Ultrazvuková extrakce astaxantinu pro vyšší výtěžky
- Astaxantin je vysoce účinný antioxidant používaný ve farmaceutických přípravcích a doplňcích stravy.
- Pro výrobu vysoce kvalitního astaxantinu z přírodních zdrojů, jako jsou řasy, je zapotřebí vysoce výkonná extrakční technika.
- Ultrazvuková extrakce je mechanické ošetření, které poskytuje vysoké výtěžky astaxantinu za velmi krátkou dobu extrakce.
Vysoce výkonné sonikátory pro vysoce kvalitní extrakty astaxantinu
Ultrazvuková extrakce je vysoce výkonná extrakční technika, která využívá intenzivní ultrazvukové vlny k extrakci astaxantinu z přírodních zdrojů, jako jsou mikrořasy, kril nebo korýši. Astaxantin je přirozeně se vyskytující karotenoidní pigment známý svými silnými antioxidačními vlastnostmi a řadou zdravotních přínosů. Běžně se používá jako doplněk stravy a potravinářské barvivo. Zjistěte, jak sonikace pomáhá zlepšit Váš proces extrakce astaxantinu!
MultiSonoReactor pro zlepšenou extrakci astaxantinu pomocí vysoce výkonného ultrazvuku
Ultrazvuková extrakce astaxantinu z mikrořas
Astaxantin pro doplňky stravy, které lidé i zvířata konzumují kvůli jejich zdravotním přínosům, se získává z mořských plodů nebo se extrahuje z řasy H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelená mikrořasa, která produkuje vysoký obsah astaxantinu, jsou-li uplatněny stresové podmínky, např. vysoká salinita, nedostatek dusíku, vysoká teplota a světlo. S obsahem až 9,2mg/g astaxantinu na buňku řasy (= až 3,8% hmotnosti sušiny H. pluvialis) akumuluje Haematococcus pluvialis velmi vysoký obsah přírodního astaxantinu, a je proto preferovaným organismem pro výrobu astaxantinu.
Aby se astaxantin ze zelených mikrořas uvolnil, musí být buňky řas dezintegrovány. Sonikace je dobře zavedenou metodou pro dezintegraci buněk, lyzi a izolaci bioaktivních sloučenin, jako jsou lipidy, antioxidanty, polyfenoly a přírodní pigmenty. Vysoce výkonný ultrazvuk vytváří čistě mechanické síly, které smykovými silami narušují buněčné stěny a způsobují uvolňování bioaktivních látek, jako je astaxantin.
Ultrazvuková extrakce astaxantinu z kvasinek
Phaffia rhodozyma je kvasinka bohatá na astaxantin. Silná buněčná stěna P. rhodozyma, která je tvořena převážně glukanem a odpovídá za rigiditu buňky, však činí z dezintegrace buněk a izolace astaxantinu náročný úkol. Výzkumníci (Gogate et al. 2015) zjistili, že ultrazvuková extrakce v kombinaci s kyselinou mléčnou intenzifikuje dezintegraci buněk a činí extrakci astaxantinu z P. rhodozyma zelenějším procesem, šetrnějším k životnímu prostředí. Jako médium pro dezintegraci použili kyselinu mléčnou a jako rozpouštědlo pro extrakci ethanol. Maximálního výtěžku astaxantinu (90%) bylo dosaženo u postupu extrakce asistované ultrazvukem založeného na použití 3 M kyseliny mléčné při době dezintegrace 15 min. Výkonné ultrazvukové extraktory, jako je UIP4000hd (4kW, viz obr. vlevo), v kombinaci s natlakovatelným průtokovým reaktorem umožňují generování velmi intenzivní kavitace. Kavitační smykové síly narušují stěny kvasinkových buněk a podporují přenos hmoty mezi vnitřkem buňky a rozpouštědlem.
- Vynikající výtěžek
- Vysokorychlostní extrakce – během několika minut
- Vysoce kvalitní extrakty – šetrné, netermické
- Zelená rozpouštědla (např. voda/ethanol)
- Nákladově efektivní
- Snadný a bezpečný provoz
- Nízké investiční a provozní náklady
- Provoz 24/7 při vysokém zatížení
- Zelená, ekologická metoda
Ultrazvuková extrakce astaxantinu – v dávkovém nebo kontinuálním průtokovém režimu
Astaxantin je lipofilní sloučenina a lze jej rozpustit v rozpouštědlech (např. 48,0% ethanolu v ethylacetátu) a olejích (např. sójovém oleji).
Dávkový režim: Procesy ultrazvukové extrakce lze provozovat jako jednoduché dávkové procesy nebo jako inline zpracování, při kterém je médium kontinuálně přiváděno ultrazvukovým průtokovým reaktorem.
Dávkové zpracování je jednoduchý postup, při kterém se extrakce provádí šarži po šarži. Hielscher Ultrasonics nabízí ultrazvukové procesory pro malé až velké dávky, tj. 1L až 120L.
Pro zpracování dávek o objemu 5 až 10L doporučujeme UP400ST se sonotrodou S24d22L2D (viz obr. vlevo).
Pro zpracování dávek o objemu cca 120L doporučujeme sonikátor UIP2000hdT se sonotrodou RS4d40L4.
Průtokový režim: Pro větší objemy a komerční extrakci v plném provozním měřítku je kontinuální proud kapaliny přiváděn ultrazvukovým reaktorem, kde je suspenze rozpouštědla a rostlinného materiálu intenzivně sonikována.
Pro objem cca 8L/min. doporučujeme UIP4000hdT se sonotrodou RS4d40L3 a natlakovatelnou průtokovou celou FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) pro dávkovou extrakci ve velkém měřítku
Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro extrakci
Hielscher Ultrasonics se specializuje na výrobu vysoce výkonných sonikátorů pro produkci vysoce kvalitních extraktů z rostlin, kvasinek a buněk. Široké produktové portfolio Hielscher Ultrasonics sahá od malých, výkonných laboratorních ultrazvukových přístrojů po robustní stolní a plně průmyslové systémy, které dodávají ultrazvuk vysoké intenzity pro účinnou extrakci a izolaci bioaktivních složek, jako jsou astaxantin, kvercetin, kofein, kurkumin, terpeny atd. Všechny digitální sonikátory od 200W do 16 000W disponují intuitivním menu s programovatelným nastavením, barevným dotykovým displejem pro pohodlné ovládání, integrovanou SD kartou pro automatický záznam dat, vzdáleným ovládáním přes prohlížeč a mnoha dalšími uživatelsky přívětivými funkcemi. Sonotrody a průtokové cely (části, které jsou v kontaktu s médiem) lze autoklávovat a snadno se čistí. Všechny naše ultrazvukové přístroje jsou konstruovány pro provoz 24/7, vyžadují nízkou údržbu a jejich obsluha je snadná a bezpečná.
Digitální barevný displej umožňuje uživatelsky přívětivé ovládání ultrazvukového zařízení. Naše systémy jsou schopny dodávat nízké až velmi vysoké amplitudy. Pro extrakci chemických sloučenin, jako je astaxantin, nabízíme speciální ultrazvukové sonotrody (známé také jako ultrazvukové sondy nebo anglicky horns), které jsou optimalizovány pro šetrnou izolaci vysoce kvalitních účinných látek. Hielscher nabízí speciální sonotrody pro vysoké amplitudy v kombinaci s natlakovatelnými průtokovými celami, které jsou schopny generovat extrémní kavitační smykové síly, jež dezintegrují i velmi odolné kvasinkové buňky. Robustnost ultrazvukových zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Přesné řízení parametrů ultrazvukového procesu zajišťuje reprodukovatelnost a standardizaci procesu. Automatizované ultrazvukové extrakční systémy Hielscher v průmyslovém měřítku jsou navrženy pro vysoké výrobní kapacity extraktů vynikající kvality a zároveň snižují pracnost, náklady a spotřebu energie.
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Literatura/Reference
- 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 znát
Sono-extrakce
Ultrazvuková extrakce neboli sono-extrakce je založena na principu akustické kavitace.
Působí-li intenzivní ultrazvukové vlny na kapalné systémy, dochází k akustické kavitaci, což je jev vzniku, růstu a konečného kolapsu vakuových bublin (viz obr. níže). Během šíření ultrazvukových vln vakuové bubliny oscilují a rostou, dokud nedosáhnou bodu, kdy již nemohou absorbovat další energii. Na vrcholu svého růstu bubliny prudce kolabují, což lokálně vyvolává tepelné, mechanické a chemické účinky. Mechanické účinky zahrnují vysoké tlaky až 1000atm, turbulence a intenzivní smykové síly. Tyto síly narušují buněčné stěny a podporují přenos hmoty mezi vnitřkem buňky a rozpouštědlem, čímž se bioaktivní sloučeniny uvolňují do okolní kapaliny (tj. rozpouštědla).
Akustická kavitace, generovaná ultrazvukem vysoké intenzity a nízké frekvence, vytváří intenzivní smykové síly a lokálně se vyskytující vysoké tlakové a teplotní rozdíly, které poskytují potřebný účinek pro dezintegraci buněk, intenzivní míchání a přenos hmoty. Tyto ultrazvukové smykové síly se úspěšně uplatňují při extrakci konopí.
Ultrazvuková extrakce sloučenin z rostlinných materiálů a buněčných tkání byla důkladně prozkoumána. Aplikace vysoce intenzivních ultrazvukových vln výrazně podporuje extrakční procesy. Kromě intenzifikace procesu – která vede k vyšším výtěžkům a kratší době extrakce – se zabraňuje tepelné degradaci a ztrátě teplotně citlivých složek, protože sonikace je netermické ošetření. Ultrazvuková extrakce má navíc nízké investiční a provozní náklady, snižuje spotřebu rozpouštědel a/nebo umožňuje použití zelenějších rozpouštědel, což z ní činí ekonomickou a ekologickou extrakční techniku. Jelikož překonává konvenční extrakční metody, byla extrakce asistovaná ultrazvukem (UAE) převzata z potravinářského průmyslu k výrobě bioaktivních sloučenin s ekonomickými přínosy.
Výkonné ultrazvukové vlny narušují buněčnou matrici biologických struktur a uvolňují bioaktivní sloučeniny. Přenos hmoty mezi rostlinným materiálem a rozpouštědlem se intenzifikuje. Díky těmto mechanismům je ultrazvuková extrakce vysoce účinná pro extrakci konopí.
Astaxantin
Astaxantin se vyznačuje sytě červenou barvou. Je to pigment rozpustný v tucích, který se vyskytuje v řasách (např. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvasinkách (např. Phaffia rhodozyma), lososech, pstruzích, krilu, krevetách a racích. Astaxantin je považován za superantioxidant, protože jeho antioxidační účinnost je deset až dvacetkrát silnější než u mnoha jiných karotenoidů, jako jsou beta-karoten, lutein a zeaxantin, a stokrát silnější než u alfa-tokoferolu (vitaminu E).
Astaxantin (3,3′-dihydroxy-β, β′-karoten-4,4′-dion) je ketokarotenoid a patří do širší třídy chemických sloučenin známých jako terpeny (jako tetraterpenoid), které jsou složeny z pětiuhlíkatých prekurzorů, isopentenyldifosfátu a dimethylallyldifosfátu. Astaxantin je klasifikován jako typ karotenoidních sloučenin s kyslíkatými složkami, konkrétně hydroxylovou (-OH) nebo ketonovou (C=O) skupinou, podobně jako zeaxantin a kanthaxantin. Astaxantin je metabolitem zeaxantinu a/nebo kanthaxantinu a obsahuje hydroxylové i ketonové funkční skupiny. Stejně jako mnoho karotenoidů je astaxantin pigment rozpustný v lipidech a vyznačuje se červenou barvou. Karotenoidy včetně astaxantinu jsou dobře známé svou antioxidační kapacitou.
Astaxantin je červený pigment, který přirozeně pochází z mikrořasy dešťové vody (Haematococcus pluvialis) a z kvasinky zvané Xanthophyllomyces dendrorhous (známé také jako Phaffia rhodozyma). Řasa je za účelem tvorby astaxantinu vystavena stresu prostřednictvím jedné podmínky nebo jejich kombinace, od nedostatku živin přes zvýšenou salinitu až po nadměrné sluneční záření. Druhy, které tyto stresované sladkovodní mikrořasy konzumují, jako jsou losos, červený pstruh, pagr červený, plameňák a korýši (např. krevety, kril, krabi, humři, raci), tuto pigmentaci odrážejí červenooranžovými odstíny svého vzhledu.
Jako doplněk stravy se astaxantin podává pro své zdraví prospěšné a léčebné účinky. Astaxantin je dobře zavedený nutraceutický prostředek podávaný ke zlepšení zdraví pokožky (např. ke snížení vrásek, poškození spálením sluncem atd.).
Kromě toho se astaxantinu dostává rostoucí pozornosti pro jeho využití při léčbě Alzheimerovy choroby, Parkinsonovy choroby, kardiovaskulárních onemocnění, vysokého cholesterolu, onemocnění jater, věkem podmíněné makulární degenerace a v prevenci rakoviny.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní po průmyslovou velikost.