Ultrazvuková extrakce je vynikající metodou k účinnému a rychlému narušení buněk řas. Sonikace může uvolnit celé množství bioaktivních sloučenin, což činí ultrazvukovou techniku vysoce účinnou.

Jak extrahovat bílkoviny, lipidy a fenoly z řas s ultrazvukem

Druhy řas a mikrosyl jsou bohaté na biologicky aktivní sloučeniny, jako jsou proteiny, lipidy, karotenoidy, pigmenty (např. fykokyany, astaxanthin atd.), fenoly a polysacharidy (např. karagenany). To z nich činí široce používaný přírodní materiál pro výrobu extraktů pro potraviny a doplňky stravy. Běžně používané druhy řas pro výživové doplňky jsou Arthrospira maxima a (také známý jako spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis a Ulva spp. O řasách je známo, že jsou dobrým zdrojem vysoce kvalitních bílkovin, lipidů, PUFA s dlouhým řetězcem (tj. omega-3), polysacharidů (např. alginátu, karagenanu, β-glukanů), vitamínů a antioxidantů.
Spirulina je běžně používaný typ řas, který je bohatý na vysoce ceněné bioaktivní sloučeniny, jako jsou bílkoviny (s 50-70% suchého wt). Vzhledem k tomu, že Spirulina je schválena FDA (Food Drug Administration of the United States) jako GRAS (obecně uznávaná jako bezpečná), spirulina a spirulina extrakty mohou být použity v komercializovaných potravinách nebo jako doplňky stravy.

Výhody ultrazvukové extrakce řas

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

Plná výtěžnost extrakce

Vysoce výkonné ultrasonicators rozbít řasy buňky otevřené a narušit je tak, že intracelulární materiál je propuštěn. Ultrazvuková extrakce se tím uvolňuje celé spektrum bioaktivních sloučenin, jako jsou fykobiliproteiny, karotenoidy a lipidy a fenoly.
Fykobiliproteiny mohou být rozlišeny do tří hlavních skupin, a to chloro-fykocyaniny, allofykafiny a fycoerythriny. C-Phycocyanin je přírodní modrý pigment, který je široce používán v potravinách a farmaceutických výrobcích. Ultrazvuková extrakce uvolňuje celé spektrum bílkovin.

Vysoká účinnost extrakce

Duangsee et al. (2009) testoval dvě různé metody extrakce (ultrazvukem asistovaná extrakce rozpouštědlem a extrakce opakovaným zmrazením a rozmrazováním) bioaktivních sloučenin z biomasy Arthospira a zjistil, že extrakce ultrazvukovým rozpouštědlem vedla k vyšší účinnosti extrakce (22,1%) než zmrazení a rozmrazování (15,6 %). Buňka prasknutí srovnání mezi použití ultrazvuku a opakované zmrazení a rozmrazování ukazuje, že použití ultrazvuku je účinnější. Ultrazvukové kavitace narušit řasy buňky rychle a efektivně, což má za následek vyšší narušení buněk ve srovnání s buňky spirulina ošetřené opakovaným zmrazením a rozmrazováním.
Sonikace byla účinnější při rozbití buněčné obálky ve srovnání s opakovaným zmrazením a rozmrazováním. Výtěžnost extrakce fykocyaninu ukázala, že teplota zpracování ovlivnila účinnost extrakce.

Rychlý proces extrakce

Vysoce výkonné ultrazvukové systémy mohou aplikovat vysoký ultrazvukový výkon přes vysoké amplitudy do suspenze řas. Díky tomu je ultrazvuková extrakce velmi rychlou metodou zpracování.

regulace teploty

Ultrazvuku je non-tepelné, čistě mechanické extrakční techniky. Teplota extrakce může být přesně řízena pomocí připojitelného teplotního senzoru, který je připojen k digitálnímu hielscherském ultrazvuku. Software Hielscherdigitální chudinské přístroje umožňují nastavit teplotní limity, takže ultrazvukový homogenizátor pozastaví, když je dosaženo teplotního limitu. Přesná regulace teploty umožňuje zabránit tepelné degradaci tepelně citlivých materiálů, jako jsou fykobiliproteiny, vitamíny, polyfenoly, polysacharidy, lipidy a další bioaktivní sloučeniny.

Kompatibilní s různými rozpouštědly

Ultrazvuku je kompatibilní s téměř jakékoliv rozpouštědlo. Ultrazvuková extrakce v kombinaci se zelenými rozpouštědly, jako je voda nebo ethanol, produkují čisté extrakty. Tyto ultrazvukové extrakty mohou být bezpečně začleněny do potravin, protože extrakční rozpouštědla ethanol a voda mají GRAS (obecně považovány za bezpečné) stav.

