Ultrazvuková extrakce řas pro doplňky výživy

Ultrazvuková extrakce je vynikající metoda, jak účinně a rychle narušit buňky řas. Sonikace může uvolnit úplné množství bioaktivních sloučenin, díky čemuž je ultrazvuková technika vysoce účinná.

Jak extrahovat proteiny, lipidy a fenoly z řas pomocí ultrazvuku

Řasy a mikrořasy jsou bohaté na biologicky aktivní sloučeniny, jako jsou proteiny, lipidy, karotenoidy, pigmenty (např. fykocyaniny, astaxanthin atd.), fenolické látky a polysacharidy (např. karagenany). Díky tomu jsou široce používaným přírodním materiálem pro výrobu extraktů do potravin a doplňků stravy. Běžně používané druhy řas pro výživové doplňky jsou Arthrospira maxima a (také známá jako spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis a Ulva spp. Řasy jsou známé jako dobrý zdroj vysoce kvalitních bílkovin, lipidů, PUFA s dlouhým řetězcem (tj. omega-3), polysacharidů (např. alginát, karagenan, β-glukany), vitamínů a antioxidantů.
Spirulina je běžně používaný druh řasy, který je bohatý na vysoce ceněné bioaktivní sloučeniny, jako jsou bílkoviny (s 50–70 % sušiny). Vzhledem k tomu, že spirulina je schválena FDA (Food Drug Administration of the United States) jako GRAS (obecně uznávaná jako bezpečná), lze spirulinu a extrakty ze spiruliny použít v komercializovaných potravinách nebo jako doplňky stravy.

Výhody ultrazvukové extrakce řas

Ultrazvuková extrakce vyniká alternativními metodami extrakce v mnoha bodech, jako je vysoký výnos, spolehlivost, bezpečnost, jednoduchost a šetrnost k životnímu prostředí.

Plný výtěžek extrakce

Vysoce výkonné ultrasonikátory rozbíjejí buňky řas a narušují je tak, aby se uvolnil intracelulární materiál. Ultrazvuková extrakce tím uvolňuje celé spektrum bioaktivních sloučenin, jako jsou fykobiliproteiny, karotenoidy a lipidy a fenoly.
Fykobiliproteiny lze rozdělit do tří hlavních skupin, a to chlor-fykocyaniny, alofykocyaniny a fykoerytriny. C-fykocyanin je přírodní modrý pigment, který je široce používán v potravinách a farmaceutických výrobcích. Ultrazvuková extrakce uvolňuje celé spektrum proteinů.

Vysoká účinnost odsávání

Duangsee et al. (2009) testovali dvě různé metody extrakce (ultrazvukem asistovaná extrakce rozpouštědlem a extrakce opakovaným zmrazováním a rozmrazováním) bioaktivních sloučenin z biomasy Arthospira a zjistili, že ultrazvuková extrakce rozpouštědlem vedla k vyšší účinnosti extrakce (22,1%) než zmrazování a rozmrazování (15,6%). Srovnání prasknutí buněk mezi sonikací a opakovaným zmrazováním a rozmrazováním ukazuje, že sonikace je účinnější. Ultrazvuková kavitace narušuje buňky řas rychle a efektivně, což má za následek vyšší narušení buněk ve srovnání s buňkami spiruliny ošetřenými opakovaným zmrazováním a rozmrazováním.
Sonikace byla účinnější při rozbíjení buněčného obalu ve srovnání s opakovaným zmrazováním a rozmrazováním. Výtěžnost extrakce fykocyaninu ukázala, že teplota zpracování ovlivnila účinnost extrakce.

Rychlý proces extrakce

Vysoce výkonné ultrazvukové systémy mohou do suspenze řas aplikovat vysoký ultrazvukový výkon prostřednictvím vysokých amplitud. Díky tomu je ultrazvuková extrakce velmi rychlou metodou zpracování.

Regulace teploty

Ultrazvuku je netepelná, čistě mechanická extrakční technika. Extrakční teplota může být přesně řízena pomocí zásuvného teplotního senzoru, který je připojen k digitálnímu Hielscher ultrasonicator. Software Hielscherových digitálních ultrasonicators umožňuje nastavit teplotní limity, takže ultrazvukový homogenizátor se pozastaví, když je dosaženo teplotního limitu. Přesná regulace teploty umožňuje zabránit tepelné degradaci materiálů citlivých na teplo, jako jsou fykobiliproteiny, vitamíny, polyfenoly, polysacharidy, lipidy a další bioaktivní sloučeniny.

Kompatibilní s různými rozpouštědly

Ultrazvuku je kompatibilní s téměř jakýmkoli rozpouštědlem. Ultrazvuková extrakce v kombinaci se zelenými rozpouštědly, jako je voda nebo ethanol, produkuje čisté extrakty. Tyto ultrazvukové extrakty mohou být bezpečně začleněny do potravin, protože extrakční rozpouštědla ethanol a voda mají stav GRAS (obecně uznávaný jako bezpečný).

Reprodukovatelnost a standardizace procesů

Hielscherovy digitální ultrasonicators přicházejí s inteligentním softwarem a propracovanou řadou nastavení pro ideální parametry extrakce. Software protokoluje všechny parametry ultrazvukového procesu (např. amplitudu, čistý výkon, celkový výkon, teplotu, tlak, čas, datum) a zapisuje data o ultrazvuku do souboru CSV na vestavěné SD kartě. To vám umožní standardizovat proces extrakce a pečlivě sledovat sonikaci a kvalitní výstup. Tyto funkce vám pomohou splnit požadavky na standardizaci procesů i správnou výrobní praxi (GMP), které jsou velmi důležité při výrobě extraktů pro doplňky stravy, potraviny nebo farmaceutické výrobky.

Ultrazvukový protokol extrakce fykocyaninu

Mazumder et al. (2017) zkoumali optimální parametry zpracování pro ultrazvukovou extrakci fykocyaninu a fenolů z Arthospira platensis. Maximální výtěžek fykocyaninu (29,9 mg/g) a celkových fenolů (2,4 mg/g) byl získán při 40% koncentraci ethanolu, teplotě extrakce 34,9 °C pomocí ultrazvuku UP50H (50 wattů, 30 kHz) při amplitudě 95% po dobu extrakce 104,7 s.

Vernès et al. (2019) použili k extrakci proteinů ze spiruliny ultrazvukový zesilovač UIP1000hdT (1000W, 20kHz). Ultrazvukový přístroj byl vybaven sonotrodou BS2d34 a ultrazvukovým průtokovým reaktorem (přesné nastavení ultrazvukové extrakce s průtokovou buňkou a čerpadlem Seepex naleznete na obrázku níže).

UIP1000hdT – Nastavení manotermosonikace (MTS) a naše extrakce proteinů ze spiruliny v laboratorním měřítku
zdroj: Vernes et al. 2019

Výsledky výzkumu ukazují, že ultrazvukové extrakční podmínky optimalizované pro výtěžek proteinů zahrnují mírně zvýšenou teplotu a tlak (tzv. Manotermosonikace MTS). MTS podporuje přenos hmoty a umožňuje získat o 229 % více bílkovin (28,42 ± 1,15 g/100 g hm) než běžný proces bez ultrazvuku (8,63 ± 1,15 g/100 g hm).
S 28,42 g proteinů získaných na 100 g suché biomasy spiruliny v extraktu bylo dosaženo míry obnovy proteinů 50% za pouhých 6 minut v nepřetržitém procesu sonikace. Mikroskopické zobrazování odhaluje, že akustická kavitace ovlivňuje vlákna spiruliny různými mechanismy, jako je fragmentace, sonoporace, detexturace. Tyto různé účinky usnadňují a zefektivňují extrakci, uvolňování a solubilizaci bioaktivních sloučenin spiruliny, což má za následek vysoký výtěžek bílkovin vysoké kvality.
Pokud jde o kvalitu ultrazvukem extrahovaných proteinů, aminokyseliny nebyly degradovány ultrazvukovou léčbou, ale jsou přítomny ve větším množství v případě sonikace ve srovnání s konvenční extrakcí.
Při porovnání manotermosonikace a ultrazvukové extrakce bez zvýšeného tlaku a teploty je rozdíl ve výtěžnosti a účinnosti extrakce pouze minimální. Proto je samotný ultrazvuk považován za nejekonomičtější a nejjednodušší techniku výroby vysoce kvalitního extraktu bohatého na proteiny spiruliny. Ultrazvuková extrakce je ekologická extrakční technika šetrná k životnímu prostředí vhodná pro extrakci proteinů ze spiruliny v laboratorním měřítku, kterou lze snadno škálovat na pilotní a průmyslové měřítko. (srov. Vernès et al. 2019)

Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory

Všechny výsledky extrakce dosažené v malém měřítku lze lineárně škálovat na větší výrobní kapacity. Hielscher Ultrasonics velké portfolio produktů od laboratoře po průmyslové extrakční systémy má nejvhodnější ultrasonicator pro vaši předpokládanou procesní kapacitu. Naši dlouholetí zkušení pracovníci vám pomohou od testů proveditelnosti a optimalizace procesů až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na úrovni finální výroby.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikované odsávací zařízení

Portfolio produktů Hielscher Ultrasonics pokrývá celou řadu vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů od malých až po velké měřítky. Další příslušenství umožňuje snadnou montáž nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro váš proces. Optimální nastavení ultrazvuku závisí na předpokládané kapacitě, objemu, surovině, šarži nebo inline procesu a časovém harmonogramu. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích. Lineární škálovatelnost ultrazvukových extrakčních procesů umožňuje jednoduché a spolehlivé zvýšení výroby. Přečtěte si více o lineárním škálování ultrazvukových extrakčních procesů!

Vyberte si z různého příslušenství, jako jsou:

• sonotrody různých velikostí, průměrů a tvarů
• sonotrody pro vysokou amplitudu 200μm a vyšší
• Reaktory s průtočnou buňkou s různými objemy a geometriemi
• četné posilovací rohy pro zvýšení nebo snížení zisků
• kompletní nastavení sonikace, jako je SonoStation, která zahrnuje ultrazvukový extraktor, nádrž, míchadlo a čerpadlo
• Zásuvné teplotní senzory
• Zásuvné tlakové senzory

Náš dobře vyškolený personál s dlouholetými zkušenostmi vám poradí a doporučí vám nejvhodnější ultrazvukový systém pro vaše požadavky na extrakční proces!

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: