Ultrazvukem vylepšené třífázové rozdělování

• Třífázové rozdělování (TPP) je technika k extrakci, separaci a purifikaci složek, např. lipidů, enzymů, polysacharidů a dalších biomolekul, z biologického materiálu.
• Ultrazvukem asistované třífázové rozdělování předčí konvenční třífázové rozdělování vyšším výtěžkem, zlepšenou čistotou a výjimečnou rychlostí.
• Ultrazvukové třífázové rozdělování je použitelné pro malé i velké objemy a lze je snadno převést do průmyslové výroby.

Ultrazvukové třífázové rozdělování

Třífázové rozdělování

Třífázové rozdělování (TPP) je jednoduchý a účinný jednokrokový proces pro separaci, purifikaci a koncentraci biomolekul, jako jsou enzymy, lipidy, polysacharidy atd., ze složitých směsí.
TPP se provádí postupným přidáním dostatečného množství soli (typicky síranu amonného) a organického rozpouštědla (především t-butanolu/tert-butanolu). Soli, jako je síran amonný, se používají při určitém nasycení k vysrážení proteinu. Organické rozpouštědlo, jako je t-butanol, se přidává za účelem vytvoření tří fázových vrstev a odstranění nízkomolekulárních sloučenin, jako jsou lipidy, fenolické látky a některé detergenty. Jelikož t-butanol má vysoký bod varu, ale je méně hořlavý než ethanol a methanol, t-butanol je preferovaným rozpouštědlem pro TPP.
Po zpracování surového extraktu a dekantaci se směs rozdělí na tři odlišné fáze: horní rozpouštědlová (t-butanolová) fáze obsahuje nepolární sloučeniny, které jsou od spodní vodné fáze (obsahující polární sloučeniny) odděleny mezifázovou proteinovou sraženinou. Požadované proteiny se selektivně rozdělují do jedné fáze a ostatní kontaminující proteiny do druhé fáze. To vede k částečné purifikaci a koncentraci proteinu. Extrakční proces je spojením kosmotropního srážení, vysolování, srážení izotonickým kosolventem a osmolytického srážení proteinů.

Ultrazvukem vylepšené třífázové rozdělování

Sonikace výrazně intenzifikuje proces TPP. Ultrazvukem asistované třífázové rozdělování se úspěšně používá k separaci a purifikaci biomolekul. Široké spektrum biomolekul bylo izolováno účinněji a v kratším čase. Například enzymy z rostlin (např. bromelain, papain, invertáza, polyfenoloxidáza a inhibitory trypsinu), živočichů (např. trypsin, α-chymotrypsin, chymosin, pepsin a luciferáza) a mikroorganismů (např. lipáza, α-amyláza, α-galaktosidáza, serratiopeptidáza, cyklodextringlykosyltransferáza a fibrinolytické enzymy) byly purifikovány pomocí ultrazvukového TPP. Další výhodou ultrazvukového třífázového rozdělování je zvýšená aktivita různých enzymů, která vede ke zdánlivě vyšším výtěžkům (přibližně o 100 %), protože se cílový enzym nebo protein vysráží ve střední vrstvě mezi organickou a vodnou fází.
Ultrazvukové třífázové rozdělování lze účinně používat se surovými vzorky a snadno jej převést do většího měřítka.

Příklady ultrazvukového třífázového rozdělování (US-TPP)

Ultrazvukové TPP pro extrakci astaxanthinu

Pro extrakci astaxanthinu (AX) je kombinované zpracování pomocí TPP a sonikace sonikátorem Hielscher UP400S nejen jednoduchou a snadno použitelnou, ale také velmi účinnou technikou k izolaci AX z bakteriální biomasy Paracoccus NBRC 101723. Provozní proměnné sonikace lze optimalizovat k dosažení optimálních výsledků extrakce. Parametry ultrazvukového zpracování, jako je amplituda, čas, teplota a extrakční nádoba (velikost, tvar), stejně jako velikost částic biomasy, významně ovlivňují ultrazvukové uvolňování AX z biomasy. Sonikace vlhké biomasy poskytuje pro rychlou a účinnou extrakci AX lepší výsledky než ultrazvukové TPP sušené biomasy. Ultrazvukové TPP vede k o 37 % vyšší výtěžnosti AX než konvenční extrakce rozpouštědlem. (srov. Chougle et al. 2013)

Ultrazvukové TPP pro separaci andrografolidu z Andrographis paniculata

Andrografolid je labdanový diterpenoid, který je ceněn pro své vysoké protizánětlivé, antioxidační, hepatoprotektivní, antikarcinogenní a antidiabetické účinky. Srovnávací studie ukazují, že ultrazvukové TPP ve srovnání s konvenčním TPP nejen zvýšilo výtěžek andrografolidu, ale také zlepšuje antioxidační aktivitu.

Vysoce výkonné sonikátory pro třífázové rozdělování

Hielscher Ultrasonics se specializuje na konstrukci a výrobu vysoce výkonných ultrazvukových systémů pro extrakci i mnoho dalších procesů.
Naše produktová řada zahrnuje malé, výkonné laboratorní sonikátory, robustní stolní homogenizátory a průmyslové vysoce výkonné ultrazvukové systémy. Rozmanité příslušenství umožňuje ideální přizpůsobení ultrazvukového systému vašim specifickým procesním požadavkům. Všechny sonikátory Hielscher jsou konstruovány pro provoz 24/7 při plném zatížení.
Naše dlouholeté zkušenosti s ultrazvukovým zpracováním nám umožňují poskytovat našim klientům poradenství od jejich prvních testů s ultrazvukem přes kroky optimalizace procesu až po implementaci v průmyslovém měřítku.
Použijte prosím níže uvedený formulář a sdělte nám informace o vašem procesu! Rádi vám doporučíme a prodiskutujeme s vámi možnosti a přínosy sonikace pro vaši aplikaci.

Literatura/Reference

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound assisted three phase partitioning (UATPP): A novel technique developed for extraction of astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Annual Conference University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Phase partitioning for enzyme separation: An overview and recent applications. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. a kol. (2017): Vylepšená extrakce oleoresinu z prášku oddenku zázvoru (Zingiber officinale) pomocí enzymaticky asistovaného třífázového dělení. Potravinářská chemie 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultrasound synergized with three-phase partitioning for extraction and separation of Corbicula fluminea polysaccharides and possible relevant mechanisms. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.