Ultrazvuková extrakce astaxanthinu pro vyšší výnosy
- Astaxanthin je vysoce účinný antioxidant používaný ve farmacii a doplňcích výživy.
- Aby bylo možné vyrábět vysoce kvalitní astaxanthin z přírodních zdrojů, jako jsou řasy, je nutná vysoce výkonná extrakční technika.
- Ultrazvuková extrakce je mechanické ošetření, které poskytuje vysoké výnosy astaxanthinu ve velmi krátké době extrakce.
Vysoce výkonné sonikátory pro vysoce kvalitní extrakty astaxanthinu
Ultrazvuková extrakce je vysoce výkonná extrakční technika, která využívá intenzivní ultrazvukové vlny k extrakci astaxanthinu z přírodních zdrojů, jako jsou mikrořasy, kril nebo korýši. Astaxanthin je přirozeně se vyskytující karotenoidní pigment známý svými silnými antioxidačními vlastnostmi a různými zdravotními přínosy. Běžně se používá jako doplněk stravy a potravinářské barvivo. Naučte se, jak sonikace pomáhá zlepšit váš proces extrakce astaxanthinu!
MultiSonoReactor pro lepší extrakci astaxanthinu pomocí vysoce výkonného ultrazvuku
Ultrazvuková extrakce astaxanthinu z mikrořas
Astaxanthin pro doplňky stravy, které konzumují lidé a zvířata pro jejich zdravotní přínosy, astaxanthin se získává z mořských plodů nebo se extrahuje z řas H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelená mikrořasa, která produkuje vysoký obsah astaxanthinu při působení stresových podmínek, např. vysoké salinity, nedostatku dusíku, vysoké teploty a světla. S až 9,2 mg/g astaxanthinu na buňku řasy (= až 3,8 % sušiny H. pluvialis) hromadí Haematococcus pluvialis velmi vysoký obsah přírodního astaxanthinu, a proto je preferovaným organismem pro produkci astaxanthinu.
Aby se astaxanthin uvolnil ze zelených mikrořas, musí být buňky řas narušeny. Ultrazvuku je dobře zaveden pro účely narušení buněk, lýzy a izolace bioaktivních sloučenin auch jako lipidy, antioxidanty, polyfenoly a přírodní pigmenty. Vysoce výkonný ultrazvuk vytváří čistě mechanické síly, které narušují buněčné stěny smykovými silami a způsobují uvolňování bioaktivních látek, jako je astaxanthin.
Ultrazvuková extrakce astaxanthinu z kvasinek
Phaffia rhodozyma je kvasinka bohatá na astaxanthin. Silná buněčná stěna P. rhodozyma, která se skládá hlavně z glukanu a je zodpovědná za tuhost buněk, však činí narušení buněk a izolaci astaxanthinu náročným úkolem. Výzkumníci (Gogate et al. 2015) zjistili, že ultrazvuková extrakce v kombinaci s kyselinou mléčnou zintenzivňuje narušení buněk a činí extrakci astaxanthinu z P. rhodozyma ekologičtějším procesem, který je šetrnější k životnímu prostředí. Jako médium pro disrupci použili kyselinu mléčnou a jako rozpouštědlo pro extrakci ethanol. Maximální výtěžek astaxanthinu (90 %) byl dosažen při ultrazvukem asistované extrakci založené na použití 3 M kyseliny mléčné, doba narušení 15 min. Výkonné ultrazvukové extraktory jako UIP4000hd (4kW, viz obr. vlevo) v kombinaci s tlakovým průtokovým reaktorem umožňují generování velmi intenzivní kavitace. Kavitační smykové síly narušují buněčné stěny kvasinek a podporují přenos hmoty mezi vnitřkem buňky a rozpouštědlem.
- Vynikající výnos
- Vysokorychlostní odsávání – během několika minut
- Vysoce kvalitní extrakty – Mírný, netepelný
- Zelená rozpouštědla (např. voda/etanol)
- Rentabilní
- Snadná a bezpečná obsluha
- Nízké investiční a provozní náklady
- Provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném režimu
- Ekologická, ekologická metoda
Ultrazvuková extrakce astaxanthinu – v dávkovém nebo kontinuálním režimu průtoku
Astaxanthin je lipofilní sloučenina a může být rozpuštěn v rozpouštědlech (např. 48,0% ethanol v ethylacetátu) a olejích (např. olej ze sójových bobů).
Várka: Ultrazvukové extrakční procesy mohou být provozovány jako jednoduché dávkové procesy nebo jako inline zpracování, kde je médium kontinuálně přiváděno ultrazvukovým průtokovým reaktorem.
Dávkové zpracování je jednoduchý postup, kdy se extrakce provádí po šaržích. Hielscher Ultrasonics nabízí ultrazvukové procesory pro malé až velké šarže, tj. 1L až 120L.
Pro zpracování šarží 5 až 10 l doporučujeme UP400St s sonotrodou S24d22L2D (viz obr. vlevo).
Pro zpracování šarží cca. 120 l doporučujeme Sonikátor UIP2000hdT se sonotrodou RS4d40L4.
Průtok: Pro větší objemy a komerční extrakci v plném rozsahu je kontinuální proud kapaliny přiváděn ultrazvukovým reaktorem, kde je rozpouštědlová / botanická suspenze intenzivně sonikována.
Pro objem cca 8 l/min. doporučujeme UIP4000hdT se sonotrodou RS4d40L3 a tlakovou průtočnou buňkou FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2 kW) pro velkoobjemové odsávání
Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro extrakci
Hielscher Ultrasonics se specializuje na výrobu vysoce výkonných sonikátorů pro výrobu vysoce kvalitních extraktů z rostlin, kvasinek a buněk. Široké portfolio produktů Hielscher Ultrasonics sahá od malých, výkonných laboratorních ultrasonicators až po robustní stolní a plně průmyslové systémy, které dodávají ultrazvuk s vysokou intenzitou pro účinnou extrakci a izolaci bioaktivních složek, jako je astaxanthin, kvercetin, kofein, kurkumin, terpeny atd. Všechny digitální sonikátory od 200 W do 16 000 W jsou vybaveny intuitivním menu s programovatelným nastavením, barevným dotykovým displejem pro pohodlné ovládání, integrovanou SD kartou pro automatické nahrávání dat, dálkovým ovládáním prohlížeče a mnoha dalšími uživatelsky přívětivými funkcemi. Sonotrody a průtočné cely (části, které jsou v kontaktu s médiem) lze autoklávovat a snadno se čistí. Všechny naše ultrasonicators jsou konstruovány pro provoz 24/7, vyžadují nízkou údržbu a jejich provoz je snadný a bezpečný.
Digitální barevný displej umožňuje uživatelsky přívětivé ovládání ultrazvukového zařízení. Naše systémy jsou schopny dodávat od nízkých až po velmi vysoké amplitudy. Pro extrakci chemických sloučenin, jako je astaxanthin, nabízíme speciální ultrazvukové sonotrody (známé také jako ultrazvukové sondy nebo rohy), které jsou optimalizovány pro citlivou izolaci vysoce kvalitních účinných látek. Hielscher nabízí speciální sonotrody pro vysoké amplitudy v kombinaci s tlakovými průtokovými buňkami, které jsou schopny generovat extrémní kavitační smykové síly, které narušují i velmi robustní kvasinkové buňky. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Přesné řízení ultrazvukových procesních parametrů zajišťuje reprodukovatelnost a standardizaci procesu. Hielscher průmyslové, automatizované ultrazvukové extrakční systémy jsou navrženy pro vysoké výrobní kapacity vysoce kvalitních extraktů a zároveň snižují práci, náklady a energii.
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Literatura/Odkazy
- 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.
Fakta, která stojí za to vědět
sono-extrakce
Ultrazvuková extrakce nebo sonoextrakce je založena na principu akustické kavitace.
Při aplikaci intenzivních ultrazvukových vln na kapalné systémy dochází k akustické kavitaci, což je jev vzniku, růstu a případného kolapsu vakuových bublin (viz obr. níže). Během šíření ultrazvukových vln vakuové bubliny kmitají a rostou, dokud nedosáhnou bodu, kdy nemohou absorbovat více energie. Na vrcholu růstu bublin se prudce zhroutí, což způsobí lokálně tepelné, mechanické a chemické účinky. Mezi mechanické účinky patří vysoké tlaky až 1000 atm, turbulence a intenzivní smykové síly. Tyto síly narušují buněčné stěny a podporují přenos hmoty mezi vnitřkem buňky a rozpouštědlem uvolňujícím bioaktivní sloučeniny do okolní kapaliny (tj. rozpouštědla).
Akustická kavitace, generovaná ultrazvukem s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí, vytváří intenzivní smykové síly a lokálně se vyskytující vysoké tlakové a teplotní rozdíly, které poskytují nezbytný dopad na narušení buněk, intenzivní míchání a přenos hmoty. Tyto ultrazvukové smykové síly jsou úspěšně aplikovány pro extrakci konopí.
Ultrazvuková extrakce sloučenin z rostlin a buněčné tkáně byla dobře prozkoumána. Aplikace vysoce intenzivních ultrazvukových vln významně podporuje extrakční procesy. Kromě intenzifikace procesu – což má za následek vyšší výnosy a kratší dobu extrakce – Tepelná degradace a ztráta složek citlivých na teplotu je zabráněna, protože sonikace je netepelné zpracování. Kromě toho má ultrazvuková extrakce nízké investiční a provozní náklady, snižuje použití rozpouštědel a/nebo umožňuje použití ekologičtějších rozpouštědel, což z ní činí ekonomickou a ekologickou extrakční techniku. Ultrazvukem asistovaná extrakce (SAE), která překonává konvenční extrakční metody, byla převzata z potravinářského průmyslu k výrobě bioaktivních sloučenin s ekonomickými zisky.
Silné ultrazvukové vlny narušují buněčnou matrici biologických struktur a uvolňují bioaktivní sloučeniny. Přenos hmoty mezi rostlinným materiálem a rozpouštědlem se zintenzivňuje. Díky těmto mechanismům je ultrazvuková extrakce vysoce účinná pro extrakci konopí.
astaxanthin
Astaxanthin se vyznačuje sytě červenou barvou. Jedná se o pigment rozpustný v tucích, který se nachází v řasách (např. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvasinkách (např. Phaffia rhodozyma), lososu, pstruhu, krilu, krevetách a rakech. Astaxanthin je považován za superantioxidant, protože jeho antioxidační účinnost je desetkrát až dvacetkrát silnější než u mnoha jiných karotenoidů, jako je beta-karoten, lutein a zeaxantin, a stokrát silnější než alfa-tokoferol (vitamín E).
Astaxanthin (3,3′-dihydroxy-β, β'-karoten-4,4′-dion) je keto-karotenoid a patří do větší třídy chemických sloučenin známých jako terpeny (jako tetraterpenoid), které se skládají z pěti prekurzorů uhlíku, isopentenyldifosfátu a dimethylallyldifosfátu. Astaxanthin je klasifikován jako typ karotenoidních sloučenin se složkami obsahujícími kyslík, jmenovitě hydroxylem (-OH) nebo ketonem (C=O), jako je zeaxantin a kanthaxanthin. Astaxanthin je metabolit zeaxantinu a/nebo kanthaxanthinu, který obsahuje jak hydroxylové, tak ketonové funkční skupiny. Stejně jako mnoho karotenoidů je astaxanthin pigment rozpustný v tucích a vyznačuje se červenou barvou. Karotenoidy včetně astaxanthinu jsou dobře známé pro svou antioxidační schopnost.
Astaxanthin je červený pigment a přirozeně pochází z mikrořas dešťové vody (Haematococcus pluvialis) a kvasinek zvaných Xanthophyllomyces dendrorhous (také známý jako Phaffia rhodozyma). Řasy jsou vystaveny stresu prostřednictvím jednoho nebo kombinace podmínek, od nedostatku živin, zvýšené slanosti a nadměrného slunečního záření, aby vytvořily astaxanthin. Druhy, které konzumují tyto stresované sladkovodní mikrořasy, jako je losos, pstruh červený, pražma červená, plameňák, korýši (např. krevety, krill, krab, humr, raci), odrážejí pigmentaci červeno-oranžových odstínů ve svém vzhledu.
Jako doplněk stravy se astaxanthin podává pro své zdraví prospěšné a nemocné účinky. Astaxanthin je dobře zavedený nutraceutikum, které se podává ke zlepšení zdraví pokožky (např. redukce vrásek, poškození spálením sluncem atd.).
Kromě toho se astaxanthinu dostává stále větší pozornosti pro jeho použití k léčbě Alzheimerovy choroby, Parkinsonovy choroby, kardiovaskulárních onemocnění, vysokého cholesterolu, onemocnění jater, věkem podmíněné makulární degenerace a prevence rakoviny.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.