Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina za veće prinose
- Astaksantin je izuzetno snažan antioksidans koji se koristi u farmaceutskim proizvodima i dodacima prehrani.
- Za proizvodnju visokokvalitetnog astaksantina iz prirodnih izvora, kao što su alge, potrebna je visokoučinkovita tehnika ekstrakcije.
- Ultrazvučna ekstrakcija je mehanička obrada koja daje visoke prinose astaksantina u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije.
Visokoučinkoviti sonikatori za visokokvalitetne ekstrakte astaksantina
Ultrazvučna ekstrakcija je visokoučinkovita tehnika ekstrakcije koja koristi intenzivne ultrazvučne talase za ekstrakciju astaksantina iz prirodnih izvora, kao što su mikroalge, krill ili rakovi. Astaksantin je prirodno prisutan karotenoidni pigment poznat po svojim snažnim antioksidativnim svojstvima i raznim zdravstvenim koristima. Uobičajeno se koristi kao dodatak prehrani i sredstvo za bojenje hrane. Saznajte kako ultrazvučna obrada (sonikacija) pomaže poboljšati vaš proces ekstrakcije astaksantina!
MultiSonoReactor za poboljšanu ekstrakciju astaksantina pomoću ultrazvuka velike snage
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina iz mikroalgi
Astaksantin za dodatke prehrani, koje ljudi i životinje konzumiraju zbog njihovih zdravstvenih koristi, dobiva se iz morskih plodova ili se ekstrahira iz alge H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelena mikroalga koja proizvodi visok sadržaj astaksantina kada su primijenjeni stresni uvjeti, npr. visoka slanost, nedostatak dušika, visoka temperatura i svjetlost. S do 9,2mg/g astaksantina po ćeliji alge (= do 3,8% suhe težine H. pluvialis), Haematococcus pluvialis akumulira vrlo visok sadržaj prirodnog astaksantina i stoga je preferirani organizam za proizvodnju astaksantina.
Da bi se astaksantin oslobodio iz zelenih mikroalgi, ćelije alge moraju biti razgrađene. Ultrazvučna obrada dobro je uspostavljena u svrhu razgradnje ćelija, lize i izolacije bioaktivnih spojeva kao što su lipidi, antioksidansi, polifenoli i prirodni pigmenti. Visokoučinkoviti ultrazvuk stvara čisto mehaničke sile koje razaraju ćelijske zidove smičnim silama i uzrokuju oslobađanje bioaktivnih supstanci kao što je astaksantin.
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina iz kvasca
Phaffia rhodozyma je kvasac bogat astaksantinom. Međutim, debeo ćelijski zid vrste P. rhodozyma, koji se uglavnom sastoji od glukana i odgovoran je za krutost ćelije, čini razgradnju ćelija i izolaciju astaksantina zahtjevnim zadatkom. Istraživači (Gogate et al. 2015) su utvrdili da ultrazvučna ekstrakcija u kombinaciji s mliječnom kiselinom pojačava razgradnju ćelija i čini ekstrakciju astaksantina iz P. rhodozyma ekološki prihvatljivijim procesom. Koristili su mliječnu kiselinu kao medij za razgradnju, a etanol kao otapalo za ekstrakciju. Maksimalan prinos astaksantina (90%) postignut je pristupom ekstrakciji potpomognutom ultrazvukom zasnovanom na upotrebi 3 M mliječne kiseline i vremenu razgradnje od 15 min. Snažni ultrazvučni ekstraktori kao što je UIP4000hd (4kW, vidi sliku lijevo) u kombinaciji s protočnim reaktorom pod pritiskom omogućavaju stvaranje vrlo intenzivne kavitacije. Kavitacijske smične sile razaraju ćelijske zidove kvasca i potiču prijenos mase između unutrašnjosti ćelije i otapala.
- Vrhunski prinos
- Brza ekstrakcija – u roku od nekoliko minuta
- Visokokvalitetni ekstrakti – blagi, netermički
- Zelena otapala (npr. voda/etanol)
- Isplativo
- Jednostavan i siguran rad
- Niski investicijski i operativni troškovi
- Rad 24/7 u zahtjevnim uvjetima
- Zelena, ekološki prihvatljiva metoda
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina – u šaržnom ili kontinuiranom protočnom režimu
Astaksantin je lipofilan spoj i može se otopiti u otapalima (npr. 48,0% etanola u etil-acetatu) i uljima (npr. sojino ulje).
Šaržno: Procesi ultrazvučne ekstrakcije mogu se provoditi kao jednostavni šaržni procesi ili kao inline obrada, pri kojoj se medij kontinuirano dovodi kroz ultrazvučni protočni reaktor.
Šaržna obrada je jednostavan postupak u kojem se ekstrakcija izvodi šaržu po šaržu. Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučne procesore za male do velike šarže, tj. od 1L do 120L.
Za obradu šarži od 5 do 10L preporučujemo UP400ST sa sonotrodom S24d22L2D (vidi sliku lijevo).
Za obradu šarži od otprilike 120L preporučujemo sonikator UIP2000hdT sa sonotrodom RS4d40L4.
Protočno: Za veće volumene i komercijalnu ekstrakciju punog obima, kontinuirani tok tekućine dovodi se kroz ultrazvučni reaktor, gdje se otapalo/biljna suspenzija intenzivno ultrazvučno obrađuje.
Za volumen od otprilike 8L/min. preporučujemo UIP4000hdT sa sonotrodom RS4d40L3 i protočnom ćelijom pod pritiskom FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) za šaržnu ekstrakciju velikog obima
Visokoučinkoviti ultrazvučni uređaji za ekstrakciju
Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za proizvodnju visokoučinkovitih sonikatora za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz biljaka, kvasaca i ćelija. Široki proizvodni portfelj kompanije Hielscher Ultrasonics kreće se od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i potpuno industrijskih sistema, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za efikasnu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih komponenti kao što su astaksantin, kvercetin, kofein, kurkumin, terpeni itd. Svi digitalni sonikatori od 200W do 16.000W imaju intuitivan meni s programabilnim postavkama, kolorni ekran osjetljiv na dodir za udoban rad, integriranu SD karticu za automatsko bilježenje podataka, daljinsko upravljanje putem preglednika i mnoge druge funkcije prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste. Svi naši ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja te su jednostavni i sigurni za rad.
Digitalni kolorni ekran omogućava korisnički prilagođeno upravljanje ultrazvučnom opremom. Naši sistemi mogu isporučiti amplitude od niskih do vrlo visokih. Za ekstrakciju hemijskih spojeva kao što je astaksantin nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (poznate i kao ultrazvučne sonde ili rogovi) koje su optimizirane za pažljivu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih supstanci. Hielscher nudi posebne sonotrode za visoke amplitude u kombinaciji s protočnim ćelijama pod pritiskom koje mogu stvoriti ekstremne kavitacijske smične sile, koje razaraju čak i vrlo otporne ćelije kvasca. Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućava rad 24/7 u zahtjevnim uvjetima i u zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola parametara ultrazvučnog procesa osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa. Hielscher automatizirani ultrazvučni sistemi za ekstrakciju industrijskog obima dizajnirani su za visoke proizvodne kapacitete ekstrakata vrhunskog kvaliteta, uz istovremeno smanjenje rada, troškova i energije.
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Literatura/reference
- 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.
Činjenice vrijedne znanja
Sono-ekstrakcija
Ultrazvučna ekstrakcija ili sono-ekstrakcija zasniva se na principu akustične kavitacije.
Kada se intenzivni ultrazvučni talasi primijene na tečne sisteme, javlja se akustična kavitacija, a to je pojava stvaranja, rasta i konačnog kolapsa vakuumskih mjehurića (vidi sliku ispod). Tokom širenja ultrazvučnih talasa vakuumski mjehurići osciliraju i rastu dok ne dosegnu tačku u kojoj ne mogu apsorbirati više energije. Na vrhuncu rasta mjehurića oni silovito kolabiraju, što uzrokuje lokalne termičke, mehaničke i hemijske efekte. Mehanički efekti uključuju visoke pritiske do 1000atm, turbulencije i intenzivne smične sile. Te sile razaraju ćelijske zidove i potiču prijenos mase između unutrašnjosti ćelije i otapala, oslobađajući bioaktivne spojeve u okolnu tečnost (tj. otapalo).
Akustična kavitacija, nastala djelovanjem ultrazvuka visokog intenziteta i niske frekvencije, stvara intenzivne smične sile i lokalno nastale visoke razlike u pritisku i temperaturi, koje pružaju potreban udar za razgradnju ćelija, intenzivno miješanje i prijenos mase. Te se ultrazvučne smične sile uspješno primjenjuju za ekstrakciju kanabisa.
Ultrazvučna ekstrakcija spojeva iz biljnih materijala i ćelijskog tkiva dobro je istražena. Primjena ultrazvučnih talasa visokog intenziteta značajno potiče procese ekstrakcije. Pored intenzifikacije procesa – koja rezultira višim prinosima i kraćim vremenom ekstrakcije – sprječavaju se termička degradacija i gubitak termosenzitivnih sastojaka, jer je ultrazvučna obrada (sonikacija) netermička obrada. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija ima niske investicijske i operativne troškove, smanjuje upotrebu otapala i/ili omogućava upotrebu zelenijih otapala, što je čini ekonomičnom i ekološki prihvatljivom tehnikom ekstrakcije. Nadmašujući konvencionalne metode ekstrakcije, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) preuzeta je iz prehrambene industrije radi proizvodnje bioaktivnih spojeva s ekonomskom dobiti.
Snažni ultrazvučni talasi razaraju ćelijski matriks bioloških struktura i oslobađaju bioaktivne spojeve. Prijenos mase između biljnog materijala i otapala je pojačan. Zahvaljujući tim mehanizmima, ultrazvučna ekstrakcija vrlo je efikasna za ekstrakciju kanabisa.
Astaksantin
Astaksantin se odlikuje intenzivnom crvenom bojom. To je pigment topiv u mastima koji se nalazi u algama (npr. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvascu (npr. Phaffia rhodozyma), lososu, pastrmci, krilu, kozicama i riječnim rakovima. Astaksantin se smatra super-antioksidansom jer je njegova antioksidativna snaga deset do dvadeset puta jača nego kod mnogih drugih karotenoida, kao što su beta-karoten, lutein i zeaksantin, te stotinu puta jača nego kod alfa-tokoferola (vitamin E).
Astaksantin (3,3′-dihidroksi-β, β′-karoten-4,4′-dion) je keto-karotenoid i pripada široj klasi hemijskih spojeva poznatih kao terpeni (kao tetraterpenoid), koji se sastoje od pet-ugljičnih prekursora, izopentenil-difosfata i dimetilalil-difosfata. Astaksantin je klasificiran kao vrsta karotenoidnih spojeva s komponentama koje sadrže kisik, a to su hidroksilna (-OH) ili ketonska (C=O) grupa, kao kod zeaksantina i kantaksantina. Astaksantin je metabolit zeaksantina i/ili kantaksantina, koji sadrži i hidroksilne i ketonske funkcionalne grupe. Kao i mnogi karotenoidi, astaksantin je pigment topiv u mastima i odlikuje se crvenom bojom. Karotenoidi, uključujući astaksantin, dobro su poznati po svom antioksidativnom kapacitetu.
Astaksantin je crveni pigment i prirodno potječe iz mikroalge kišnice (Haematococcus pluvialis) i kvasca zvanog Xanthophyllomyces dendrorhous (poznatog i kao Phaffia rhodozyma). Alga je izložena stresu zbog jednog ili kombinacije uvjeta, od nedostatka hranjivih tvari, povećane slanosti i prekomjernog sunčevog svjetla, kako bi stvorila astaksantin. Vrste koje konzumiraju te stresirane slatkovodne mikroalge, kao što su losos, crvena pastrmka, crvena orada, flamingo i rakovi (npr. kozice, krill, rak, jastog, riječni rak), u svom izgledu odražavaju pigmentaciju crveno-narandžastih nijansi.
Kao dodatak prehrani, astaksantin se primjenjuje zbog svojih učinaka na unapređenje zdravlja i liječenje bolesti. Astaksantin je dobro uspostavljen nutraceutik koji se primjenjuje za poboljšanje zdravlja kože (npr. smanjenje bora, oštećenja od opekotina od sunca itd.).
Nadalje, astaksantin dobiva sve veću pažnju zbog svoje upotrebe u liječenju Alzheimerove bolesti, Parkinsonove bolesti, kardiovaskularnih bolesti, visokog holesterola, bolesti jetre, starosne makularne degeneracije i u prevenciji raka.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijske do industrijske veličine.