Reprodukovatelnost a standardizace procesů

Hielscher digitální ultrasonicators přijít s inteligentnísoftware a propracované různých nastavení pro ideální parametry extrakce. Software protokoluje všechny parametry ultrazvukového procesu (např. amplituda, čistý výkon, celkový výkon, teplota, tlak, čas, datum) a zapisuje data ultrazvuku do souboru CSV na vestavěné SD-kartě. To vám umožní standardizovat proces extrakce a pozorně sledovat ultrazvukaci a kvalitní výstup. Tyto funkce vám pomohou splnit požadavky na stadandizaci procesů, stejně jako správné výrobní postupy (GMP), které jsou velmi důležité, když jsou extrakty vyráběny pro doplňky stravy, potraviny nebo farmaceutické výrobky.

Ultrazvukový protokol o extrakci fykocyaninu

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

Vernès et al. (2019) použil UIP1000hdT (1000W, 20kHz) ultrasonicator k extrakci proteinů ze spiruliny. Ultrasonicator byl vybaven sonotrodou BS2d34 a ultrazvukovým průtokovým reaktorem (viz obrázek níže pro přesné nastavení ultrazvukové extrakce s průtokovou buňkou a čerpadlem Seepex).

UIP1000hdT – Manothermosonication (MTS) nastavení a naše extrakce bílkovin ze spiruliny v laboratorním měřítku
zdroj: Vernes et al. 2019

Výsledky výzkumu ukazují, že ultrazvukové extrakční podmínky optimalizované pro výnos bílkovin zahrnují mírně zvýšenou teplotu a tlak (tzv manothermosonication MTS). MTS podporuje přenos hmoty a umožňuje získat o 229% více bílkovin (28,42 ± 1,15 g/100 g suchého wt.) než konvenční proces bez ultrazvuku (8,63 ± 1,15 g/100 g suchého wt).
S 28,42 g bílkovin získaných na 100 g suché biomasy spiruliny v extraktu bylo dosaženo rychlosti obnovy bílkovin 50% za pouhých 6 minut v nepřetržitém procesu použití ultrazvuku. Mikroskopické zobrazování ukazuje, že akustická kavitace ovlivňuje vlákna spiruliny různými mechanismy, jako je fragmentace, sonoporace, detexturace. Tyto různé účinky činí extrakci, uvolňování a rozpuštění bioaktivních sloučenin spirulina jednodušší a účinnější, což má za následek vysoký výnos bílkovin vysoké kvality.
Pokud jde o kvalitu ultrazvukem extrahovaných proteinů, aminokyseliny nebyly degradovány ultrazvukovým ošetřením, ale jsou přítomny ve větším množství v případě použití ultrazvuku ve srovnání s konvenční extrakcí.
Při porovnání manotermosoniky 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 pro výrobu vysoce kvalitního extraktu bohatého na proteiny spiruliny. Ultrazvuková extrakce je zelená, ekologická extrakční technika vhodná pro extrakci bílkovin ze spiruliny v laboratorním měřítku, kterou lze snadno škálovat do pilotního a průmyslového měřítka. (srov. Vernès et al. 2019)

Vysoce výkonné ultrazvukové odsávače

Všechny výsledky těžby dosažené v malém měřítku lze lineárně škálovat na větší výrobní kapacity. Hielscher Ultrasonics velké portfolio produktů z laboratoře na průmyslové extrakční systémy má nejvhodnější ultrasonicator pro předpokládané procesní kapacity. Naši dlouho-time zkušený personál vám pomůže od zkoušek proveditelnosti a optimalizace procesů k instalaci vašeho ultrazvukového systému na konečné úrovni výroby.

Hielscher Ultrazvuk – Sofistikované odsávací zařízení

Hielscher Ultrasonics produktové portfolio pokrývá celou řadu vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů od malých až po velké měřítko. Další příslušenství umožňuje snadnou montáž nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro váš proces. Optimální ultrazvukové nastavení závisí na předpokládané kapacitě, objemu, surovině, dávkovém nebo vloženém procesu a časové ose. Robustnost Hielscherova ultrazvukového zařízení umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení 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 různých doplňků, jako jsou:

• sonotrody s různými velikostmi, průměry a tvary
• sonotrody pro vysokou amplitudu 200μm a vyšší
• reaktory s průtokovými buňkami s různými objemy a geometriemi
• četné posilovací rohy pro zvýšení nebo snížení zisky
• kompletní použití ultrazvuku nastavení, jako je SonoStation, které zahrnují ultrazvukový extraktor, nádrž, míchadlo, a čerpadlo
• připojitelné teplotní senzory
• připojitelné tlakové senzory

Náš dobře vyškolený, dlouho zkušený personál vás poradí a doporučí vám nejvhodnější ultrazvukový systém pro vaše požadavky na extrakční proces!

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: