Yosun hüceyrələrinin pozulması və çıxarılmasını yaxşılaşdırmaq üçün ultrasəs

Yosunlar, makro və mikroyosunlar, qidalandırıcı qidalar, qida əlavələri və ya yanacaq və ya yanacaq xammalı kimi istifadə olunan bir çox qiymətli birləşmələri ehtiva edir. Hədəf maddələri yosun hüceyrəsindən azad etmək üçün güclü və effektiv hüceyrə parçalanması texnikası tələb olunur. Ultrasəs ekstraktorları botanika, yosun və göbələklərdən bioaktiv birləşmələrin çıxarılmasına gəldikdə yüksək səmərəli və etibarlıdır. Laboratoriya, dəzgah üstü və sənaye miqyasında mövcud olan Hielscher ultrasəs ekstraktorları qida, dərman və bio-yanacaq istehsalında hüceyrədən alınan ekstraktların istehsalında qurulur.

Qidalanma və yanacaq üçün qiymətli mənbə kimi yosunlar

Yosun hüceyrələri zülallar, karbohidratlar, lipidlər və digər bioaktiv maddələr, həmçinin alkanlar kimi bioaktiv və enerji ilə zəngin birləşmələrin çox yönlü mənbəyidir. Bu, yosunları qida və qida birləşmələri, eləcə də yanacaq mənbəyi edir.
Mikroyosunlar qidalanma üçün və bioyanacaq (məsələn, biodizel) üçün xammal kimi istifadə olunan qiymətli lipid mənbəyidir. Dicrateria rotunda kimi dəniz fitoplanktonunun suşları, C-dən bir sıra doymuş karbohidrogenləri (n-alkanlar) sintez edə bilən benzin istehsal edən yosunlar kimi tanınır.₁₀H₂₂ C-yə₃₈H₇₈, bunlar benzin (C10–C15), dizel yağları (C16–C20) və mazutlar (C21–C38) kimi təsnif edilir.
Qida dəyərinə görə yosunlar kimi istifadə olunur “funksional qidalar” və ya “qidalandırıcılar”. Yosunlardan çıxarılan mühüm mikro-qida elementlərinə karotenoidlər, astaksantin, fukoksantin və zeaksantin, fukoidan, laminari və digər qlükanlar daxildir, o cümlədən qida əlavələri və əczaçılıq preparatları kimi istifadə edilən çoxsaylı bioaktiv maddələr. Qida əlavələri kimi karragenan, alginat və digər hidrokolloidlərdən istifadə olunur. Yosun lipidləri vegan omeqa-3 mənbəyi kimi istifadə olunur və həmçinin yanacaq və ya biodizel istehsalı üçün xammal kimi istifadə olunur.

Yosun Hüceyrələrinin Dağılması və Güclü Ultrasəslə Çıxarılması

Ultrasəs ekstraktorları və ya sadəcə ultrasəs cihazları laboratoriyada kiçik nümunələrdən qiymətli birləşmələr çıxarmaq, eləcə də böyük kommersiya miqyasında istehsal üçün istifadə olunur.
Yosun hüceyrəsi lipidlərdən, sellülozadan, zülallardan, qlikoproteinlərdən və polisaxaridlərdən ibarət mürəkkəb hüceyrə divarı matrisləri ilə qorunur. Əksər yosunların hüceyrə divarlarının əsası gel kimi zülal matrisi daxilində mikrofibrilyar şəbəkədən ibarətdir; bununla belə, bəzi mikroyosunlar opalin silisium kükürdündən və ya kalsium karbonatdan ibarət qeyri-üzvi sərt divarla təchiz edilmişdir. Yosun biokütləsindən bioaktiv birləşmələr əldə etmək üçün effektiv hüceyrə parçalanması texnikası lazımdır. Texnoloji ekstraksiya faktorları (yəni, ekstraksiya üsulu və avadanlıqları) ilə yanaşı, yosun hüceyrələrinin pozulması və çıxarılmasının səmərəliliyinə hüceyrə divarının tərkibi, mikroyosun hüceyrələrində arzu olunan biomolekulun yeri və böyümə kimi müxtəlif yosunlardan asılı amillər də güclü təsir göstərir. məhsul yığımı zamanı mikroyosun mərhələsi.

