Ultrazvuková extrakce řas pro doplňky stravy

Ultrazvuková extrakce je vynikající metodou k účinné a rychlé dezintegraci buněk řas. Sonikace dokáže uvolnit kompletní množství bioaktivních látek, díky čemuž je ultrazvuková technika vysoce účinná.

Jak extrahovat proteiny, lipidy a fenolické látky z řas pomocí ultrazvuku

Druhy řas a mikrořas jsou bohaté na biologicky aktivní látky, jako jsou proteiny, lipidy, karotenoidy, pigmenty (např. fykocyaniny, astaxanthin atd.), fenolické látky a polysacharidy (např. karagenany). Díky tomu jsou široce využívaným přírodním materiálem k výrobě extraktů pro potraviny a doplňky stravy. Běžně používanými druhy řas pro doplňky stravy jsou Arthrospira maxima a (známá také jako spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis a Ulva spp. Řasy jsou známé jako dobrý zdroj vysoce kvalitních proteinů, lipidů, dlouhořetězcových PUFA (tj. omega-3), polysacharidů (např. alginátu, karagenanu, β-glukanů), vitaminů a antioxidantů.
Spirulina je běžně používaný typ řasy, který je bohatý na vysoce hodnotné bioaktivní látky, jako jsou proteiny (50–70% suché hmotnosti). Jelikož je spirulina schválena FDA (Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv Spojených států) jako GRAS (obecně uznávaná jako bezpečná), lze spirulinu a extrakty ze spiruliny používat v komerčních potravinách nebo jako doplňky stravy.

Výhody ultrazvukové extrakce řas

Ultrazvuková extrakce předčí alternativní extrakční metody v mnoha ohledech, jako je vysoký výtěžek, spolehlivost, bezpečnost, jednoduchost a šetrnost k životnímu prostředí.

Plný výtěžek extrakce

Vysoce výkonné sonikátory rozbíjejí buňky řas a narušují je tak, aby se uvolnil intracelulární materiál. Ultrazvuková extrakce tím uvolňuje celé spektrum bioaktivních látek, jako jsou fykobiliproteiny, karotenoidy a lipidy a fenolické látky.
Fykobiliproteiny lze rozdělit do tří hlavních skupin, a to chloro-fykocyaniny, allofykocyaniny a fykoerythriny. C-fykocyanin je přírodní modrý pigment, který se široce používá v potravinářských a farmaceutických výrobcích. Ultrazvuková extrakce uvolňuje celé spektrum proteinů.

Vysoká účinnost extrakce

Duangsee et al. (2009) testovali dvě různé metody extrakce bioaktivních látek z biomasy Arthospira (ultrazvukem asistovanou extrakci rozpouštědlem a extrakci opakovaným zmrazováním a rozmrazováním) a zjistili, že ultrazvuková extrakce rozpouštědlem vedla k vyšší účinnosti extrakce (22,1%) než zmrazování a rozmrazování (15,6%). Srovnání rozrušení buněk mezi sonikací a opakovaným zmrazováním a rozmrazováním ukazuje, že sonikace je účinnější. Ultrazvuková kavitace rozrušuje buňky řas rychle a účinně, což vede k vyšší míře dezintegrace buněk ve srovnání s buňkami spiruliny ošetřenými opakovaným zmrazováním a rozmrazováním.
Sonikace byla při rozrušování buněčného obalu účinnější než opakované zmrazování a rozmrazování. Výtěžek extrakce fykocyaninu ukázal, že teplota zpracování ovlivňovala účinnost extrakce.

Rychlý proces extrakce

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

Řízení teploty

Sonikace je netermická, čistě mechanická extrakční technika. Teplotu extrakce lze přesně řídit pomocí připojitelného teplotního čidla, které je propojeno s digitálním sonikátorem Hielscher. Software digitálních sonikátorů Hielscher umožňuje nastavit teplotní limity, takže se ultrazvukový homogenizátor při dosažení teplotního limitu pozastaví. Přesné řízení teploty umožňuje zabránit tepelné degradaci teplotně citlivých materiálů, jako jsou fykobiliproteiny, vitaminy, polyfenoly, polysacharidy, lipidy a další bioaktivní látky.

Kompatibilita s různými rozpouštědly

Sonikace je kompatibilní s téměř jakýmkoli rozpouštědlem. Ultrazvuková extrakce v kombinaci se zelenými rozpouštědly, jako je voda nebo ethanol, poskytuje čisté extrakty. Tyto ultrazvukové extrakty lze bezpečně začlenit do potravin, protože extrakční rozpouštědla ethanol a voda mají status GRAS (obecně uznávané jako bezpečné).

Reprodukovatelnost a standardizace procesu

Digitální sonikátory Hielscher jsou vybaveny inteligentním softwarem a propracovanou škálou nastavení pro ideální parametry extrakce. Software zaznamenává všechny parametry ultrazvukového procesu (např. amplitudu, čistý výkon, celkový výkon, teplotu, tlak, čas, datum) a zapisuje data sonikace do souboru CSV na vestavěnou SD kartu. To vám umožňuje standardizovat proces extrakce a pečlivě sledovat sonikaci i kvalitu výstupu. Tyto funkce vám pomáhají splnit požadavky na standardizaci procesu i na správnou výrobní praxi (GMP), které jsou obě velmi důležité, pokud se extrakty vyrábějí pro doplňky stravy, potraviny nebo farmaceutické výrobky.

