Ultrasonication لتحسين الطحالب خلية تعطيل واستخراج

تحتوي الطحالب، الكلية والطحالب الدقيقة، على العديد من المركبات القيمة، والتي تستخدم كأطعمة غذائية أو إضافات غذائية أو كوقود أو مادة وسيطة للوقود. من أجل إطلاق المواد المستهدفة من خلية الطحالب مطلوب تقنية تعطيل الخلايا قوية وفعالة. مستخرجات بالموجات فوق الصوتية هي ذات كفاءة عالية وموثوق بها عندما يتعلق الأمر باستخراج المركبات النشطة بيولوجيا من النباتات والطحالب والفطريات. متوفرة في المختبر، مقاعد البدلاء أعلى وعلى نطاق صناعي، يتم تأسيس مستخلصات الموجات فوق الصوتية Hielscher في إنتاج مقتطفات المستمدة من الخلايا في إنتاج الغذاء، فارما والوقود الحيوي.

الطحالب كمورد قيم للتغذية والوقود

خلايا الطحالب هي مصدر متعدد الاستخدامات للمركبات النشطة بيولوجيا والغنية بالطاقة، مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون وغيرها من المواد النشطة بيولوجيا وكذلك الألكانات. وهذا يجعل الطحالب مصدرا للغذاء والمركبات الغذائية وكذلك للوقود.
الطحالب الدقيقة هي مصدر قيم للدهون، والتي تستخدم للتغذية والوقود الحيوي الخام فو (مثل وقود الديزل الحيوي). سلالات العوالق النباتية البحرية ديكراتيريا، مثل ديكراتيريا روتوندا، تعرف باسم الطحالب المنتجة للبنزين، التي يمكن توليف سلسلة من الهيدروكربونات المشبعة (ن-alkanes) من C₁₀ح₂₂ إلى C₃₈ح₇₈، والتي تصنف على أنها البنزين (C10-C15)، وزيوت الديزل (C16-C20)، وزيوت الوقود (C21-C38).
نظرا لقيمتها الغذائية، وتستخدم الطحالب ك "الأطعمة الوظيفية" أو "nutraceuticals". وتشمل المواد الغذائية الدقيقة الهامة المستخرجة من الطحالب الكاروتينات أستازانتين وفوكوكانثين وزاكسانتين وفوكويدان واللاميناري وغيرها من الجلوكان من بين العديد من المواد النشطة بيولوجيا الأخرى التي تستخدم كمكملات غذائية ومستحضرات فارمسوتية. وتستخدم كاراجينان، الجينات وغيرها من المواد الهيدروكولويدات كمادة مضافة للأغذية. وتستخدم الدهون الطحالب كمصدر أوميغا 3 نباتي وتستخدم أيضا كوقود أو كمادة وسيطة لإنتاج وقود الديزل الحيوي.

الطحالب الخلية تعطيل واستخراج بواسطة الموجات فوق الصوتية السلطة

وتستخدم مستخرجات بالموجات فوق الصوتية أو ultrasonicators ببساطة لاستخراج مركبات قيمة من عينات صغيرة في المختبر وكذلك لإنتاج على نطاق تجاري واسع.
خلية الطحالب محمية بمصفوفات جدار الخلية المعقدة ، والتي تتكون من الدهون والسليلوز والبروتينات والبروتينات السكرية والسكريات. قاعدة معظم جدران خلايا الطحالب مبنية من شبكة الألياف الدقيقة داخل مصفوفة بروتين تشبه الجل. ومع ذلك، تم تجهيز بعض الطحالب الدقيقة مع جدار جامد غير عضوي يتكون من فركتول السيليكا أو كربونات الكالسيوم. من أجل الحصول على مركبات نشطة بيولوجيا من الكتلة الحيوية الطحالب، تقنية فعالة تعطيل الخلية ضروري. وإلى جانب عوامل الاستخراج التكنولوجية (أي طريقة الاستخراج والمعدات)، تتأثر كفاءة تعطيل خلايا الطحالب واستخراجها بشدة أيضا بعوامل مختلفة تعتمد على الطحالب مثل تكوين جدار الخلية، وموقع الجزيئات الحيوية المطلوبة في خلايا الطحالب الدقيقة، ومرحلة نمو الطحالب الدقيقة أثناء الحصاد.

كيف الموجات فوق الصوتية الطحالب الخلية تعطيل واستخراج العمل؟

عندما تقترن موجات الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة عن طريق مسبار بالموجات فوق الصوتية (المعروف أيضا باسم القرن بالموجات فوق الصوتية أو سونوترودي) في سائل أو ملاط ، تنتقل الموجات الصوتية عبر السائل وتخلق بالتالي دورات الضغط العالي / الضغط المنخفض. خلال هذه الدورات الضغط العالي / الضغط المنخفض، فقاعات فراغ دقيقة أو تجاويف تحدث. تحدث فقاعات التجويف عندما ينخفض الضغط المحلي خلال دورات الضغط المنخفض بما يكفي أقل بكثير من ضغط البخار المشبع ، وهي قيمة تعطى من قوة الشد للسائل في درجة حرارة معينة. التي تنمو على مدى عدة دورات. عندما تصل فقاعات الفراغ هذه إلى الحجم ، حيث لا يمكنها امتصاص المزيد من الطاقة ، تنهار الفقاعة بعنف خلال دورة الضغط العالي. انهيار فقاعات التجويف هو عملية عنيفة كثيفة الطاقة التي تولد موجات صدمة شديدة، والاضطرابات، والطائرات الصغيرة في السائل. بالإضافة إلى ذلك، يتم إنشاء ضغوط عالية جدا المترجمة ودرجات حرارة عالية جدا. هذه الظروف القاسية هي قادرة بسهولة على تعطيل جدران الخلايا والأغشية والإفراج عن المركبات داخل الخلايا بطريقة فعالة وفعالة وسريعة. يمكن استخراج المركبات داخل الخلايا مثل البروتينات والسكريات والدهون والفيتامينات والمعادن ومضادات الأكسدة وبالتالي استخراجها بشكل فعال باستخدام الفوق صوتيات الطاقة.

التجويف بالموجات فوق الصوتية لتعطيل الخلية واستخراجها

عندما تتعرض لطاقة الموجات فوق الصوتية مكثفة، يتم تعطيل الجدار أو غشاء أي نوع من الخلية (بما في ذلك النباتية والثدييات والطحالب والفطريات والبكتيرية الخ) ويتم تمزيق الخلية إلى شظايا أصغر من قبل القوى الميكانيكية من التجويف بالموجات فوق الصوتية كثيفة الطاقة. عندما يتم كسر جدار الخلية, يتم تحرير الأيض الخلوية مثل البروتين, الدهون, حمض النوى والكلوروفل من مصفوفة جدار الخلية وكذلك من داخل الخلية والحصول على نقلها إلى الثقافة المحيطة المتوسطة أو المذيبات.
الآلية المذكورة أعلاه من التجويف بالموجات فوق الصوتية / الصوتية يعطل خلايا الطحالب كلها أو الغاز وال فاسولي السائل داخل الخلايا بشدة. التجويف بالموجات فوق الصوتية، والاهتزاز، والاضطرابات وتدفق الصغرى تعزيز نقل الكتلة بين الداخلية الخلية والمذيبات المحيطة بها بحيث الجزيئات الحيوية (أي الأيض) فعالة وأفرج عنه بسرعة. منذ سونيكيشن هو العلاج الميكانيكي البحت الذي لا يتطلب المواد الكيميائية القاسية والسامة و / أو مكلفة.
يخلق التصوير بالموجات فوق الصوتية عالي الكثافة والتردد ظروفا شديدة الكثافة للطاقة ، تتميز بضغوط عالية ودرجات حرارة وقوى قص عالية. هذه القوى المادية تعزيز تعطيل هياكل الخلية من أجل إطلاق المركبات داخل الخلايا في الوسط. لذلك ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد إلى حد كبير لاستخراج المواد النشطة بيولوجيا والوقود من الطحالب. بالمقارنة مع طرق الاستخراج التقليدية مثل استخراج المذيبات، حبة الطحن أو التجانس الضغط العالي، استخراج بالموجات فوق الصوتية يتفوق عن طريق الإفراج عن معظم المركبات النشطة بيولوجيا (مثل الدهون والبروتينات والسكريات والمغذيات الدقيقة) من الخلية سونوبوديد وتعطل. تطبيق شروط العملية الصحيحة، استخراج بالموجات فوق الصوتية يعطي عوائد استخراج متفوقة في غضون فترة عملية قصيرة جدا. على سبيل المثال، مستخرجات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء يظهر أداء استخراج ممتازة من الطحالب، عند استخدامها مع المذيبات مناسبة. في الوسط الحمضي أو القلوية ، يصبح جدار الخلية الطحالب مساميا ومتجعدا ، مما يؤدي إلى زيادة الغلة في درجة حرارة منخفضة (أقل من 60 درجة مئوية) في وقت صوتنة قصير (أقل من 3 ساعات). تمنع مدة الاستخراج القصيرة في درجات حرارة معتدلة تدهور الفوكويدان ، بحيث يتم الحصول على البوليساكريد عالي النشاط الحيوي.
Ultrasonication هو أيضا وسيلة لتحويل fucoidan الوزن الجزيئي العالي إلى fucoidan الوزن الجزيئي المنخفض، وهو أكثر فعالية بيولوجيا بكثير بسبب هيكلها debranched. مع النشاط الحيوي العالي والقابلية للتراكم الحيوي ، فإن fucoidan منخفض الوزن الجزيئي هو مركب مثير للاهتمام للمستحضرات الصيدلانية وأنظمة توصيل الأدوية.

دراسات الحالة: استخراج بالموجات فوق الصوتية من مركبات الطحالب

وقد درست على نطاق واسع كفاءة استخراج بالموجات فوق الصوتية والتحسين من المعلمات استخراج بالموجات فوق الصوتية. أدناه، يمكنك العثور على نتائج مثالية لنتائج الاستخراج عن طريق ultrasonication من مختلف أنواع الطحالب.

استخراج البروتين من سبيرولينا باستخدام مانو الحرارية سونيكيشن

بحثت مجموعة البحث من البروفيسور Chemat (جامعة أفينيون) آثار manothermosonication (MTS) على استخراج البروتينات (مثل فيكوسيانين) من البكتيريا الزرقاء Arthrospira الجافة (المعروف أيضا باسم سبيرولينا). مانو-الحرارية سونيكيشن (MTS) هو تطبيق الفوق صوتيات جنبا إلى جنب مع الضغوط المرتفعة ودرجات الحرارة من أجل تكثيف عملية استخراج بالموجات فوق الصوتية.
"وفقا للنتائج التجريبية، عززت MTS نقل الكتلة (الانتشار الفعال العالي، De) وتمكنت من الحصول على 229٪ من البروتينات (28.42 ± 1.15 غرام/100 غرام DW) من العملية التقليدية دون الموجات فوق الصوتية (8.63 ± 1.15 غرام/100 غرام DW). مع 28.42 غرام من البروتينات لكل 100 غرام من الكتلة الحيوية سبيرولينا الجافة في استخراج, تم تحقيق معدل استعادة البروتين من 50٪ في 6 دقائق فعالة مع عملية MTS المستمر. وأظهرت الملاحظات المجهرية أن التجويف الصوتي أثر على خيوط سبيرولينا بآليات مختلفة مثل التجزؤ، وإزالة التسوس. هذه الظواهر المختلفة تجعل استخراج وإطلاق وslubilization من المركبات النشطة بيولوجيا سبيرولينا أسهل. [فيرنس وآخرون، 2019]

صور المجهر البصري من خيوط spiurulina كله تعرض لعلاج MTS مع مرور الوقت. شريط المقياس (الصورة أ) = 50 ميكرومتر لكل الصور.
الصورة والدراسة: ©فيرنيس وآخرون 2019

الموجات فوق الصوتية فوكويدان واستخراج جلوكان من لاميناريا ديزاتا

وقد حققت مجموعة أبحاث TEAGASC التابعة للدكتور تيواري في استخراج السكريات المتعددة، أي الفوكويدان واللامينارين ومجموع الغلوكان، من الأرقام اللامينية الماكروالغاية باستخدام أوباترجاتور UIP500hdT. أظهرت معلمات الاستخراج بمساعدة ultrasonically (الإمارات العربية المتحدة) التي تمت دراستها تأثيرا كبيرا على مستويات الفوكوز وFRAP وDPPH. مستويات 1060.75 ملغ/100 غرام ds, 968.57 ملغ/100 غرام ds, 8.70 μM trolox/mg fde و 11.02٪ تم الحصول عليها للفوكوس, مجموع glucans, FRAP و DPPH على التوالي في ظروف محسنة من درجة الحرارة (76:C), الوقت (10 دقيقة) والسعة بالموجات فوق الصوتية (100٪) باستخدام 0.1 M HCl كمذيب. ثم طبقت شروط الإمارات العربية المتحدة الموصوفة بنجاح على الطحالب البنية الأخرى ذات الصلة اقتصاديا (L. hyperborea و A. nodosum) للحصول على مستخلصات غنية بالبوليساكريد. توضح هذه الدراسة قابلية دولة الإمارات العربية المتحدة للتطبيق لتعزيز استخراج السكريات متعددة السكريات النشطة بيولوجيا من مختلف الأنواع الكلية.

استخراج الموجات فوق الصوتية النباتية الكيميائية من ف. فيسليلوزوس و ب. القناة

قارن فريق البحث من غارسيا فاكيرو تقنيات الاستخراج الجديدة المختلفة بما في ذلك استخراج الموجات فوق الصوتية عالية الأداء ، واستخراج الموجات فوق الصوتية - الميكروويف ، واستخراج الميكروويف ، والاستخراج بمساعدة الحرارة المائية والاستخراج بمساعدة الضغط العالي من أجل تقييم كفاءة الاستخراج من أنواع الطحالب الدقيقة البنية فوكوس فيسليكوس وبيلفيتيا canaliculata. لالموجات فوق الصوتية، استخدموا Hielscher UIP500hdT مستخرج بالموجات فوق الصوتية. وكشف أن anylsis من الغلة استخراج أن استخراج بالموجات فوق الصوتية حققت أعلى الغلة من معظم المواد الكيميائية النباتية من كل من vesiculosus F. وهذا يعني، أعلى غلة من المركبات المستخرجة من F. vesiculosus باستخدام مستخرج بالموجات فوق الصوتية UIP500hdT كانت: إجمالي محتوى الفينولية (445.0 ± 4.6 ملغ مكافئات حمض الغاليك / ز), مجموع محتوى phlorotannin (362.9 ± 3.7 ملغ مكافئات phloroglucinol / ز), مجموع محتوى الفلافونويد (286.3 ± 7.8 ملغ مكافئات كيرسيتين /ز) وإجمالي محتوى التانين (189.1 ± 4.4 ملغ مكافئات catechin /g).
في دراستهم البحثية، خلص الفريق إلى أن استخدام استخراج بمساعدة بالموجات فوق الصوتية "جنبا إلى جنب مع محلول الإيثانول 50٪ كمذيب استخراج يمكن أن يكون استراتيجية واعدة تستهدف استخراج TPC، TPhC، TFC وTC، مع الحد من الاستخراج المشترك للكربوهيدرات غير المرغوب فيها من كل من F. vesiculosus و P. canaliculata، مع تطبيقات واعدة عند استخدام هذه المركبات كمستحضرات صيدلانية، النواة والكزمية". [غارسيا فاكيرو وآخرون، 2021]

توسيع نطاق مانو الحرارية سونيكيشن في جامعة أفينيون باستخدام الموجات فوق الصوتية Hielscher: من المعدات المختبرية UIP1000hdT (أ) لمعدات النطاق التجريبي UIP4000hdT (ب، ج & D). على الصورة D هو تخطيط مقطع عرضي من الخلية تدفق بالموجات فوق الصوتية FC100K.
الصورة والدراسة: ©فيرنيس وآخرون 2019

مستخرجات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتعطيل الطحالب

معدات الموجات فوق الصوتية HIELSCHER للدولة من بين الفن وتسمح السيطرة الكاملة على عملية المعلمات مثل السعة ودرجة الحرارة والضغط ومدخلات الطاقة.
لاستخراج بالموجات فوق الصوتية، يمكن أن تختلف المعلمات مثل حجم الجسيمات المواد الخام، ونوع المذيبات، الصلبة إلى المذيبات، ووقت الاستخراج والأمثل للحصول على أفضل النتائج.
منذ استخراج بالموجات فوق الصوتية هو وسيلة استخراج غير الحرارية، يتم تجنب التدهور الحراري للمكونات النشطة بيولوجيا الموجودة في المواد الخام مثل الطحالب.
عموما، مزايا مثل الغلة العالية، وقت الاستخراج القصير، وانخفاض درجة حرارة الاستخراج، وكميات صغيرة من المذيبات يجعل سونيكيشن طريقة استخراج متفوقة.

استخراج بالموجات فوق الصوتية: أنشئت في المختبر والصناعة

يتم تطبيق استخراج بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لاستخراج أي نوع من المركبات النشطة بيولوجيا من النباتات والطحالب والبكتيريا وخلايا الثدييات. وقد أنشئت استخراج بالموجات فوق الصوتية باعتبارها بسيطة وفعالة من حيث التكلفة وفعالة للغاية أن يتفوق تقنيات الاستخراج التقليدية الأخرى من خلال ارتفاع غلة الاستخراج وأقصر مدة المعالجة.
مع المختبر، مقاعد البدلاء أعلى وأنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل المتاحة بسهولة، استخراج بالموجات فوق الصوتية في الوقت الحاضر تكنولوجيا راسخة وموثوق بها. Hielscher مستخرجات بالموجات فوق الصوتية مثبتة في جميع أنحاء العالم في مرافق المعالجة الصناعية التي تنتج المواد الغذائية والأدوية الصف المركبات النشطة بيولوجيا.

عملية التوحيد القياسي مع الموجات فوق الصوتية Hielscher

يجب إنتاج المستخلصات المشتقة من الطحالب، والتي تستخدم في الأغذية أو المستحضرات الصيدلانية أو مستحضرات التجميل، وفقا لممارسات التصنيع الجيدة (GMP) وتحت مواصفات المعالجة الموحدة. Hielscher Ultrasonics 'أنظمة الاستخراج الرقمي تأتي مع برامج ذكية، مما يجعل من السهل تعيين والسيطرة على عملية سونيكيشن على وجه التحديد. تسجيل البيانات التلقائي يكتب جميع المعلمات عملية بالموجات فوق الصوتية مثل الطاقة بالموجات فوق الصوتية (مجموع وصافي الطاقة)، والسعة، ودرجة الحرارة، والضغط (عندما يتم تركيب درجة الحرارة وأجهزة استشعار الضغط) مع التاريخ والوقت ختم على المدمج في بطاقة SD. هذا يسمح لك بمراجعة كل الكثير معالجتها بالموجات فوق الصوتية. وفي الوقت نفسه، يتم ضمان إمكانية إعادة الإنتاج وجودة المنتج العالية باستمرار.

الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا: