Ултразвукова екстракция на астаксантин за по-високи добиви
- Астаксантинът е изключително мощен антиоксидант, използван във фармацевтични продукти и хранителни добавки.
- За производството на висококачествен астаксантин от естествени източници като водорасли е необходима високопроизводителна техника за екстракция.
- Ултразвуковата екстракция е механична обработка, която осигурява високи добиви на астаксантин за много кратко време на екстракция.
Високопроизводителни ултразвукови устройства за висококачествени екстракти от астаксантин
Ултразвуковата екстракция е високопроизводителна техника за екстракция, която използва интензивни ултразвукови вълни за извличане на астаксантин от естествени източници като микроводорасли, крил или ракообразни. Астаксантинът е естествено срещащ се каротеноиден пигмент, известен със своите мощни антиоксидантни свойства и разнообразни ползи за здравето. Той обикновено се използва като хранителна добавка и оцветител за храни. Научете как ултразвуковата обработка помага да подобрите процеса си за екстракция на астаксантин!
MultiSonoReactor за подобрена екстракция на астаксантин чрез ултразвук с висока мощност
Ултразвукова екстракция на астаксантин от микроводорасли
Астаксантинът за хранителни добавки, които се приемат от хора и животни заради ползите им за здравето, се получава от морски продукти или се извлича от водораслите H. pluvialis. Haematococcus pluvialis е зелено микроводорасло, което произвежда големи количества астаксантин при прилагане на стресови условия, например висока соленост, недостиг на азот, висока температура и светлина. С до 9,2mg/g астаксантин на клетка на водораслото (= до 3,8% от сухото тегло на H. pluvialis), Haematococcus pluvialis натрупва много високо съдържание на естествен астаксантин и затова е предпочитаният организъм за производството на астаксантин.
За да се освободи астаксантинът от зелените микроводорасли, клетките на водораслите трябва да бъдат разрушени. Ултразвуковата обработка е утвърден метод за разрушаване на клетките, лизис и изолиране на биоактивни съединения като липиди, антиоксиданти, полифеноли и естествени пигменти. Високопроизводителната ултразвукова техника създава чисто механични сили, които разрушават клетъчните стени чрез сили на срязване и предизвикват освобождаването на биоактивни вещества като астаксантин.
Ултразвукова екстракция на астаксантин от дрожди
Phaffia rhodozyma е дрожда, богата на астаксантин. Дебелата клетъчна стена на P. rhodozyma обаче, която е съставена предимно от глюкан и е отговорна за твърдостта на клетката, прави разрушаването на клетките и изолирането на астаксантин трудна задача. Изследователи (Gogate et al. 2015) установяват, че ултразвуковата екстракция в комбинация с млечна киселина интензифицира разрушаването на клетките и прави екстракцията на астаксантин от P. rhodozyma по-екологичен процес, по-щадящ околната среда. Те използват млечна киселина като среда за разрушаването и етанол като разтворител за екстракцията. Максималният добив на астаксантин (90%) е получен при подхода за екстракция с помощта на ултразвук, основан на използването на 3 M млечна киселина и време за разрушаване от 15 min. Мощни ултразвукови екстрактори като UIP4000hd (4kW, вижте изображението вляво) в комбинация с проточен реактор, който може да работи под налягане, позволяват генерирането на много интензивна кавитация. Кавитационните сили на срязване разрушават клетъчните стени на дрождите и подпомагат масообмена между вътрешността на клетката и разтворителя.
- Превъзходен добив
- Високоскоростна екстракция – в рамките на минути
- Висококачествени екстракти – щадяща, нетермична обработка
- Екологични разтворители (например вода/етанол)
- Икономически ефективна
- Лесна и безопасна работа
- Ниски инвестиционни и експлоатационни разходи
- Работа 24/7 при тежко натоварване
- Екологичен метод, щадящ околната среда
Ултразвукова екстракция на астаксантин – в партиден режим или режим на непрекъснат поток
Астаксантинът е липофилно съединение и може да се разтваря в разтворители (например 48,0% етанол в етилацетат) и масла (например соево масло).
Партиден режим: Процесите на ултразвукова екстракция могат да се извършват като прости партидни процеси или като обработка в линия, при която средата се подава непрекъснато през ултразвуков проточен реактор.
Партидната обработка е лесна процедура, при която екстракцията се извършва партида по партида. Hielscher Ultrasonics предлага ултразвукови процесори за малки и големи партиди, т.е. от 1L до 120L.
За обработка на партиди от 5 до 10L препоръчваме UP400St със сонотрод S24d22L2D (вижте изображението вляво).
За обработка на партиди от приблизително 120L препоръчваме ултразвуковото устройство UIP2000hdT със сонотрод RS4d40L4.
Проточен режим: За по-големи обеми и пълномащабна промишлена екстракция през ултразвуков реактор се подава непрекъснат поток от течност, където суспензията от разтворител и растителен материал се подлага на интензивна ултразвукова обработка.
За обем от приблизително 8L/min. препоръчваме UIP4000hdT със сонотрод RS4d40L3 и проточна клетка FC130L4-3G0, която може да работи под налягане
UIP2000hdT (2kW) за мащабна партидна екстракция
Високопроизводителни ултразвукови устройства за екстракция
Hielscher Ultrasonics е специализирана в производството на високопроизводителни ултразвукови устройства за получаване на висококачествени екстракти от растения, дрожди и клетки. Широкото продуктово портфолио на Hielscher Ultrasonics обхваща от малки, мощни лабораторни ултразвукови устройства до здрави настолни и изцяло промишлени системи, които осигуряват ултразвук с висок интензитет за ефективна екстракция и изолиране на биоактивни компоненти като астаксантин, кверцетин, кофеин, куркумин, терпени и др. Всички цифрови ултразвукови устройства от 200W до 16 000W разполагат с интуитивно меню с програмируеми настройки, цветен сензорен дисплей за удобна работа, вградена SD карта за автоматично записване на данни, дистанционно управление чрез браузър и много други удобни за потребителя функции. Сонотродите и проточните клетки (частите, които са в контакт със средата) могат да се автоклавират и се почистват лесно. Всички наши ултразвукови устройства са създадени за работа 24/7, изискват малко поддръжка и са лесни и безопасни за работа.
Цифровият цветен дисплей позволява удобно за потребителя управление на ултразвуковото оборудване. Нашите системи могат да осигуряват амплитуди от ниски до много високи. За екстракцията на химични съединения като астаксантин предлагаме специални ултразвукови сонотроди (известни още като ултразвукови сонди или рогове), оптимизирани за внимателно изолиране на висококачествени активни вещества. Hielscher предлага специални сонотроди за високи амплитуди в комбинация с проточни клетки, които могат да работят под налягане и да генерират екстремни кавитационни сили на срязване, разрушаващи дори много устойчиви клетки на дрожди. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при тежко натоварване и във взискателни среди.
Прецизният контрол на параметрите на ултразвуковия процес осигурява възпроизводимост и стандартизация на процеса. Автоматизираните системи на Hielscher за ултразвукова екстракция в промишлен мащаб са проектирани за висок производствен капацитет на екстракти с превъзходно качество, като същевременно намаляват труда, разходите и потреблението на енергия.
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Литература/Източници
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
Факти, които си струва да знаете
Соноекстракция
Ултразвуковата екстракция, или соноекстракцията, се основава на принципа на акустичната кавитация.
Когато към течни системи се приложат интензивни ултразвукови вълни, възниква акустична кавитация – явлението на образуване, нарастване и последващо колапсиране на вакуумни мехурчета (вижте изображението по-долу). По време на разпространението на ултразвуковите вълни вакуумните мехурчета осцилират и нарастват, докато достигнат момент, в който не могат да поглъщат повече енергия. При максималното си нарастване мехурчетата колапсират бурно, което предизвиква локални термични, механични и химични ефекти. Механичните ефекти включват високи налягания до 1000atm, турбулентност и интензивни сили на срязване. Тези сили разрушават клетъчните стени и подпомагат масообмена между вътрешността на клетката и разтворителя, като освобождават биоактивни съединения в околната течност (т.е. разтворителя).
Акустичната кавитация, генерирана от ултразвук с висок интензитет и ниска честота, създава интензивни сили на срязване и локално възникващи големи разлики в налягането и температурата, които осигуряват необходимото въздействие за разрушаване на клетките, интензивно смесване и масообмен. Тези ултразвукови сили на срязване се прилагат успешно за екстракция на канабис.
Ултразвуковата екстракция на съединения от растителни материали и клетъчни тъкани е добре проучена. Прилагането на ултразвукови вълни с много висок интензитет значително подпомага процесите на екстракция. Освен интензифицирането на процеса – което води до по-високи добиви и по-кратко време за екстракция – се предотвратяват термичното разграждане и загубата на чувствителни към температурата съставки, тъй като ултразвуковата обработка е нетермична обработка. Освен това ултразвуковата екстракция има ниски инвестиционни и експлоатационни разходи, намалява използването на разтворители и/или позволява използването на по-екологични разтворители, което я прави икономична и щадяща околната среда техника за екстракция. Превъзхождайки конвенционалните методи за екстракция, екстракцията с помощта на ултразвук (UAE) е възприета от хранителната промишленост като източник на този подход за производство на биоактивни съединения с икономически ползи.
Мощните ултразвукови вълни разрушават клетъчната матрица на биологичните структури и освобождават биоактивните съединения. Масообменът между растителния материал и разтворителя се интензифицира. Благодарение на тези механизми ултразвуковата екстракция е високоефективна за извличане на вещества от канабис.
Астаксантин
Астаксантинът се отличава с наситен червен цвят. Той е мастноразтворим пигмент, който се среща във водорасли (например Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), дрожди (например Phaffia rhodozyma), сьомга, пъстърва, крил, скариди и речни раци. Астаксантинът се счита за суперантиоксидант, тъй като антиоксидантното му действие е десет до двадесет пъти по-мощно от това на много други каротеноиди, като бета-каротен, лутеин и зеаксантин, и сто пъти по-мощно от това на алфа-токоферола (витамин E).
Астаксантинът (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) е кетокаротеноид и принадлежи към по-голям клас химични съединения, известни като терпени (като тетратерпеноид), които са съставени от петвъглеродни прекурсори, изопентенил дифосфат и диметилалил дифосфат. Астаксантинът се класифицира като вид каротеноидно съединение с кислородсъдържащи компоненти, а именно хидроксил (-OH) или кетон (C=O), подобно на зеаксантина и кантаксантина. Астаксантинът е метаболит на зеаксантина и/или кантаксантина и съдържа както хидроксилни, така и кетонни функционални групи. Подобно на много каротеноиди, астаксантинът е липидоразтворим пигмент и се отличава с червения си цвят. Каротеноидите, включително астаксантинът, са добре известни със своя антиоксидантен капацитет.
Астаксантинът е червен пигмент и естествено произхожда от микроводораслите в дъждовна вода (Haematococcus pluvialis) и дрождата, наречена Xanthophyllomyces dendrorhous (известна още като Phaffia rhodozyma). Водораслите се подлагат на стрес чрез едно или комбинация от условия, вариращи от недостиг на хранителни вещества и повишена соленост до прекомерно слънчево греене, за да образуват астаксантин. Видовете, които консумират тези подложени на стрес сладководни микроводорасли, като сьомга, червена пъстърва, червена морска платика, фламинго и ракообразни (например скариди, крил, крабове, омари, речни раци), проявяват пигментацията в червено-оранжеви нюанси във външния си вид.
Като добавка астаксантинът се приема заради своите ефекти за укрепване на здравето и лечение на заболявания. Астаксантинът е утвърден нутрицевтик, прилаган за подобряване на здравето на кожата (например намаляване на бръчките, уврежданията от слънчево изгаряне и др.).
Освен това астаксантинът привлича все по-голямо внимание заради използването му за лечение на болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон, сърдечносъдови заболявания, висок холестерол, чернодробни заболявания, свързана с възрастта дегенерация на макулата и за предотвратяване на рак.
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лабораторен до промишлен мащаб.