Protokol ultrazvukové extrakce fykocyaninu

Mazumder et al. (2017) zkoumali optimální parametry zpracování pro ultrazvukovou extrakci fykocyaninu a fenolických látek z Arthospira platensis. Maximálního výtěžku fykocyaninu (29,9 mg/g) a celkových fenolických látek (2,4 mg/g) bylo dosaženo při koncentraci ethanolu 40%, teplotě extrakce 34,9°C s použitím sonikátoru UP50H (50 wattů, 30kHz) při amplitudě 95% a době extrakce 104,7 s.

Vernès et al. (2019) použili k extrakci proteinů ze spiruliny sonikátor UIP1000hdT (1000W, 20kHz). Sonikátor byl vybaven sonotrodou BS2d34 a ultrazvukovým průtokovým reaktorem (přesnou sestavu pro ultrazvukovou extrakci s průtokovou celou a čerpadlem Seepex viz obrázek níže).

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

Výsledky výzkumu ukazují, že podmínky ultrazvukové extrakce optimalizované na výtěžek proteinů zahrnují mírně zvýšenou teplotu a tlak (tzv. manotermosonikace MTS). MTS podporuje přenos hmoty a umožňuje získat o 229% více proteinů (28,42 ± 1,15 g/100 g suché hmotnosti) než konvenční proces bez ultrazvuku (8,63 ± 1,15 g/100 g suché hmotnosti).
Při 28,42 g proteinů získaných v extraktu na 100 g suché biomasy spiruliny bylo v kontinuálním procesu sonikace dosaženo výtěžnosti proteinů 50% za pouhých 6 minut. Mikroskopické snímky ukazují, že akustická kavitace působí na vlákna spiruliny různými mechanismy, jako je fragmentace, sonoporace a detexturace. Tyto různé účinky usnadňují a zefektivňují extrakci, uvolňování a solubilizaci bioaktivních látek spiruliny, což vede k vysokému výtěžku proteinů vysoké kvality.
Pokud jde o kvalitu ultrazvukem extrahovaných proteinů, aminokyseliny nebyly ultrazvukovým ošetřením degradovány, ale v případě sonikace jsou přítomny ve větším množství než při konvenční extrakci.
Při srovnání manotermosonikace a ultrazvukové extrakce bez zvýšeného tlaku a teploty je rozdíl ve výtěžku a účinnosti extrakce jen minimální. Proto je samotný ultrazvuk považován za nejekonomičtější a nejjednodušší techniku k výrobě vysoce kvalitního extraktu bohatého na proteiny spiruliny. Ultrazvuková extrakce je zelená, ekologická extrakční technika vhodná pro extrakci proteinů ze spiruliny v laboratorním měřítku, kterou lze snadno převést do poloprovozního a průmyslového měřítka. (srov. Vernès et al. 2019)

Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory

Všechny výsledky extrakce dosažené v malém měřítku lze lineárně převést na větší výrobní kapacity. Rozsáhlé produktové portfolio Hielscher Ultrasonics od laboratorních až po průmyslové extrakční systémy obsahuje nejvhodnější sonikátor pro vámi plánovanou procesní kapacitu. Naši dlouholetí zkušení pracovníci vám pomohou od testů proveditelnosti a optimalizace procesu až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na konečné výrobní úrovni.

Hielscher Ultrasonics – sofistikované extrakční vybavení

Produktové portfolio Hielscher Ultrasonics pokrývá celou škálu vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů od malého po velké měřítko. Doplňkové příslušenství umožňuje snadné sestavení nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro váš proces. Optimální ultrazvuková sestava závisí na plánované kapacitě, objemu, surovině, vsádkovém nebo inline procesu a časovém harmonogramu. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích. Lineární škálovatelnost procesů ultrazvukové extrakce umožňuje jednoduché a spolehlivé zvýšení výroby. Přečtěte si více o lineárním zvětšování měřítka procesů ultrazvukové extrakce!

Vyberte si z různého příslušenství, například:

• sonotrody různých velikostí, průměrů a tvarů
• sonotrody pro vysoké amplitudy 200µm a vyšší
• reaktory s průtokovou celou různých objemů a geometrií
• četné boostery pro zvýšení nebo snížení zesílení
• kompletní sestavy pro sonikaci, jako je SonoStation, které zahrnují ultrazvukový extraktor, nádrž, míchadlo a čerpadlo
• připojitelná teplotní čidla
• připojitelná tlaková čidla

Naši dobře vyškolení a dlouholetí zkušení pracovníci vám poradí a doporučí nejvhodnější ultrazvukový systém pro požadavky vašeho extrakčního procesu!

Níže uvedená tabulka vám poskytne představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů: