Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina za veće prinose
- Astaksantin je vrlo moćan antioksidans koji se koristi u farmaceutskim proizvodima i dodacima ishrani.
- Da bi se proizveo visokokvalitetni astaksantin iz prirodnih izvora kao što su alge, potrebna je tehnika ekstrakcije visokih performansi.
- Ultrazvučna ekstrakcija je mehanički tretman koji daje visoke prinose astaksantina u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije.
Sonikatori visokih performansi za visokokvalitetne ekstrakte astaksantina
Ultrazvučna ekstrakcija je tehnika ekstrakcije visokih performansi koja koristi intenzivne ultrazvučne valove za ekstrakciju astaksantina iz prirodnih izvora, kao što su mikroalge, kril ili rakovi. Astaksantin je prirodni karotenoidni pigment poznat po svojim moćnim antioksidativnim svojstvima i raznim zdravstvenim prednostima. Obično se koristi kao dodatak prehrani i boja za hranu. Saznajte kako ultrazvuk pomaže poboljšati proces ekstrakcije astaksantina!
MultiSonoReactor za poboljšanu ekstrakciju astaksantina pomoću ultrazvuka velike snage
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina iz mikroalgi
Astaksantin za dijetetske suplemente, koje konzumiraju ljudi i životinje zbog svojih zdravstvenih koristi, astaksantin se dobiva iz morskih plodova ili ekstrahira iz alge H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelena mikroalga, koja proizvodi visok sadržaj astaksantina kada se primjenjuju stresni uvjeti, npr. visoki salinitet, nedostatak dušika, visoka temperatura i svjetlost. Sa do 9,2 mg/g astaksantina po ćeliji algi (= do 3,8% na suvu težinu 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 algi moraju biti poremećene. Ultrazvučna obrada je dobro poznata u svrhu razgradnje stanica, lize i izolacije bioaktivnih spojeva kao što su lipidi, antioksidansi, polifenoli i prirodni pigmenti. Ultrazvuk visokih performansi stvara čisto mehaničke sile koje remete ćelijske zidove silama smicanja i uzrokuju oslobađanje bioaktivnih supstanci kao što je astaksantin.
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina iz kvasca
Phaffia rhodozyma je kvasac bogat astaksantinom. Međutim, debeo ćelijski zid P. rhodozyma, koji se uglavnom sastoji od glukana i odgovoran za rigidnost ćelije, čini poremećaj ćelija i izolaciju astaksantina zahtjevnim zadatkom. Istraživači (Gogate et al. 2015.) otkrili su da ultrazvučna ekstrakcija u kombinaciji s mliječnom kiselinom intenzivira destrukciju stanica i čini ekstrakciju astaksantina iz P. rhodozyma zelenijim procesom koji je prihvatljiviji za okoliš. Koristili su mliječnu kiselinu kao medij za razbijanje i etanol kao rastvarač za ekstrakciju. Maksimalni prinos astaksantina (90%) dobijen je za pristup ekstrakciji uz pomoć ultrazvuka baziran na upotrebi 3 M mliječne kiseline, vrijeme prekida od 15 min. Snažni ultrazvučni ekstraktori kao što je UIP4000hd (4kW, vidi sliku lijevo) u kombinaciji sa protočnim reaktorom pod pritiskom omogućavaju stvaranje vrlo intenzivne kavitacije. Kavitacijske sile smicanja ometaju ćelijske zidove kvasca i pospješuju prijenos mase između unutrašnjosti ćelije i rastvarača.
- Vrhunski prinos
- Ekstrakcija velike brzine – u roku od nekoliko minuta
- Ekstrakti visokog kvaliteta – blage, netermalne
- Zeleni rastvarači (npr. voda/etanol)
- Isplativo
- Jednostavan i siguran rad
- Niski investicijski i operativni troškovi
- 24/7 rad u teškim uslovima
- Zelena, ekološki prihvatljiva metoda
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina – u Batch ili Continuous Flow modu
Astaksantin je lipofilno jedinjenje i može se rastvoriti u rastvaračima (npr. 48,0% etanola u etil acetatu) i uljima (npr. sojino ulje).
serija: Ultrazvučni procesi ekstrakcije mogu se izvoditi kao jednostavni serijski procesi ili kao inline tretman, gdje se medij kontinuirano dovodi kroz ultrazvučni protočni reaktor.
Serijska obrada je laka procedura, gdje se vađenje vrši partija po partija. Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučne procesore za male do velike serije, tj. od 1L do 120L.
Za preradu serija od 5 do 10L preporučujemo UP400St sa sonotrodom S24d22L2D (vidi sliku lijevo).
Za obradu serija od cca. 120L, preporučujemo sonicator UIP2000hdT sa sonotrodom RS4d40L4.
Protok kroz: Za veće količine i komercijalnu ekstrakciju u punom obimu, kontinuirani tok tekućine se dovodi kroz ultrazvučni reaktor, gdje se rastvarač/botanička suspenzija intenzivno obrađuje ultrazvukom.
Za zapreminu od cca. 8L/min., preporučujemo UIP4000hdT sa sonotrodom RS4d40L3 i protočnom ćelijom pod pritiskom FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) za veliku serijsku ekstrakciju
Ultrasonikatori visokih performansi za ekstrakciju
Hielscher Ultrasonics je specijaliziran za proizvodnju sonikatora visokih performansi za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz biljaka, kvasca i stanica. Široki portfelj proizvoda kompanije Hielscher Ultrasonics kreće se od malih, moćnih laboratorijskih ultrazvučnih aparata do robusnih stonih 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 ultrazvučni aparati od 200W do 16,000W imaju intuitivan meni sa programabilnim postavkama, ekran na dodir u boji za udoban rad, integrisanu SD karticu za automatsko snimanje podataka, daljinsko upravljanje pretraživačem i mnoge druge funkcije prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu sa medijumom) mogu se autoklavirati i lako se čiste. Svi naši ultrasonikatori su napravljeni za rad 24 sata dnevno, 7 dana u nedelji, zahtevaju nisko održavanje i laki su i sigurni za rad.
Digitalni displej u boji omogućava laku kontrolu ultrazvučne opreme. Naši sistemi su u stanju da isporuče od malih do veoma velikih amplituda. Za ekstrakciju hemijskih jedinjenja kao što je astaksantin, nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (poznate i kao ultrazvučne sonde ili rogovi) koje su optimizovane za osetljivu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih supstanci. Hielscher nudi posebne sonotrode za visoke amplitude u kombinaciji s protočnim ćelijama pod pritiskom koje su u stanju generirati ekstremne kavitacijske smične sile, koje ometaju čak i vrlo čvrste stanice kvasca. Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola parametara ultrazvučnog procesa osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa. Hielscher industrijski automatizirani ultrazvučni sustavi za ekstrakciju dizajnirani su za visoke proizvodne kapacitete ekstrakata vrhunskog kvaliteta, dok u isto vrijeme smanjuju rad, troškove i energiju.
Kontaktiraj 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 koje vrijedi znati
sono-ekstrakcija
Ultrazvučna ekstrakcija ili sono-ekstrakcija zasniva se na principu akustične kavitacije.
Kada se intenzivni ultrazvučni talasi primenjuju na tečne sisteme, dolazi do akustične kavitacije, koja je fenomen stvaranja, rasta i eventualnog kolapsa vakuumskih mehurića (vidi sliku ispod). Tokom širenja ultrazvučnih talasa, mjehurići vakuuma osciliraju i rastu sve dok ne dostignu tačku kada ne mogu apsorbirati više energije. Na vrhuncu rasta mjehurića oni se naglo urušavaju, što uzrokuje lokalne termičke, mehaničke i kemijske efekte. Mehanički efekti uključuju visoke pritiske do 1000 atm, turbulencije i intenzivne sile smicanja. Te sile remete ćelijske zidove i promovišu prenos mase između unutrašnjosti ćelije i rastvarača oslobađajući bioaktivna jedinjenja u okolnu tečnost (tj. rastvarač).
Akustična kavitacija, generirana ultrazvukom visokog intenziteta, niske frekvencije, stvara intenzivne sile smicanja i lokalne razlike visokog tlaka i temperature, koje pružaju neophodan utjecaj za razbijanje ćelija, intenzivno miješanje i prijenos mase. Ove ultrazvučne sile smicanja uspješno se primjenjuju za ekstrakciju kanabisa.
Ultrazvučna ekstrakcija jedinjenja iz biljaka i ćelijskog tkiva je dobro istražena. Primjena visoko intenzivnih ultrazvučnih valova značajno promovira procese ekstrakcije. Osim intenziviranja procesa – što rezultira većim prinosima i kraćim vremenom ekstrakcije – termička degradacija i gubitak sastojaka osjetljivih na temperaturu su spriječeni budući da sonikacija nije termički tretman. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija ima niske investicijske i operativne troškove, smanjuje upotrebu rastvarača i/ili omogućava korištenje zelenijih rastvarača, što je čini ekonomičnom i ekološki prihvatljivom tehnikom ekstrakcije. Nadmašujući konvencionalne metode ekstrakcije, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) je usvojena iz prehrambene industrije za proizvodnju bioaktivnih jedinjenja uz ekonomsku dobit.
Snažni ultrazvučni talasi remete ćelijski matriks bioloških struktura i oslobađaju bioaktivna jedinjenja. Prijenos mase između biljnog materijala i rastvarača je intenzivan. Zbog ovih mehanizama, ultrazvučna ekstrakcija je vrlo efikasna za ekstrakciju kanabisa.
astaksantin
Astaksantin se odlikuje tamnocrvenom bojom. To je pigment rastvorljiv u mastima koji se nalazi u algama (npr. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvascu (npr. Phaffia rhodozyma), lososu, pastrmci, krilu, škampima i rakovima. Astaksantin se smatra super-antioksidansom jer je njegova antioksidativna moć deset do dvadeset puta snažnija od mnogih drugih karotenoida, kao što su beta-karoten, lutein i zeaksantin, i sto puta snažnija od alfa-tokoferola (vitamina E) .
Astaksantin (3,3′-dihidroksi-β, β′-karoten-4,4′-dion) je keto-karotenoid i pripada široj klasi hemijskih jedinjenja poznatih kao terpeni (kao tetraterpenoid), koji se sastoje od pet prekursora ugljika, izopentenil difosfat i dimetilalil difosfat. Astaksantin je klasifikovan kao vrsta karotenoidnih jedinjenja sa komponentama koje sadrže kiseonik, naime hidroksil (-OH) ili keton (C=O), kao što su zeaksantin i kantaksantin. Astaksantin je metabolit zeaksantina i/ili kantaksantina, koji sadrži i hidroksilne i ketonske funkcionalne grupe. Kao i mnogi karotenoidi, astaksantin je pigment rastvorljiv u lipidima i odlikuje se crvenom bojom. Karotenoidi, uključujući astaksantin, dobro su poznati po svom antioksidativnom kapacitetu.
Astaksantin je crveni pigment i prirodno potiče od mikroalgi kišnice (Haematococcus pluvialis) i kvasca zvanog Xanthophyllomyces dendrorhous (također poznat kao Phaffia rhodozyma). Alge su podvrgnute stresu zbog jednog ili kombinacije uvjeta u rasponu od nedostatka hranjivih tvari, povećanog saliniteta i prekomjerne sunčeve svjetlosti do stvaranja astaksantina. Vrste koje konzumiraju te slatkovodne mikroalge pod stresom, kao što su losos, crvena pastrmka, oradea, flamingo, rakovi (npr. škampi, kril, rakovi, jastozi, rakovi), odražavaju pigmentaciju crveno-narandžastih nijansi u svom izgledu.
Kao dodatak, astaksantin se daje zbog njegovih učinaka na zdravlje i liječenje bolesti. Astaksantin je dobro uspostavljen nutricionizam koji se primjenjuje za poboljšanje stanja kože (npr. smanjenje bora, oštećenja od opekotina od sunca itd.).
Furthermore, astaxanthin gets increasing attention for its use to treat Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, cardio-vascular deaseses, high cholesterol, liver diseases, age-related macular degeneration, and preventing cancer.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.