Ultrasonik Yosun Hüceyrəsinin pozulması və çıxarılması necə işləyir?

Yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları ultrasəs zondu (həmçinin ultrasəs buynuz və ya sonotrode kimi tanınır) vasitəsilə maye və ya çamura birləşdirildikdə, səs dalğaları mayenin içindən keçir və bununla da alternativ yüksək təzyiq/aşağı təzyiq dövrləri yaradır. Bu yüksək təzyiq / aşağı təzyiq dövrləri zamanı dəqiqəlik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar meydana gəlir. Kavitasiya qabarcıqları aşağı təzyiq dövrlərində yerli təzyiq doymuş buxar təzyiqindən kifayət qədər aşağı düşdükdə baş verir, bu dəyər müəyyən bir temperaturda mayenin dartılma gücü ilə verilir. Bir neçə dövr ərzində böyüyən. Bu vakuum qabarcıqları daha çox enerji qəbul edə bilməyəcək bir ölçüyə çatdıqda, qabarcıq yüksək təzyiq dövrü zamanı şiddətlə partlayır. Kavitasiya qabarcıqlarının partlaması mayedə güclü şok dalğaları, turbulentliklər və mikro reaktivlər yaradan şiddətli, enerji sıx bir prosesdir. Bundan əlavə, lokallaşdırılmış çox yüksək təzyiqlər və çox yüksək temperaturlar yaranır. Bu ekstremal şərtlər asanlıqla hüceyrə divarlarını və membranlarını pozmağa və hüceyrədaxili birləşmələri effektiv, təsirli və sürətli şəkildə buraxmağa qadirdir. Zülallar, polisaxaridlər, lipidlər, vitaminlər, minerallar və antioksidantlar kimi hüceyrədaxili birləşmələr bununla da ultrasəs gücündən istifadə edərək effektiv şəkildə çıxarıla bilər.

Hüceyrələrin pozulması və çıxarılması üçün ultrasəs kavitasiyası

Güclü ultrasəs enerjisinə məruz qaldıqda, istənilən növ hüceyrənin divarı və ya membranı (botanik, məməli, yosun, göbələk, bakteriya və s. daxil olmaqla) pozulur və hüceyrə enerjili ultrasəs kavitasiyasının mexaniki qüvvələri ilə daha kiçik parçalara parçalanır. . Hüceyrə divarı qırıldıqda, zülal, lipid, nuklein turşusu və xlorofil kimi hüceyrə metabolitləri hüceyrə divarı matrisindən, həmçinin hüceyrənin daxili hissəsindən ayrılır və ətrafdakı mədəniyyət mühitinə və ya həllediciyə köçürülür.
Yuxarıda təsvir edilən ultrasəs / akustik kavitasiya mexanizmi bütün yosun hüceyrələrini və ya hüceyrələr içərisində qaz və maye vakuolları ciddi şəkildə pozur. Ultrasonik kavitasiya, vibrasiya, turbulentliklər və mikro axın hüceyrənin daxili hissəsi ilə ətrafdakı həlledici arasında kütləvi köçürməni təşviq edir ki, biomolekullar (yəni metabolitlər) səmərəli və sürətlə sərbəst buraxılsın. Sonikasiya sərt, zəhərli və/və ya bahalı kimyəvi maddələr tələb etməyən sırf mexaniki müalicə olduğundan.
Yüksək intensivlikli, aşağı tezlikli ultrasəs yüksək təzyiq, temperatur və yüksək kəsmə qüvvələrini özündə əks etdirən ekstremal enerji sıxlığı şərait yaradır. Bu fiziki qüvvələr hüceyrədaxili birləşmələri mühitə buraxmaq üçün hüceyrə strukturlarının pozulmasına kömək edir. Buna görə də, aşağı tezlikli ultrasəs əsasən yosunlardan bioaktiv maddələrin və yanacaqların çıxarılması üçün istifadə olunur. Solventli ekstraksiya, muncuq frezeleme və ya yüksək təzyiqli homogenləşdirmə kimi adi ekstraksiya üsulları ilə müqayisədə ultrasəs ekstraksiya sonoporasiya edilmiş və pozulmuş hüceyrədən bioaktiv birləşmələrin əksəriyyətini (məsələn, lipidlər, zülallar, polisaxaridlər və mikro-qida elementləri) azad etməklə üstündür. Düzgün proses şərtlərini tətbiq etməklə, ultrasəs hasilatı çox qısa müddət ərzində yüksək hasilat məhsuldarlığı verir. Məsələn, yüksək performanslı ultrasəs ekstraktorları uyğun bir həlledici ilə istifadə edildikdə, yosunlardan əla ekstraksiya performansı göstərir. Turşu və ya qələvi mühitdə yosunların hüceyrə divarı məsaməli və qırışır, bu da aşağı temperaturda (60°C-dən aşağı) qısa sonikasiya müddətində (3 saatdan az) məhsuldarlığın artmasına səbəb olur. Mülayim temperaturda qısa ekstraksiya müddəti fukoidanın deqradasiyasının qarşısını alır, beləliklə yüksək bioaktiv polisaxarid əldə edilir.
Ultrasonikasiya həm də yüksək molekulyar ağırlıqlı fukoidanı aşağı molekulyar ağırlıqlı fukoidana çevirmək üçün bir üsuldur ki, bu da dağılmış strukturuna görə əhəmiyyətli dərəcədə daha bioaktivdir. Yüksək bioaktivliyi və bioloji əlçatanlığı ilə aşağı molekulyar ağırlıqlı fukoidan əczaçılıq və dərman daşıma sistemləri üçün maraqlı birləşmədir.

Case Studies: Yosun birləşmələrinin ultrasəs çıxarılması

Ultrasəs ekstraksiyasının səmərəliliyi və ultrasəs ekstraksiya parametrlərinin optimallaşdırılması geniş şəkildə tədqiq edilmişdir. Aşağıda müxtəlif yosun növlərindən ultrasəs üsulu ilə çıxarılma nəticələrinə dair nümunəvi nəticələr tapa bilərsiniz.

Mano-Thermo-Sonication istifadə edərək, Spirulinadan zülal çıxarılması

Prof. Chematın (Avignon Universiteti) tədqiqat qrupu quru Arthrospira platensis siyanobakteriyalarından (həmçinin spirulina kimi tanınır) zülalların (fikosiyanin kimi) çıxarılmasına manothermosonication (MTS) təsirini araşdırdı. Mano-Thermo-Sonication (MTS) ultrasəs hasilatı prosesini gücləndirmək üçün yüksək təzyiqlər və temperaturlarla birlikdə ultrasəsin tətbiqidir.
“Eksperimental nəticələrə görə, MTS ultrasəssiz (8,63 ± 1,15 q/100 q DW) adi prosesdən 229% daha çox zülal (28,42 ± 1,15 q/100 q DW) əldə etməyə imkan verdi (yüksək effektiv diffuzivlik, De) və kütlə ötürülməsini təşviq etdi. Ekstraktda 100 q quru spirulina biokütləsinə 28,42 q zülal olduğu halda, davamlı MTS prosesi ilə 6 effektiv dəqiqə ərzində 50% zülal bərpa dərəcəsi əldə edilmişdir. Mikroskopik müşahidələr akustik kavitasiyanın spirulina filamentlərinə parçalanma, sonoporasiya, deteksturasiya kimi müxtəlif mexanizmlərlə təsir etdiyini göstərdi. Bu müxtəlif hadisələr spirulina bioaktiv birləşmələrinin çıxarılmasını, sərbəst buraxılmasını və həll edilməsini asanlaşdırır.” [Vernès və başqaları, 2019]

Zamanla MTS müalicəsinə məruz qalan bütün spiurulina filamentlərinin optik mikroskop şəkilləri. Ölçək çubuğu (şəkil A) = bütün şəkillər üçün 50 μm.
şəkil və tədqiqat: ©Vernès et al. 2019

Ultrasonik Fukoidan və Qlükanın çıxarılması Laminaria digitata

Dr. Tiwarinin TEAGASC tədqiqat qrupu polisaxaridlərin, yəni fukoidan, laminarin və total qlükanların Laminaria digitata makro yosunlarından istifadə edərək çıxarılmasını araşdırdı. Ultrasəs cihazı UIP500hdT. Tədqiq olunan ultrasəs yardımlı ekstraksiya (BƏƏ) parametrləri fukoza, FRAP və DPPH səviyyələrinə əhəmiyyətli təsir göstərmişdir. Optimallaşdırılmış temperatur şəraitində (76◦C) fukoza, ümumi qlükanlar, FRAP və DPPH üçün müvafiq olaraq 1060.75 mg/100 g ds, 968.57 mg/100 g ds, 8.70 μM trolox/mg fde və 11.02% səviyyələri əldə edilmişdir. 10 dəq) və ultrasəs amplitudası (100%) həlledici kimi 0,1 M HCl istifadə edərək. Təsvir edilən BƏƏ şərtləri daha sonra polisaxaridlə zəngin ekstraktlar əldə etmək üçün iqtisadi cəhətdən uyğun olan digər qəhvəyi makroyosunlara (L. hyperborea və A. nodosum) uğurla tətbiq olundu. Bu tədqiqat BƏƏ-nin müxtəlif makroalq növlərindən bioaktiv polisaxaridlərin çıxarılmasını artırmaq üçün tətbiq oluna biləcəyini nümayiş etdirir.

Ultrasonik Fitokimyəvi Ekstraksiya F. vesiculosus və P. canaliculata

García-Vaquero-nun tədqiqat qrupu qəhvəyi mikroyosun növlərindən hasilatın səmərəliliyini qiymətləndirmək üçün yüksək performanslı ultrasəs ekstraksiya, ultrasəs-mikrodalğalı ekstraksiya, mikrodalğalı ekstraksiya, hidrotermal yardımlı ekstraksiya və yüksək təzyiq yardımlı ekstraksiya daxil olmaqla müxtəlif yeni hasilat üsullarını müqayisə etdi. Fucus vesiculosus və Pelvetia canaliculata. Ultrasəs üçün istifadə etdilər Hielscher UIP500hdT ultrasəs ekstraktoru. Ekstraksiya məhsullarının anylsis ultrasəs hasilatı hər iki F. vesiculosus ən fitokimyəvi ən yüksək gəlir əldə ki, aşkar. Bu o deməkdir ki, F. vesiculosus-dan istifadə edilən birləşmələrin ən yüksək məhsuldarlığı ultrasəs ekstraktor UIP500hdT bunlar: ümumi fenol tərkibi (445,0 ± 4,6 mq qallik turşusu ekvivalenti/q), ümumi florotannin tərkibi (362,9 ± 3,7 mq floroglusinol ekvivalenti/q), ümumi flavonoid tərkibi (286,3 ± 7,8 mq quercetin ekvivalenti) və ümumi tannin miqdarı91 q. ± 4,4 mq katexin ekvivalenti/g).
Tədqiqat işində komanda ultrasəs köməyi ilə hasilatın istifadəsi qənaətinə gəldi “ekstraksiya həlledicisi kimi 50% etanolik məhlul ilə birləşdirilmiş, TPC, TPhC, TFC və TTC-nin çıxarılmasını hədəfləyən perspektivli strategiya ola bilər, eyni zamanda həm F. vesiculosus, həm də P. canaliculata-dan arzuolunmaz karbohidratların birgə çıxarılmasını azaldır və bu birləşmələrdən əczaçılıq və əczaçılıq məhsulu kimi istifadə edərkən perspektivli tətbiqlər ola bilər.” [García-Vaquero et al., 2021]

