Ултразвуковата екстракция е превъзходният метод за ефективно и бързо разрушаване на клетките на водораслите. Sonication може да освободи пълното количество биоактивни съединения, което прави ултразвуковата техника високо ефективна.

Как да извлечете протеини, липиди и феноли от водорасли с ултразвук

Водораслите и микроалгалните видове са богати на биологично активни съединения като протеини, липиди, каротеноиди, пигменти (напр., фикоцианини, астаксантин и др.), фенолика и полизахариди (напр., карагенани). Това ги прави широко използван естествен материал за производство на екстракти за храни и хранителни добавки. Често използвани водорасли видове за хранителни добавки са Arthrospira максима и (известен също като спирулина), Хлорела вулгарис, Haematococcus плувиалис, и Ulva spp. Известно е, че водораслите са добър източник на висококачествени протеини, липиди, дълго верижни PUFAs (т.е. омега-3), полизахариди (напр. алгинат, карагенан, β-глюкани), витамини, и антиоксиданти.
Спирулина е често използван тип водорасли, това е богато на високо ценени биоактивни съединения като протеини (с 50–70% сухо wt). Тъй като Spirulina е одобрен от FDA (Храните наркотици администрация на Съединените щати) като GRAS (Общопризнати като безопасни), спирулина и спирулина екстракти могат да бъдат използвани в комерсиализирани храни или като хранителни добавки.

Предимства на ултразвукова екстракция на водорасли

Ултразвуковата екстракция превъзхожда алтернативни методи за екстракция в разнообразни точки, като висок добив, надеждност, безопасност, простота и екологичност.

Пълен добив добив добив

Високоефективните ултразвукови апарати разбиват клетките на водораслите и ги нарушават, така че вътреклетъчният материал да се освободи. Ултразвукова екстракция освобождава по този начин пълния спектър на биоактивни съединения, като фикобилипротеини, каротеноиди и липиди и феноли.
Фикобилипротеините могат да бъдат диференцирани в три основни групи, а именно хлоро-фикоцианини, алофикоцианини и фикосеритрини. C-фикоцианинът е естествен син пигмент, който се използва широко в храните и фармацевтичните продукти. Ултразвуковата екстракция освобождава пълния спектър от протеини.

Висока ефективност на екстракция

Duangsee et al. (2009) тества два различни метода на екстракция (ултразвуково подпомагаекстракция на разтворител и екстракция чрез повторно замразяване и размразяване) на биоактивни съединения от биомаса на Arthospira и установи, че ултразвуковата екстракция на разтворител води до по-висока ефективност на екстракция (22.1%) от замразяване и размразяване (15,6 %). Сравнението на клетките между ултразвук и повторно замразяване и размразяване показва, че ултразвукът е по-ефективен. Ултразвукова кавитация нарушава клетките на водораслибързо и ефективно, което води до по-високо разрушаване на клетките в сравнение с spirulina клетки, третирани чрез повторно замразяване и размразяване.
Sonication е по-ефективен при разбиване на обвивката на клетката в сравнение с повторно замразяване и размразяване. Добивът на екстракция на фикоцианин показа, че температурата на обработка влияе на ефективността на екстракция.

Бърз процес на екстракция

Високоефективните ултразвукови системи могат да прилагат висока ултразвукова мощност чрез високи амплитуди в суспензията на водораслите. Това прави ултразвуковата екстракция много бърз метод на обработка.

контрол на температурата

Ultrasonication е не-термично, чисто механична техника за екстракция. Температурата на екстракцията може да бъде прецизно контролирана с помощта на запушалка температурен сензор, който е свързан с цифровиHielscher ultrasonicator. Софтуерът на цифровиultrasonicators Hielscher позволява да се определят температурни граници, така че ултразвуковият хомогенизатор спира, когато се достигне температурната граница. Прецизният контрол на температурата позволява да се предотврати термичното разграждане на топлинно чувствителни материали като фикобилипротеини, витамини, полифеноли, полизахариди, липиди и други биоактивни съединения.

Съвместим с различни разтворители

Ultrasonication е съвместим с почти всеки разтворител. Ултразвукова екстракция в комбинация със зелени разтворители като вода или етанол произвеждат чисти екстракти. Тези ултразвукови екстракти могат да бъдат безопасно включени в храни, тъй като екстракционните разтворители етанол и вода имат дроб (общопризнат като безопасен) статус.

Възпроизводимост и стандартизация на процеса

Цифровите ultrasonicators на Hielscher идват с интелигентен софтуер и разработена гама от настройки за идеалните параметри за екстракция. Протоколите на софтуера всички ултразвукови параметър на процеса (например амплитуда, нетна мощност, обща мощност, температура, налягане, време, дата) и пише данните за ултразвук в CSV файл на вградената SD-карта. Това ви позволява да стандартизирате процеса на извличане и да наблюдавате внимателно звукообработването и качеството на продукцията. Тези функции ви помагат да изпълните изискванията за стадизация на процесите, както и добри производствени практики (ДПП), които са и много важни, когато екстрактите се произвеждат за хранителни добавки, храни или фармацевтични продукти.

Протокол за екстракция на фикоцианин

Mazumder et al. (2017) изследва оптималните параметри на обработка за ултразвукова екстракция на фикоцианин и феноли от Arthospira platensis. Максималният добив на фикоцианин (29,9 mg / g) и общ феноли (2.4 мг / г) се получава при концентрация на етанол 40%, 34,9 ° C температура на екстракция с помощта на ултразвуковия UP50H (50 вата, 30kHz) при амплитуда от 95% за време на екстракция 104.7.

Vernès et al. (2019) използва uIP1000hdT (1000W, 20kHz) ultrasonicator за извличане на протеини от спирулина. Ултразвуковият уред е оборудван със сонотрод BS2d34 и ултразвуков реактор за поток (вижте картината по-долу за точната настройка за ултразвукова екстракция с поточна клетка и помпа Seepex).

UIP1000hdT – Настройка на манотермозононизата (MTS) и екстракцията на протеин от спирулина в лабораторна скала
Източник: Верните и ал.

Резултатите от изследванията показват, че ултразвуковите условия на екстракция, оптимизирани за добива на протеини, включват леко повишена температура и налягане (т.нар. Манотермозония MTS). MTS насърчава масовия трансфер и позволява да се получи 229% повече протеини (28.42 ± 1.15 g/ 100 g суха маса) в сравнение с конвенционалния процес без ултразвук (8.63 ± 1.15 g / 100 g сухо тегло).
С 28.42 g протеини, получени на 100 g суха спирулина биомаса в екстракта, се постига норма на възстановяване на протеин от 50% само за 6 минути в непрекъснат процес на ултразвук. Микроскопичниизображения разкриват, че акустичната кавитация засяга спирулина филаменти те че то се отразява от различни механизми като раздробяване, сонопора, детекстурация. Тези различни ефекти правят екстракцията, освобождаването и разтварянето на биоактивни съединения спирулина по-лесно и по-ефективно, което води до високо качество на протеиновия добив.
По отношение на качеството на ултразвуково екстрахираните протеини, аминокиселините не са били влошени чрез ултразвуково лечение, но те се намират в по-голямо количество в случай на ултразвук в сравнение с конвенционалната екстракция.
Когато се сравнява манотермосонизация и ултразвукова екстракция без повишено налягане и температура, разликата в добива на екстракция и ефективността е само минимална. Ето защо, ултразвукът сам се счита за най-икономичната и най-лесна техника за производство на висококачествен екстракт, богат на протеини от спирулина. Ултразвуковата екстракция е зелена, екологична техника за екстракция, подходяща за извличане на протеини от спирулина в лабораторен мащаб, която лесно може да се мащабира до пилотен и промишлен мащаб. (срв. Вернес и др. 2019 г.)

Висококачествени ултразвукови екстрактори

Всички резултати от добива, постигнати в малък мащаб, могат да бъдат линейно мащабирани до по-големи производствени мощности. Hielscher Ultrasonics голямо продуктово портфолио от лаборатория до промишлени системи за извличане има най-подходящия ултразвуков апарат за вашия планиран капацитет на процеса. Нашият дългогодишен опитен персонал ще ви помогне от тестове за осъществимост и оптимизация на процесите до инсталирането на вашата ултразвукова система на крайно тонално ниво на производство.

Hielscher Ultrasonics – Усъвършенствано оборудване за екстракция

Hielscher Ultrasonics продуктово портфолио покрива пълната гама от високопроизводителни ултразвукови екстрактори от малък до голям мащаб. Допълнителните аксесоари позволяват лесното сглобяване на най-подходящата конфигурация на ултразвуковото устройство за вашия процес. Оптималната ултразвукова настройка зависи от предвидения капацитет, обем, суровина, партиден или инлайн процес и времева линия. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежкотоварни и в взискателни среди. Линейната мащабируемост на процесите на ултразвукова екстракция позволяват простото и надеждно увеличаване на производството. Прочетете повече за линейното мащабиране на процесите на ултразвукова екстракция!

Изберете от различни аксесоари като:

• сонотроди с различни размери, диаметри и форми
• сонотроди за висока амплитуда от 200μm и по-висока
• реактори с различни обеми и геометрия
• многобройни бустер рога за увеличаване или намаляване на печалбите
• пълни настройки за ултразвук като SonoStation, които включват ултразвуков екстрактор, резервоар, бъркалка и помпа
• запушалка температурни сензори
• запушалка сензори за налягане

Нашият добре обучен, дългоопитен персонал ще ви консултира и ще ви препоръча най-подходящата ултразвукова система за вашите изисквания за процеса на екстракция!

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: