Ultrazvučna ekstrakcija pigmenata spiruline
Ultrazvučna ekstrakcija pokazala se vrlo efikasnom za izolaciju ekstrakata vrhunskog kvaliteta iz mikroalgi. Pigmenti spiruline, poput fikocijanina, poznati su kao superhrana koja doprinosi zdravlju zahvaljujući visokom sadržaju antioksidansa, vitamina i proteina. Da bi se proizveli visoko koncentrirani suplementi, kao što su praškovi i tablete, plavi pigmenti moraju se ekstrahirati iz alge spiruline.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) i Arthrospira maxima (A. maxima) poznate su pod pojmom spirulina. Spirulina su plavozelene alge bogate aminokiselinama i antioksidansima. Zbog visokog udjela hranjivih tvari, kao što su proteini, enzimi, minerali te vitamini A, K, B12, željezo i mangan, svrstavaju se u superhranu. Rod algi Arthrospira ima posebno visok sadržaj proteina. Njegov sadržaj proteina kreće se od 53 do 68% suhe težine i nudi cijeli spektar svih esencijalnih aminokiselina. Osim toga, Arthrospira sadrži velike količine polinezasićenih masnih kiselina (PUFA), koje iznose otprilike 1,5 do 2% ukupnog sadržaja lipida od 5 do 6%. Te PUFA sadrže γ-linolensku kiselinu (GLA), esencijalnu omega-6 masnu kiselinu. Dodatna bioaktivna jedinjenja Arthrospire uključuju vitamine, minerale i fotosintetske pigmente.
Napomena: Naučno gledano, Spirulina platensis (S. platensis) i Spirulina maxima (S. maxima) ispravno se nazivaju Arthrospira platensis (A. platensis) i Arthrospira maxima (A. maxima). Obje vrste su nekada bile svrstane u rod Spirulina i do danas su kolokvijalno poznate pod imenom spirulina. Iako je uvođenje dva zasebna roda, Arthrospira i Spirulina, danas općenito prihvaćeno, pojam spirulina često se koristi kao zbirni naziv.
Ultrazvučna ekstrakcija spiruline
Ultrazvučni razarači ćelija (koji se nazivaju i ultrazvučni ekstraktori) dobro su poznati po svojoj sposobnosti otvaranja ćelija radi oslobađanja intracelularnog materijala. Kada se intenzivni ultrazvučni talasi unose u tečnosti, javlja se fenomen akustične kavitacije. Kavitacijske sile razaraju ćelijske zidove i pojačavaju prijenos mase, tako da se bioaktivna ciljna jedinjenja prenose iz ćelije u tečnost.
Ultrazvučna ekstrakcija iz ćelija: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tokom ultrazvučne ekstrakcije iz ćelija (uvećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije
- Visok prinos
- Vrhunski kvalitet ekstrakta
- Brza ekstrakcija
- Blag, netermički proces
- Različita otapala
- Sigurno
- Jednostavno za rukovanje
- Linearno povećanje skale
- Nizak nivo održavanja
- Brz povrat investicije (RoI)
Protokol ekstrakcije
Prabuthas et al. (2011) razvili su sljedeći protokol ekstrakcije radi dobivanja ekstrakta fikocijanina visokog kvaliteta: Ekstrakcija fikocijanina procijenjena je u pogledu koncentracije fikocijanina pomoću destilirane vode i 1% otopine CaCl2. Morska alga spirulina koristi se u osušenom obliku jer bakterije odmah iskorištavaju vlažnu biomasu i ona počinje da se razgrađuje zbog svog nutritivnog sastava. Stoga se, radi izbjegavanja tih problema, preporučuje upotreba osušene biomase algi. Ekstrakcija je provedena miješanjem 0,1g osušene biomase s određenom količinom otapala, a ultrazvučna obrada provedena je s vremenom i amplitudom prema eksperimentalnom dizajnu. Suspenzije uzoraka podvrgnute su ultrazvučnoj obradi pomoću ultrazvučnog razarača ćelija UP50H proizvođača Hielscher, nakon čega je slijedilo centrifugiranje 15 min pri 13.500rpm u rashlađenoj centrifugi. Ispitivan je sadržaj fikocijanina i proteina tokom ekstrakcije različitim otapalima, kalcijum-hloridom i destiliranom vodom.
Najveća količina fikocijanina, 0,3116mg/ml, dobivena je u otopini kalcijum-hlorida, a slijedi 0,299mg/ml u destiliranoj vodi. Najveća količina proteina, 63,63%, dobivena je u otapalu destiliranoj vodi, a 54,69% u otopini kalcijum-hlorida. Stoga je otopina CaCl2 ocijenjena kao najbolje otapalo za ekstrakciju fikocijanina uz pomoć ultrazvuka.
Visokoučinkoviti ultrazvučni ekstraktori za ekstrakciju spiruline
Hielscher je vaš dugogodišnji iskusni partner kada je riječ o snažnoj, pouzdanoj ultrazvučnoj ekstrakciji bioaktivnih tvari iz biljne i fito biomase. Svi ultrazvučni ekstraktori mogu raditi 24/7 i pogodni su za komercijalnu proizvodnju ekstrakata za prehranu. Naš asortiman obuhvata cijeli spektar, od manjih ručnih biorazarača do pilot ultrazvučnih uređaja i industrijskih ultrazvučnih sistema. Različiti dodaci, kao što su razne sonotrode i reaktori s protočnim ćelijama, omogućavaju optimalno prilagođavanje zahtjevima vašeg procesa. Svi ultrazvučni procesori proizvođača Hielscher robusni su, jednostavni za rukovanje i dizajnirani da budu prilagođeni korisniku. Naši digitalno kontrolirani ultrazvučni uređaji dolaze s ugrađenom SD karticom za automatsko protokoliranje podataka o ultrazvučnoj obradi.
Tabela u nastavku daje okvirnu informaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster od UIP16000 |
- Dugogodišnje iskustvo u ultrazvučnoj obradi (sonikaciji)
- Visok kvalitet
- Robusnost
- Rad 24/7
- Zaštita od rada na suho
- Linearna skalabilnost
- Odlična korisnička podrška
- Nizak nivo održavanja
- Usluga obuke i instalacije
- Tehnički centar
- Razvoj procesa
- Ultrazvučna oprema po mjeri
Naše dobro obučeno osoblje osigurava visok nivo korisničke podrške i profesionalno savjetovanje.
Kontaktirajte nas još danas! Rado ćemo vam preporučiti najprikladniji ultrazvučni ekstraktor za vašu primjenu.
Ultrazvučni ekstraktori velike snage, od laboratorijske do pilot i industrijske skale.
Literatura/reference
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): An efficient extraction of phycocyanin by ultrasonication and separation using ‘sugaring out’. Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
- Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Standardization of rapid and economical method for neutraceuticals extraction from algae. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, May 2011.
Zanimljivosti vrijedne znanja
Spirulina
Spirulina je vrsta cijanobakterija (poznatih i kao cyanophyta), koje čine koljeno bakterija koje energiju dobivaju fotosintezom. One su jedini fotosintetski prokarioti sposobni da proizvode kisik. Naziv cijanobakterije potječe od boje bakterija (grčki: κυανός, transliteracija kyanós, doslovno plavo). Zbog svoje boje nazivaju se i plavozelene alge, iako je pojam alge u modernoj upotrebi ograničen na eukariote. Spirulina platensis (S. platensis) je multifilamentozna prokariotska cijanobakterija koja se može lako uzgajati kao monokultura u otvorenim bazenima ili zatvorenim bioreaktorima. C-fikocijanin (C-PC) je glavni fikobiliprotein u spirulini.
Ekstrakti spiruline
Spirulina je popularan dodatak prehrani dobiven iz biomase morskih cijanobakterija (plavozelenih algi). Dvije vrste spiruline koje se koriste za pripremu veganskih proteinskih suplemenata i suplemenata s pigmentima su Arthrospira platensis i Arthrospira maxima. Ekstrakt oslobođen iz ovih mikroalgi bogat je antioksidansima, aminokiselinama i vitaminima. Zato se plavi prah ekstrakta dodaje sokovima, smutijima, šejkovima i pićima i daje im prekrasnu intenzivnu plavu boju. Alternativno, ekstrakt spiruline može se konzumirati u obliku tableta.
Fikocijanin, alofikocijanin i fikoeritrin su kompleksi pigmenta i proteina iz porodice fikobiliproteina koji skupljaju svjetlost, a poznati su po svojoj intenzivnoj svijetloplavoj boji. Fikocijanin je pomoćni pigment hlorofila. Budući da su svi fikobiliproteini topivi u vodi, nisu prisutni unutar membrane, nego su fikobiliproteini vezani kao agregati (takozvani fikobilizomi) za ćelijsku membranu.
Ultrazvučna ekstrakcija i razgradnja ćelija
Ekstrakcija uz pomoć ultrazvuka (UAE) koristi se za oslobađanje i izolaciju bioaktivnih jedinjenja iz fito materijala, kao i iz tkiva.
Za procese ultrazvučne ekstrakcije intenzivni ultrazvučni talasi unose se u medij, gdje talasi stvaraju naizmjeničnu kompresiju i ekspanziju. Tokom ciklusa kompresije/ekspanzije stvaraju se vakuumski mjehurići koji rastu kroz nekoliko ciklusa sve dok ne mogu apsorbirati više energije, pa snažno implodiraju. Implozija mjehurića stvara visokoenergetsko stanje s lokalno nastalim temperaturama do 5000K, razlikama pritiska od 1000atm, brzinama zagrijavanja i hlađenja iznad 1010 K/s te tečnim mlazevima brzina od 280m/s. Ovaj fenomen poznat je kao akustična kavitacija.
Ultrazvučna ekstrakcija zasniva se na akustičnoj kavitaciji i njenim hidrodinamičkim smičnim silama