التوزيع ثلاثي الأطوار المعزَّز بالموجات فوق الصوتية

• التوزيع ثلاثي الأطوار (TPP) هو تقنية لاستخلاص المكونات وفصلها وتنقيتها من المواد البيولوجية، مثل الدهون والإنزيمات والسكريات المتعددة وغيرها من الجزيئات الحيوية.
• يتفوق التوزيع ثلاثي الأطوار بمساعدة الموجات فوق الصوتية على التوزيع ثلاثي الأطوار التقليدي من حيث المردود الأعلى والنقاوة المحسَّنة والسرعة الاستثنائية.
• يمكن تطبيق التوزيع ثلاثي الأطوار بالموجات فوق الصوتية على الأحجام الصغيرة والكبيرة، ويمكن توسيع نطاقه بسهولة إلى الإنتاج الصناعي.

التوزيع ثلاثي الأطوار بالموجات فوق الصوتية

التوزيع ثلاثي الأطوار

التوزيع ثلاثي الأطوار (TPP) هو عملية بسيطة وفعالة تُجرى في خطوة واحدة لفصل الجزيئات الحيوية، مثل الإنزيمات والدهون والسكريات المتعددة وغيرها، وتنقيتها وتركيزها من مخاليط معقدة.
يُجرى TPP بإضافة كمية كافية من الملح (عادةً كبريتات الأمونيوم) ثم مذيب عضوي (بصفة أساسية t-butanol/tert-butanol). تُستخدم أملاح مثل كبريتات الأمونيوم عند درجة تشبع معينة لترسيب البروتين. ويُضاف مذيب عضوي مثل t-butanol لتكوين طبقات ثلاثية الأطوار وإزالة المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض، مثل الدهون والمركبات الفينولية وبعض المنظفات. ونظرًا إلى أن t-butanol له درجة غليان مرتفعة، ولكنه أقل قابلية للاشتعال من الإيثانول والميثانول، فإن t-butanol هو المذيب المفضَّل لعملية TPP.
بعد معالجة المستخلص الخام والترويق، ينفصل المزيج إلى ثلاثة أطوار متميزة: يحتوي طور المذيب العلوي (t-butanol) على مركبات غير قطبية، يفصلها راسب بروتيني عند السطح البيني عن الطور المائي السفلي (الذي يحتوي على مركبات قطبية). تتوزع البروتينات المطلوبة انتقائيًا في أحد الأطوار، بينما تتوزع البروتينات الملوِّثة الأخرى في الطور الآخر. ويؤدي ذلك إلى تنقية البروتين جزئيًا وتركيزه. تجمع عملية الاستخلاص بين ترسيب البروتينات بفعل العوامل المعزِّزة للانتظام البنيوي، والتمليح، والمذيب المساعد المتساوي التوتر، والتأثير التناضحي.

التوزيع ثلاثي الأطوار المعزَّز بالموجات فوق الصوتية

تُكثِّف المعالجة بالموجات فوق الصوتية عملية TPP بدرجة كبيرة. ويُطبَّق التوزيع ثلاثي الأطوار بمساعدة الموجات فوق الصوتية بنجاح لفصل الجزيئات الحيوية وتنقيتها. وقد عُزلت مجموعة واسعة من الجزيئات الحيوية بكفاءة أعلى وفي وقت أقصر. فعلى سبيل المثال، نُقِّيت إنزيمات من النباتات (مثل البروميلين والباباين والإنفرتاز وأوكسيداز متعدد الفينول ومثبطات التربسين)، والحيوانات (مثل التربسين وα-كيموتربسين والكيموسين والبيبسين واللوسيفيراز)، والميكروبات (مثل الليباز وα-أميلاز وα-غالاكتوزيداز والسيرّاتيوبيبتيداز وناقلة الغليكوزيل للسيكلودكسترين والإنزيمات الحالّة للفبرين) باستخدام TPP بالموجات فوق الصوتية. ومن الفوائد الإضافية للتوزيع ثلاثي الأطوار بالموجات فوق الصوتية تعزيز نشاط إنزيمات مختلفة، مما يؤدي إلى مردود ظاهري أعلى (بنحو 100%)، إذ يترسب الإنزيم أو البروتين المستهدف في الطبقة الوسطى بين الطورين العضوي والمائي.
يمكن استخدام التوزيع ثلاثي الأطوار بالموجات فوق الصوتية بفعالية مع العينات الخام، ويمكن توسيع نطاقه بسهولة.

أمثلة على التوزيع ثلاثي الأطوار بالموجات فوق الصوتية (US-TPP)

استخدام TPP بالموجات فوق الصوتية لاستخلاص الأستازانتين

لاستخلاص الأستازانتين (AX)، تُعد المعالجة المشتركة باستخدام TPP والمعالجة بالموجات فوق الصوتية بجهاز Hielscher لمعالجة المواد بالموجات فوق الصوتية UP400S تقنية بسيطة وسهلة التطبيق، كما أنها فعالة للغاية لعزل AX من الكتلة الحيوية البكتيرية لـ Paracoccus NBRC 101723. ويمكن تحسين متغيرات تشغيل المعالجة بالموجات فوق الصوتية للحصول على نتائج استخلاص مثلى. وتؤثر معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية، مثل السعة والزمن ودرجة الحرارة ووعاء الاستخلاص (الحجم والشكل)، وكذلك حجم جسيمات الكتلة الحيوية، بدرجة كبيرة في تحرير AX من الكتلة الحيوية بالموجات فوق الصوتية. وتحقق معالجة الكتلة الحيوية الرطبة بالموجات فوق الصوتية نتائج أفضل من TPP بالموجات فوق الصوتية للكتلة الحيوية المجففة، من حيث استخلاص AX بسرعة وكفاءة. ويؤدي TPP بالموجات فوق الصوتية إلى استرداد AX بنسبة أعلى بمقدار 37% مقارنة بالاستخلاص التقليدي بالمذيبات. (راجع Chougle et al. 2013)

استخدام TPP بالموجات فوق الصوتية لفصل الأندروغرافوليد من Andrographis paniculata

الأندروغرافوليد هو ديتربينويد من نوع اللابدان، يُقدَّر لما له من تأثيرات قوية مضادة للالتهاب والأكسدة والسرطان والسكري، ولتأثيره الواقي للكبد. وتُظهر الدراسات المقارنة أن TPP بالموجات فوق الصوتية يزيد مردود الأندروغرافوليد، ويحسِّن أيضًا النشاط المضاد للأكسدة مقارنةً بـ TPP التقليدي.

أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء للتوزيع ثلاثي الأطوار

تتخصص Hielscher Ultrasonics في تصميم أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية القدرة وتصنيعها للاستخلاص وللعديد من العمليات الأخرى.
تشمل مجموعة منتجاتنا أجهزة معالجة مخبرية صغيرة وقوية بالموجات فوق الصوتية، ومجانسات متينة توضع على طاولة المختبر، وأنظمة موجات فوق صوتية صناعية عالية الأداء. وتتيح الملحقات المتنوعة تكييف نظام الموجات فوق الصوتية على النحو الأمثل مع المتطلبات المحددة لعمليتكم. وجميع أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية مصممة للتشغيل على مدار 24/7 تحت الحمل الكامل.
تتيح لنا خبرتنا الطويلة في المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقديم المشورة لعملائنا بدءًا من اختباراتهم الأولى بالموجات فوق الصوتية، مرورًا بخطوات تحسين العملية، ووصولًا إلى تطبيقها على النطاق الصناعي.
يرجى استخدام النموذج أدناه لإخبارنا عن عمليتكم! يسرنا تقديم التوصيات ومناقشة فرص المعالجة بالموجات فوق الصوتية وفوائدها لتطبيقكم.

المؤلفات/المراجع

• Chougle, J.A: et al. (2013): التوزيع ثلاثي الأطوار بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UATPP): تقنية جديدة طُوِّرت لاستخلاص الأستازانتين من Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – المؤتمر السنوي، جامعة ساسكاتشوان، ساسكاتون، 7–10 يوليو 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): التوزيع بين الأطوار لفصل الإنزيمات: نظرة عامة وتطبيقات حديثة. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): تعزيز استخلاص الراتنج الزيتي من مسحوق جذمور الزنجبيل (Zingiber officinale) باستخدام التوزيع ثلاثي الأطوار بمساعدة الإنزيمات. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): التآزر بين الموجات فوق الصوتية والتوزيع ثلاثي الأطوار لاستخلاص السكريات المتعددة من Corbicula fluminea وفصلها، والآليات المحتملة ذات الصلة. Ultrasonics Sonochemistry، المجلد 40، الجزء A، 2018. 128–134.