولينا، مثل الفيكوسيانين، بأنها أغذية فائقة القيمة الغذائية تسهم في تحقيق فوائد صحية بفضل محتواها المرتفع من مضادات الأكسدة والفيتامينات والبروتينات. ولإنتاج مكملات عالية التركيز، مثل المساحيق والأقراص، يجب استخلاص الأصباغ الزرقاء من طحالب السبيرولينا.
السبيرولينا
يُعرف النوعان Arthrospira platensis (A. platensis) وArthrospira maxima (A. maxima) باسم السبيرولينا. والسبيرولينا طحالب خضراء مزرقة غنية بالأحماض الأمينية ومضادات الأكسدة. وبفضل وفرة العناصر الغذائية فيها، مثل البروتينات والإنزيمات والمعادن والفيتامينات A وK وB12 والحديد والمنغنيز، تُصنَّف ضمن الأغذية فائقة القيمة الغذائية. ويتميز جنس الطحالب Arthrospira بمحتوى مرتفع للغاية من البروتينات. ويتراوح محتواه من البروتين بين 53 و68% من الوزن الجاف، ويوفر جميع الأحماض الأمينية الأساسية. علاوة على ذلك، يحتوي Arthrospira على كميات كبيرة من الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة (PUFAs)، تبلغ نحو 1.5 إلى 2% من إجمالي محتوى الدهون البالغ 5 إلى 6%. وتشمل هذه الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة حمض γ-لينولينيك (GLA)، وهو حمض دهني أساسي من فئة أوميغا-6. وتشمل المركبات الأخرى النشطة حيويًا في Arthrospira الفيتامينات والمعادن وأصباغ البناء الضوئي.
ملاحظة: علميًا، التسمية الصحيحة للنوعين Spirulina platensis (S. platensis) وSpirulina maxima (S. maxima) هي Arthrospira platensis (A. platensis) وArthrospira maxima (A. maxima). وقد صُنِّف كلا النوعين سابقًا ضمن جنس Spirulina، ولا يزالان يُعرفان في الاستعمال الشائع باسم السبيرولينا حتى اليوم. وعلى الرغم من أن اعتماد جنسين منفصلين، هما Arthrospira وSpirulina، أصبح مقبولًا عمومًا، فإن مصطلح السبيرولينا يُستخدم غالبًا بوصفه مصطلحًا جامعًا.
استخلاص السبيرولينا بالموجات فوق الصوتية
تُعرف أجهزة تفكيك الخلايا بالموجات فوق الصوتية، التي تُسمى أيضًا أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، بقدرتها على فتح الخلايا لتحرير المواد الموجودة داخلها. وعند إقران موجات فوق صوتية شديدة بالسوائل، تحدث ظاهرة التجويف الصوتي. وتؤدي قوى التجويف إلى تفكيك جدران الخلايا وتعزيز انتقال الكتلة، بحيث تنتقل المركبات المستهدفة النشطة حيويًا من الخلية إلى السائل.
الاستخلاص من الخلايا بالموجات فوق الصوتية: يُظهر المقطع العرضي المجهري (TS) آلية التأثير أثناء الاستخلاص من الخلايا بالموجات فوق الصوتية (بتكبير 2000x) [المصدر: Vilkhu et al. 2011]
مزايا الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
- مردود مرتفع
- جودة فائقة للمستخلص
- استخلاص سريع
- عملية لطيفة وغير حرارية
- مذيبات متنوعة
- آمن
- سهل التشغيل
- زيادة خطية في حجم الإنتاج
- متطلبات صيانة منخفضة
- عائد سريع على الاستثمار
بروتوكول الاستخلاص
طوّر Prabuthas et al. (2011) بروتوكول الاستخلاص التالي للحصول على مستخلص فيكوسيانين عالي الجودة: جرى تقييم استخلاص الفيكوسيانين من حيث تركيزه باستخدام الماء المقطر ومحلول CaCl2 بتركيز 1%. وتُستخدم طحالب السبيرولينا البحرية في صورة مجففة، لأن البكتيريا تستهلك الكتلة الحيوية الرطبة فورًا، ويبدأ تحللها بسبب تركيبها الغذائي. لذلك، يُوصى باستخدام الكتلة الحيوية المجففة للطحالب لتجنب هذه المشكلات. وأُجري الاستخلاص بخلط 0.1g من الكتلة الحيوية المجففة مع كمية من المذيب، ونُفِّذت المعالجة بالموجات فوق الصوتية بمدة وسعة وفقًا للتصميم التجريبي. وعولجت معلقات العينات بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز تفكيك الخلايا بالموجات فوق الصوتية UP50H من Hielscher، ثم أُجري الطرد المركزي لمدة 15 min عند 13,500rpm باستخدام جهاز طرد مركزي مبرد. ودُرس محتوى الفيكوسيانين والبروتين أثناء الاستخلاص بمذيبين مختلفين، هما كلوريد الكالسيوم والماء المقطر.
بلغت أعلى كمية من الفيكوسيانين 0.3116mg/ml في محلول كلوريد الكالسيوم، تلتها 0.299mg/ml في الماء المقطر. وبلغت أعلى كمية من البروتين 63.63% عند استخدام الماء المقطر بوصفه مذيبًا، و54.69% في محلول كلوريد الكالسيوم. ولذلك، تبيّن أن محلول CaCl2 هو أفضل مذيب لاستخلاص الفيكوسيانين بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
أجهزة استخلاص بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لاستخلاص السبيرولينا
Hielscher هي شريككم ذو الخبرة الطويلة في الاستخلاص القوي والموثوق بالموجات فوق الصوتية للمركبات النشطة حيويًا من الكتلة الحيوية النباتية. ويمكن تشغيل جميع أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على مدار 24/7، وهي مناسبة للإنتاج التجاري للمستخلصات الغذائية. وتغطي مجموعة منتجاتنا النطاق الكامل، من أجهزة التفكيك الحيوي الصغيرة المحمولة باليد إلى أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية على النطاق التجريبي والأنظمة الصناعية للموجات فوق الصوتية. وتتيح الملحقات المتنوعة، مثل السونوترودات المختلفة ومفاعلات خلايا التدفق، التكييف الأمثل مع متطلبات عملياتكم. وجميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher متينة وسهلة التشغيل ومصممة لسهولة الاستخدام. وتأتي أجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية ذات التحكم الرقمي مزودة ببطاقة SD مدمجة للتسجيل التلقائي لبيانات المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
يوضح الجدول أدناه القدرة التقريبية على المعالجة لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
- خبرة طويلة في المعالجة بالموجات فوق الصوتية
- جودة عالية
- متانة
- تشغيل على مدار 24/7
- حماية من التشغيل الجاف
- قابلية التوسع الخطي
- خدمة عملاء ممتازة
- متطلبات صيانة منخفضة
- خدمة التدريب والتركيب
- مركز تقني
- تطوير العمليات
- معدات موجات فوق صوتية مخصصة
يضمن موظفونا المدربون جيدًا تقديم خدمة عملاء رفيعة المستوى واستشارات مهنية.
تواصلوا معنا اليوم! يسرّنا أن نوصيكم بجهاز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الأكثر ملاءمة لتطبيقكم.
أجهزة استخلاص بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة، من النطاق المختبري إلى النطاقين التجريبي والصناعي.
المؤلفات والمراجع
- 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. - Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): An efficient extraction of phycocyanin by ultrasonication and separation using ‘sugaring out’. Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
- Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Standardization of rapid and economical method for neutraceuticals extraction from algae. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, May 2011.
حقائق جديرة بالمعرفة
السبيرولينا
السبيرولينا نوع من البكتيريا الزرقاء، المعروفة أيضًا باسم السيانوفايتا، وهي شعبة من البكتيريا تحصل على طاقتها من خلال البناء الضوئي. وهي الكائنات الوحيدة من بدائيات النوى التي تقوم بالبناء الضوئي وتستطيع إنتاج الأكسجين. ويأتي اسم البكتيريا الزرقاء من لون هذه البكتيريا (باليونانية: κυανός، والنقل الحرفي: kyanós، والمعنى الحرفي: أزرق). وبسبب لونها، تُسمى أيضًا الطحالب الخضراء المزرقة، رغم أن مصطلح الطحالب في الاستخدام الحديث يقتصر على حقيقيات النوى. والنوع Spirulina platensis (S. platensis) هو بكتيريا زرقاء بدائية النوى متعددة الخيوط، يمكن استزراعها بسهولة في مزرعة أحادية النوع في أحواض مفتوحة أو مفاعلات حيوية مغلقة. ويُعد C-فيكوسيانين (C-PC) البروتين الفيكوبيلي الرئيسي في السبيرولينا.
مستخلصات السبيرولينا
السبيرولينا مكمل غذائي شائع يُستخلص من الكتلة الحيوية للبكتيريا الزرقاء البحرية (الطحالب الخضراء المزرقة). والنوعان المستخدمان من السبيرولينا لتحضير مكملات البروتين والأصباغ النباتية الخالصة هما Arthrospira platensis وArthrospira maxima. والمستخلص المتحرر من هذه الطحالب الدقيقة غني بمضادات الأكسدة والأحماض الأمينية والفيتامينات. لذلك، يُضاف مسحوق المستخلص الأزرق إلى العصائر والسموذي والمشروبات المخفوقة وغيرها من المشروبات، ويمنحها لونًا أزرق كثيفًا وجميلًا. وبدلًا من ذلك، يمكن تناول مستخلص السبيرولينا في صورة أقراص.
الفيكوسيانين والألوفيكوسيانين والفيكوإريثرين معقدات صبغية بروتينية تنتمي إلى عائلة البروتينات الفيكوبيلية الحاصدة للضوء، المعروفة بلونها الأزرق الفاتح الكثيف. والفيكوسيانين صبغة مساعدة للكلوروفيل. ولأن جميع البروتينات الفيكوبيلية قابلة للذوبان في الماء، فإنها لا توجد داخل الغشاء، بل ترتبط بغشاء الخلية على هيئة تجمعات تُسمى الفيكوبيليسومات.
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية وتفكيك الخلايا
يُستخدم الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) لتحرير المركبات النشطة حيويًا وعزلها من المواد النباتية وكذلك الأنسجة.
في عمليات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، تُقرن موجات فوق صوتية شديدة بوسط تولّد فيه الموجات انضغاطًا وتمددًا متعاقبين. وخلال دورات الانضغاط / التمدد، تتكوّن فقاعات فراغية تنمو على مدى عدة دورات حتى تعجز عن امتصاص مزيد من الطاقة، فتنهار إلى الداخل بعنف. ويُنتج انهيار الفقاعات حالة عالية الطاقة، مع درجات حرارة موضعية تصل إلى 5000K، وفروق ضغط تبلغ 1000atm، ومعدلات تسخين وتبريد تتجاوز 1010 K/s، بالإضافة إلى نفاثات سائلة بسرعات تبلغ 280m/s. وتُعرف هذه الظاهرة باسم التجويف الصوتي.
يعتمد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية الناتجة عنه