Трифазно разделяне, подобрено чрез ултразвук

• Трифазното разделяне (TPP) е техника за извличане, разделяне и пречистване на компоненти, например липиди, ензими, полизахариди и други биомолекули, от биологичен материал.
• Трифазното разделяне с помощта на ултразвук превъзхожда конвенционалното трифазно разделяне с по-висок добив, подобрена чистота и изключителна бързина.
• Ултразвуковото трифазно разделяне е приложимо за малки и големи обеми и може лесно да се мащабира за промишлено производство.

Ултразвуково трифазно разделяне

Трифазно разделяне

Трифазното разделяне (TPP) е прост и ефективен едноетапен процес за разделяне, пречистване и концентриране на биомолекули като ензими, липиди, полизахариди и др. от сложни смеси.
TPP се извършва чрез последователно добавяне на достатъчно количество сол (обикновено амониев сулфат) и органичен разтворител (предимно t-бутанол/tert-бутанол). Соли като амониевия сулфат се използват при определена степен на насищане за утаяване на протеина. Органичен разтворител като t-бутанол се добавя за образуване на три фазови слоя и за отстраняване на нискомолекулни съединения като липиди, фенолни съединения и някои детергенти. Тъй като t-бутанолът има висока температура на кипене, но е по-малко запалим от етанола и метанола, t-бутанолът е предпочитаният разтворител за TPP.
След обработката на суровия екстракт и декантацията сместа се разделя на три обособени фази: горната фаза на разтворителя (t-бутанол) съдържа неполярни съединения, които са отделени от долната водна фаза (съдържаща полярни съединения) чрез протеинова утайка на междуфазната граница. Желаните протеини се разпределят селективно в едната фаза, а другите замърсяващи протеини – в другата фаза. Това води до частично пречистване и концентриране на протеина. Процесът на екстракция съчетава космотропно утаяване, изсолване, утаяване с изотоничен коразтворител и осмолитно утаяване на протеини.

Трифазно разделяне, подобрено чрез ултразвук

Ултразвуковата обработка значително интензифицира процеса TPP. Трифазното разделяне с помощта на ултразвук се прилага успешно за разделяне и пречистване на биомолекули. Биомолекули от широк спектър са изолирани по-ефективно за по-кратко време. Например чрез ултразвуково TPP са пречистени ензими от растения (например бромелаин, папаин, инвертаза, полифенолоксидаза и инхибитори на трипсина), животни (например трипсин, α-химотрипсин, химозин, пепсин и луцифераза) и микроорганизми (например липаза, α-амилаза, α-галактозидаза, сератиопептидаза, циклодекстрингликозилтрансфераза и фибринолитични ензими). Допълнително предимство на ултразвуковото трифазно разделяне е повишената активност на различни ензими, водеща до привидно по-високи добиви (с приблизително 100%), тъй като целевият ензим или протеин се утаява в средния слой между органичната и водната фаза.
Ултразвуковото трифазно разделяне може да се използва ефективно с необработени проби и може лесно да се мащабира.

Примери за ултразвуково трифазно разделяне (US-TPP)

Ултразвуково TPP за екстракция на астаксантин

За екстракцията на астаксантин (AX) комбинираното прилагане на TPP и ултразвукова обработка с ултразвуковия апарат UP400S на Hielscher е не само проста и лесно приложима, но и много ефективна техника за изолиране на AX от бактериалната биомаса на Paracoccus NBRC 101723. Работните променливи на ултразвуковата обработка могат да се оптимизират за получаване на оптимални резултати от екстракцията. Параметрите на ултразвуковата обработка като амплитуда, време, температура и съд за екстракция (размер, форма), както и размерът на частиците на биомасата, влияят значително върху ултразвуковото освобождаване на AX от биомасата. Ултразвуковата обработка на влажна биомаса дава по-добри резултати от ултразвуковото TPP на изсушена биомаса за бърза и ефективна екстракция на AX. Ултразвуковото TPP води до 37% по-високо извличане на AX в сравнение с конвенционалната екстракция с разтворител. (вж. Chougle et al. 2013)

Ултразвуково TPP за отделяне на андрографолид от Andrographis paniculata

Андрографолидът е лабданов дитерпеноид, който е ценен заради силното си противовъзпалително, антиоксидантно, хепатопротективно, антиканцерогенно и антидиабетно действие. Сравнителни проучвания показват, че ултразвуковото TPP не само увеличава добива на андрографолид, но и подобрява антиоксидантната активност в сравнение с конвенционалното TPP.

Високопроизводителни ултразвукови апарати за трифазно разделяне

Hielscher Ultrasonics е специализирана в проектирането и производството на ултразвукови системи с висока мощност за екстракция, както и за много други процеси.
Нашата продуктова гама обхваща малки, мощни лабораторни ултразвукови апарати, здрави настолни хомогенизатори и промишлени високопроизводителни ултразвукови системи. Разнообразните принадлежности позволяват идеалното адаптиране на ултразвуковата система към специфичните изисквания на Вашия процес. Всички ултразвукови апарати на Hielscher са създадени за работа 24/7 при пълно натоварване.
Дългогодишният ни опит в ултразвуковата обработка ни позволява да консултираме клиентите си от първите им изпитвания с ултразвук през етапите на оптимизация на процеса до внедряването в промишлен мащаб.
Моля, използвайте формуляра по-долу, за да ни разкажете за Вашия процес! С удоволствие ще Ви дадем препоръки и ще обсъдим възможностите и предимствата на ултразвуковата обработка за Вашето приложение.

Литература/Източници

• Chougle, J.A: et al. (2013): Трифазно разделяне с помощта на ултразвук (UATPP): Нова техника, разработена за екстракция на астаксантин от Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Годишна конференция, University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Фазово разделяне за отделяне на ензими: Обзор и скорошни приложения. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Подобрена екстракция на олеорезин от прах от коренища на джинджифил (Zingiber officinale) чрез трифазно разделяне с помощта на ензими. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Синергично действие на ултразвук и трифазно разделяне за екстракция и отделяне на полизахариди от Corbicula fluminea и възможни свързани механизми. Ultrasonics Sonochemistry, том 40, част A, 2018. 128–134.