Ултразвукова екстракция на астаксантин за по-високи добиви
- Астаксантинът е силно мощен антиоксидант, използван във фармацевтичните продукти и хранителните добавки.
- За да се произведе висококачествен астаксантин от естествени източници като водорасли, е необходима високоефективна техника на екстракция.
- Ултразвуковата екстракция е механична обработка, която дава високи добиви на астаксантин за много кратко време на екстракция.
Високоефективни соникатори за висококачествени екстракти от астаксантин
Ултразвуковата екстракция е високоефективна 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 различни ползи за здравето. Обикновено се използва като хранителна добавка и хранителен оцветител. Вижте как ултразвукът помага за подобряване на процеса на извличане на астаксантин!
MultiSonoReactor за подобрена екстракция на астаксантин с помощта на ултразвук с висока мощност
Ултразвукова екстракция на астаксантин от микроводорасли
Астаксантин за хранителни добавки, които се консумират от хора и животни заради техните ползи за здравето, астаксантинът се получава от морски дарове или се извлича от водораслите H. pluvialis. Haematococcus pluvialis е зелено микроводорасло, което произвежда високо съдържание на астаксантин при прилагане на стресови условия, например висока соленост, недостиг на азот, висока температура и светлина. С до 9,2 mg/g астаксантин на клетка от водорасло (= до 3,8% от сухото тегло на H. pluvialis), Haematococcus pluvialis натрупва много високо съдържание на естествен астаксантин и следователно е предпочитаният организъм за производство на астаксантин.
За да се освободи астаксантин от зелени микроводорасли, клетките на водораслите трябва да бъдат нарушени. Ултразвукът е добре установен с цел клетъчно разрушаване, лизис и изолиране на биоактивни съединения като липиди, антиоксиданти, полифеноли и естествени пигменти. Високоефективният ултразвук създава чисто механични сили, които разрушават клетъчните стени чрез срязващи сили и причиняват освобождаване на биоактивни вещества като астаксантин.
Ултразвукова екстракция на астаксантин от дрожди
Phaffia rhodozyma е мая, богата на астаксантин. Въпреки това, дебелата клетъчна стена на P. rhodozyma, която се състои главно от глюкан и е отговорна за клетъчната твърдост, прави клетъчното разрушаване и изолирането на астаксантин трудна задача. Изследователите (Gogate et al. 2015) установиха, че ултразвуковата екстракция в комбинация с млечна киселина засилва клетъчното разрушаване и прави извличането на астаксантин от P. rhodozyma по-екологичен и по-щадящ околната среда процес. Те използват млечна киселина като среда за разрушаване и етанол като разтворител за екстракция. Максималният добив на астаксантин (90%) е получен за подход за екстракция с помощта на ултразвук, базиран на използването на 3 M млечна киселина, време на прекъсване 15 минути. Мощни ултразвукови екстрактори като UIP4000hd (4kW, виж снимката вляво) в комбинация с проточен реактор под налягане позволяват генериране на много интензивна кавитация. Кавитационните сили на срязване нарушават клетъчните стени на дрождите и насърчават преноса на маса между вътрешността на клетката и разтворителя.
- Превъзходен добив
- Високоскоростна екстракция – в рамките на минути
- Висококачествени екстракти – Мека, нетермична
- Зелени разтворители (напр. вода/етанол)
- Рентабилни
- Лесна и безопасна работа
- Ниски инвестиционни и оперативни разходи
- 24/7 работа при тежки натоварвания
- Зелен, екологичен метод
Ултразвукова екстракция на астаксантин – в режим на партид или непрекъснат поток
Астаксантинът е липофилно съединение и може да се разтваря в разтворители (напр. 48,0% етанол в етилацетат) и масла (напр. соево масло).
Партида: Процесите на ултразвукова екстракция могат да се използват като прости партидни процеси или като поточна обработка, при която средата се подава непрекъснато през ултразвуков проточен реактор.
Партидната обработка е лесна процедура, при която екстракцията се извършва много по партида. Hielscher Ultrasonics предлага ултразвукови процесори за малки до големи партиди, т.е. от 1L до 120L.
За обработка на партиди от 5 до 10 литра препоръчваме UP400St със сонотроде S24d22L2D (виж снимката вляво).
За партиди за обработка от приблизително 120 литра препоръчваме Соникатор UIP2000hdT със сонотроде RS4d40L4.
Преминаване: За по-големи обеми и пълномащабна търговска екстракция, непрекъснат течен поток се подава през ултразвуков реактор, където разтворителят/ботаническата суспензия се озвуква интензивно.
За обем от около 8 л/мин. препоръчваме UIP4000hdT със сонотрод RS4d40L3 и проточна клетка под налягане FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) за широкомащабно извличане на партиди
Високоефективни ултразвукови апарати за екстракция
Hielscher Ultrasonics е специализирана в производството на високоефективни ултразвукови апарати за производство на висококачествени екстракти от растения, дрожди и клетки. Широкото продуктово портфолио на Hielscher Ultrasonics варира от малки, мощни лабораторни ултразвукови апарати до здрави настолни и напълно индустриални системи, които осигуряват ултразвук с висока интензивност за ефективно извличане и изолиране на биоактивни компоненти като астаксантин, кверцетин, кофеин, куркумин, терпени и др. Всички цифрови ултразвукови уреди от 200 W до 16 000 W разполагат с интуитивно меню с програмируеми настройки, цветен сензорен дисплей за удобна работа, вградена SD карта за автоматичен запис на данни, дистанционно управление на браузъра и много други удобни за потребителя функции. Сонотродите и поточните клетки (частите, които са в контакт със средата) могат да бъдат автоклавирани и лесни за почистване. Всички наши ултразвукови уреди са създадени за работа 24/7, изискват ниска поддръжка и са лесни и безопасни за работа.
Цифровият цветен дисплей позволява удобно управление на ултразвуковото оборудване. Нашите системи са в състояние да доставят от ниски до много високи амплитуди. За извличане на химични съединения като астаксантин предлагаме специални ултразвукови сонотроди (известни също като ултразвукови сонди или рога), които са оптимизирани за чувствително изолиране на висококачествени активни вещества. Hielscher предлага специални сонотроди за високи амплитуди в комбинация с проточни клетки под налягане, които са в състояние да генерират екстремни кавитационни сили на срязване, които разрушават дори много здрави клетки на дрождите. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Прецизният контрол на параметрите на ултразвуковия процес гарантира възпроизводимост и стандартизация на процеса. Автоматизираните системи за ултразвукова екстракция на Hielscher в индустриален мащаб са проектирани за висок производствен капацитет на екстракти с превъзходно качество, като в същото време намаляват труда, разходите и енергията.
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Литература/Препратки
- 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
Екстракция на соно
Ултразвуковата екстракция или соноекстракцията се основава на принципа на акустичната кавитация.
Когато интензивни ултразвукови вълни се прилагат към течни системи, възниква акустична кавитация, която е феноменът на генериране, растеж и евентуален колапс на вакуумни мехурчета (виж снимката по-долу). По време на разпространението на ултразвуковите вълни вакуумните мехурчета осцилират и растат, докато достигнат точка, в която не могат да абсорбират повече енергия. В пика на растежа на мехурчетата те се срутват силно, което причинява локални термични, механични и химични ефекти. Механичните ефекти включват високо налягане до 1000 атм, турбуленции и интензивни сили на срязване. Тези сили нарушават клетъчните стени и насърчават преноса на маса между вътрешността на клетката и разтворителя, освобождавайки биоактивни съединения в околната течност (т.е. разтворител).
Акустичната кавитация, генерирана от високоинтензителен, нискочестотен ултразвук, създава интензивни сили на срязване и локално възникващи високи разлики в налягането и температурата, които осигуряват необходимото въздействие за разрушаване на клетките, интензивно смесване и пренос на маса. Тези ултразвукови сили на срязване се прилагат успешно за извличане на канабис.
Ултразвуковата екстракция на съединения от растения и клетъчна тъкан е добре проучена. Прилагането на силно интензивни ултразвукови вълни значително насърчава процесите на екстракция. Освен интензификация на процеса – което води до по-високи добиви и по-кратко време за извличане – Предотвратява се термичното разграждане и загубата на чувствителни към температурата съставки, тъй като ултразвукът не е термична обработка. Освен това ултразвуковата екстракция има ниски инвестиционни и оперативни разходи, намалява използването на разтворители и/или позволява използването на по-екологични разтворители, което я прави икономична и екологична техника за екстракция. Превъзхождайки конвенционалните методи за екстракция, ултразвуковата екстракция (ОАЕ) е възприета от хранително-вкусовата промишленост за производство на биоактивни съединения с икономически ползи.
Мощните ултразвукови вълни нарушават клетъчната матрица на биологичните структури и освобождават биоактивните съединения. Масовият трансфер между растителния материал и разтворителя се засилва. Благодарение на тези механизми ултразвуковата екстракция е много ефективна за извличане на канабис.
астаксантин
Астаксантинът се отличава с наситено червен цвят. Това е мастноразтворим пигмент, който се намира във водорасли (напр. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), дрожди (например Phaffia rhodozyma), сьомга, пъстърва, крил, скариди и раци. Астаксантинът се счита за суперантиоксидант, тъй като неговата антиоксидантна сила е десет до двадесет пъти по-мощна от много други каротеноиди, като бета-каротин, лутеин и зеаксантин, и сто пъти по-мощна от алфа-токоферола (витамин Е).
Астаксантин (3,3'-дихидрокси-β, β′-каротин-4,4′-дион) е кето-каротеноид и принадлежи към по-голям клас химични съединения, известни като терпени (като тетратерпеноид), които са съставени от пет въглеродни прекурсора, изопентенил дифосфат и диметилалил дифосфат. Астаксантинът се класифицира като вид каротеноидни съединения с кислородсъдържащи компоненти, а именно хидроксил (-OH) или кетон (C=O), като зеаксантин и кантаксантин. Астаксантинът е метаболит на зеаксантин и/или кантаксантин, съдържащ както хидроксилни, така и кетонни функционални групи. Подобно на много каротеноиди, астаксантинът е липидноразтворим 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 на дъждовната вода (Haematococcus pluvialis) и дрождите, наречени Xanthophyllomyces dendrorhous (известни също като Phaffia rhodozyma). Водораслите претърпяват стрес чрез едно или комбинация от състояния, вариращи от липса на хранителни вещества, повишена соленост и прекомерно слънчево греене, за да се създаде астаксантин. Видовете, които консумират тези стресирани сладководни микроводорасли, като сьомга, червена пъстърва, червена ципура, фламинго, ракообразни (напр. скариди, крил, раци, омари, раци), отразяват пигментацията на червено-оранжевите нюанси във външния си вид.
Като добавка астаксантинът се прилага заради неговите укрепващи здравето и лекуващите заболявания ефекти. Астаксантинът е утвърден нутрицевтик, прилаган за подобряване на здравето на кожата (напр. намаляване на бръчките, уврежданията от слънчево изгаряне и др.).
Освен това астаксантинът получава все по-голямо внимание заради употребата му за лечение на болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон, сърдечно-съдови заболявания, висок холестерол, чернодробни заболявания, свързана с възрастта дегенерация на макулата и предотвратяване на рак.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.