Hielscher ultrasəs cihazlarından istifadə edərək Avignon Universitetində mano-termo-sonikasiyanın genişləndirilməsi: laboratoriya avadanlıqlarından UIP1000hdT (A) pilot miqyaslı avadanlıq üçün UIP4000hdT (B, C & D). Şəkil D-də ultrasəs axını hüceyrəsinin eninə kəsiyi sxematikləşdirilmişdir FC100K.
şəkil və tədqiqat: ©Vernès et al. 2019

Yosunların pozulması üçün yüksək performanslı ultrasəs ekstraktorları

Hielscher-in ən müasir ultrasəs avadanlığı amplituda, temperatur, təzyiq və enerji girişi kimi proses parametrlərinə tam nəzarət etməyə imkan verir.
Ultrasəs hasilatı üçün xammal hissəcik ölçüsü, həlledici növü, bərk-həlledici nisbəti və ekstraksiya vaxtı kimi parametrlər ən yaxşı nəticələr üçün dəyişdirilə və optimallaşdırıla bilər.
Ultrasəs hasilatı qeyri-termal ekstraksiya üsulu olduğundan, yosun kimi xammalda mövcud olan bioaktiv maddələrin termal deqradasiyasının qarşısı alınır.
Ümumiyyətlə, yüksək məhsuldarlıq, qısa ekstraksiya müddəti, aşağı ekstraksiya temperaturu və az miqdarda həlledici kimi üstünlüklər sonikasiyanı üstün ekstraksiya üsulu edir.

Ultrasonik Ekstraksiya: Laboratoriyada və Sənayedə yaradılmışdır

Ultrasonik ekstraksiya botanika, yosun, bakteriya və məməli hüceyrələrindən istənilən növ bioaktiv birləşmənin çıxarılması üçün geniş istifadə olunur. Ultrasəs hasilatı daha yüksək hasilat məhsuldarlığı və daha qısa emal müddəti ilə digər ənənəvi hasilat üsullarından üstün olan sadə, qənaətcil və yüksək səmərəli bir üsul kimi müəyyən edilmişdir.
Laboratoriya, tezgah üstü və tam sənaye ultrasəs sistemləri ilə asanlıqla əldə edilə bilən ultrasəs hasilatı bu gün yaxşı qurulmuş və etibarlı bir texnologiyadır. Hielscher ultrasəs ekstraktorları bütün dünyada qida və dərman dərəcəli bioaktiv birləşmələr istehsal edən sənaye emal müəssisələrində quraşdırılır.

Hielscher Ultrasonics ilə prosesin standartlaşdırılması

Qida, əczaçılıq və ya kosmetika sənayesində istifadə edilən yosunlardan əldə edilən ekstraktlar Yaxşı İstehsalat Təcrübələrinə (GMP) uyğun və standartlaşdırılmış emal spesifikasiyasına uyğun istehsal edilməlidir. Hielscher ultrasəs’ rəqəmsal hasilat sistemləri, sonikasiya prosesini dəqiq qurmağı və idarə etməyi asanlaşdıran ağıllı proqram təminatı ilə gəlir. Avtomatik məlumat qeydi ultrasəs enerjisi (ümumi və xalis enerji), amplituda, temperatur, təzyiq (temperatur və təzyiq sensorları quraşdırıldıqda) kimi bütün ultrasəs proses parametrlərini daxili SD kartda tarix və vaxt möhürü ilə yazır. Bu, hər bir ultrasəs üsulu ilə işlənmiş lotu yenidən nəzərdən keçirməyə imkan verir. Eyni zamanda, təkrar istehsal və davamlı yüksək məhsul keyfiyyəti təmin edilir.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir: