Ultrazvuku ke zlepšení narušení a extrakce buněk řas

Řasy, makro- a mikrořasy, obsahují mnoho cenných sloučenin, které se používají jako výživné potraviny, potravinářské přídatné látky nebo jako palivo nebo palivová surovina. K uvolnění cílových látek z buňky řas je nutná účinná a účinná technika narušení buněk. Ultrazvukové extraktory jsou vysoce účinné a spolehlivé, pokud jde o extrakci bioaktivních sloučenin z botanických, řas a hub. K dispozici v laboratorním, stolním a průmyslovém měřítku, Hielscher ultrazvukové extraktory jsou usazeny ve výrobě extraktů z buněk ve výrobě potravin, farmacie a biopaliv.

Řasy jako cenný zdroj výživy a paliva

Buňky řas jsou všestranným zdrojem bioaktivních a energeticky bohatých sloučenin, jako jsou bílkoviny, sacharidy, lipidy a další bioaktivní látky, stejně jako alkany. Díky tomu jsou řasy zdrojem potravin a nutričních sloučenin, stejně jako paliv.
Mikroalgy jsou ceněný zdroj lipidů, které se používají pro výživu a jako vstupní surovina pro biopaliva (např. bionafta). Kmeny mořské fytoplanktonové Dicraterie, jako je rotunda Dicrateria, jsou známé jako řasy produkující benzin, které mohou syntetizovat řadu nasycených uhlovodíků (n-alkany) z C10H22 do C38H78, které jsou kategorizovány jako benzin (C10–C15), naftové oleje (C16–C20) a topné oleje (C21–C38).
Vzhledem k jejich nutriční hodnotě se řasy používají jako "funkční potraviny" nebo "nutraceuticals". Mezi důležité mikroživoty extrahované z řas patří karotenoidy astaxanthin, fucoxanthin a zeaxantin, fucoidan, laminari a další glukany mezi mnoha dalšími bioaktivními látkami, které se používají jako výživové doplňky a pharmceutiky. Karagenan, alginát a další hydrokoloidy se používají jako potravinářské přídatné látky. Řasy lipidy se používají jako veganský zdroj omega-3 a také se používají jako palivo nebo jako vstupní surovina pro výrobu bionafty.

Ultrasonic extractor with stainless steel reactor for the sommerical extraction of lipids, proteins and bioactive compounds from algal specien such as microalgae, macroalgae, phytoplankton and seaweed.

Ultrazvukový extraktor UIP2000hdT s reaktorem z nerezové oceli pro komerční extrakci lipidů, bílkovin a antioxidantů z řas.

Žádost o informace





Narušení buněk řas a extrakce pomocí power ultrazvuku

Ultrazvukové extraktory nebo jednoduše ultrasonicators se používají k extrakci cenných sloučenin z malých vzorků v laboratoři, stejně jako pro výrobu ve velkém komerčním měřítku.
Buňky řas jsou chráněny komplexními buněčnými nástěnnými matricemi, které se skládají z lipidů, celulózy, bílkovin, glykoproteinů a polysacharidů. Základna většiny buněčných stěn řas je postavena z mikrofibrilární sítě v gelové proteinové matrici; některé mikrořasy jsou však vybaveny anorganickou tuhou stěnou složenou z opalinových křemenných frustulů nebo uhličitanu vápenatého. Pro získání bioaktivních sloučenin z biomasy řas je nutná účinná technika narušení buněk. Kromě technologických extrakčních faktorů (tj. extrakční metody a zařízení) je účinnost narušení a extrakce buněk řas také silně ovlivněna různými faktory závislými na řasách, jako je složení buněčné stěny, umístění požadované biomolekuly v mikroalgových buňkách a růstový stupeň mikroalgátů během sklizně.

Jak funguje ultrazvukové narušení a extrakce buněk řas?

A variety of microscopic unicellular and colonial freshwater algae, which can be disrupted by ultrasonication in order to extract valuable bioactive compounds such as proteins, lipids, polysaccharides and antioxidants. Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic extractors for commercial algae extraction.Když jsou ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou spojeny ultrazvukovou sondou (také známou jako ultrazvukový roh nebo sonotroda) do kapaliny nebo kejdy, zvukové vlny cestují kapalinou a vytvářejí tak střídavé vysokotlaké / nízkotlaké cykly. Během těchto vysokotlaké / nízkotlaké cykly dochází k minutovým vakuovým bublinám nebo dutinám. Kavitační bubliny se vyskytují, když místní tlak klesne během nízkotlaké cykly dostatečně hluboko pod nasycený tlak par, což je hodnota dáná pevností kapaliny v tahu při určité teplotě. Ty, které rostou v několika cyklech. Když tyto vakuové bubliny dosáhnou velikosti, kde nemohou absorbovat více energie, bublina prudce imploduje během vysokotlaké cykly. Imploze kavitačních bublin je násilný, energeticky hustý proces, který vytváří intenzivní rázové vlny, turbulence a mikro-trysky v kapalině. Navíc jsou vytvořeny lokalizované velmi vysoké tlaky a velmi vysoké teploty. Tyto extrémní podmínky jsou snadno schopny narušit buněčné stěny a membrány a účinně, účinně a rychle uvolňují intracelulární sloučeniny. Intracelulární sloučeniny, jako jsou bílkoviny, polysacharidy, lipidy, vitamíny, minerály a antioxidanty, mohou tím účinně extrahovat pomocí výkonu ultrazvuku.

Ultrasonic extractor UP400ST for small to mide-size algae disruption and extraction

The ultrasonicator UP400St je ideální pro narušování a extrakci bioaktivních sloučenin z řas v menších šaržích (cca 8-10l)

Ultrazvuková kavitace pro narušení a extrakci buněk

UP400St with stirrer for cell disintegration, disruption and extractionPři vystavení intenzivní ultrazvukové energii je narušena stěna nebo membrána jakéhokoli druhu buňky (včetně botanické, savčí, řasové, plísňové, bakteriální atd.) a buňka je roztrhána na menší fragmenty mechanickými silami energeticky husté ultrazvukové kavitace. Když je buněčná stěna rozbita, buněčné metabolity, jako je bílkovina, lipid, nukleová kyselina a chlorofyl, se uvolňují z matrice buněčné stěny i z vnitřku buňky a přenášejí se do okolního kultivačního média nebo rozpouštědla.
Výše popsaný mechanismus ultrazvukové / akustické kavitace vážně narušuje celé řasové buňky nebo plynové a kapalné vakuoly v buňkách. Ultrazvuková kavitace, vibrace, turbulence a mikro streaming podporují přenos hmoty mezi vnitřkem buňky a okolním rozpouštědlem tak, aby biomolekuly (tj. metabolity) byly účinné a rychle se uvolňují. Vzhledem k tomu, sonikace je čistě mechanické ošetření, které nevyžaduje drsné, toxické a / nebo drahé chemikálie.
Ultrazvuk s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí vytváří extrémní energeticky husté podmínky s vysokými tlaky, teplotami a vysokými smykovými silami. Tyto fyzické síly podporují narušení buněčných struktur s cílem uvolnit intracelulární sloučeniny do média. Proto se nízkofrekvenční ultrazvuk do značné míry používá pro extrakci bioaktivních látek a paliv z řas. Ve srovnání s konvenčními extrakčními metodami, jako je extrakce rozpouštědel, mletí kulinek nebo vysokotlaká homogenizace, ultrazvuková extrakce vyniká uvolňováním většiny bioaktivních sloučenin (jako jsou lipidy, bílkoviny, polysacharidy a mikro-živiny) ze sonoporované a narušené buňky. Použití správných procesních podmínek, ultrazvuková extrakce dává vynikající výtěžky extrakce během velmi krátké doby trvání procesu. Například vysoce výkonné ultrazvukové extraktory ukazují vynikající extrakční výkon z řas, při použití s vhodným rozpouštědlem. V kyselém nebo alkalickém médiu se stěna řasových buněk porézní a vrásčitá, což vede ke zvýšení výtěžnosti při nízké teplotě (pod 60 °C) v krátké době použití ultrazvuku (méně než 3 hodiny). Krátká doba extrakce při mírných teplotách zabraňuje degradaci fucoidanu tak, aby byl získán vysoce bioaktivní polysacharid.
Ultrazvuku je také metoda transformace fucoidanu s vysokou molekulovou hmotností na fucoidan s nízkou molekulovou hmotností, který je výrazně bioaktivní díky své odmaštěné struktuře. Díky své vysoké bioaktivitě a bioakusitě je fucoidan s nízkou molekulovou hmotností zajímavou sloučeninou pro léčiva a systémy dodávky léků.

Žádost o informace





Případové studie: Ultrazvuková extrakce sloučenin řas

Ultrazvuková extrakční účinnost a optimalizace ultrazvukových extrakčních parametrů byly široce studovány. Níže najdete příkladné výsledky pro výsledky extrakce ultrazvukem z různých druhů řas.

Extrakce bílkovin ze Spiruliny pomocí Mano-Thermo-Sonikace

Výzkumná skupina prof. Chemata (Univerzita v Avignonu) zkoumala účinky manotermozonication (MTS) na extrakci bílkovin (jako je fykocyanin) ze suché artropisové platensis sinice (také známé jako spirulina). Mano-Thermo-Sonication (MTS) je aplikace ultrazvuku v kombinaci se zvýšenými tlaky a teplotami za účelem zintenzivnění ultrazvukového extrakčního procesu.
"Podle experimentálních výsledků MTS podporovala přenos hmoty (vysoce účinná difúze, De) a umožnila získat o 229% více bílkovin (28,42 ± 1,15 g / 100 g DW) než konvenční proces bez ultrazvuku (8,63 ± 1,15 g / 100 g DW). S 28,42 g bílkovin na 100 g suché spirulinové biomasy v extraktu bylo dosaženo rekuperace bílkovin 50% za 6 účinných minut kontinuálním procesem MTS. Mikroskopická pozorování ukázala, že akustická kavitace ovlivnila spirulina vlákna různými mechanismy, jako je fragmentace, sonoporace, detexturace. Tyto různé jevy usnadňují extrakci, uvolňování a rozpustnost bioaktivních sloučenin spiruliny." [Vernès a kol., 2019]

Ultrasonic extraction of spirulina protein from Arthrospira platensis cyanobacteria.

Snímky optické mikroskopie celých spiurulinových vláken vystavených v průběhu času ošetření MTS. Měřítko (obrázek A) = 50 μm pro všechny obrázky.
obrázek a studium: ©Vernès et al. 2019

Ultrazvuková fucoidan a glukan extrakce z Laminaria digitata

Výzkumná skupina TEAGASC Dr. Tiwari zkoumala extrakci polysacharidů, tj. fucoidanu, laminarinu a celkových glukanů, z makrořas Laminaria digitata pomocí ultrasonicator UIP500hdT. Ultrazvukem asistované extrakce (SAE) parametry ukázaly významný vliv na hladiny fukosy, FRAP a DPPH. Úrovně 1060,75 mg/100 g ds, 968,57 mg/100 g ds, 8,70 μM trolox/mg fde a 11,02% bylo získáno pro fukosu, celkové glukany, FRAP a DPPH za optimalizovaných teplotních podmínek (76◦C), času (10 min) a ultrazvukové amplitudy (100%) za použití 0,1 M HCl jako rozpouštědla. Popsané podmínky SAE byly poté úspěšně aplikovány na jiné ekonomicky relevantní hnědé makrořasy (L. hyperborea a A. nodosum) za účelem získání extraktů bohatých na polysacharidy. Tato studie prokazuje použitelnost SAE ke zvýšení extrakce bioaktivních polysacharidů z různých makroalkotálních druhů.

Ultrazvuková fytochemická extrakce z F. vesiculosus a P. canaliculata

Výzkumný tým Společnosti García-Vaquero porovnal různé nové extrakční techniky, včetně vysoce výkonné ultrazvukové extrakce, ultrazvukové mikrovlnné extrakce, extrakce mikrovlnné trouby, extrakce asistované hydrotermálními zařízeními a vysokotlaké extrakce, aby se vyhodnotila účinnost extrakce z hnědých druhů mikrořas Fucus vesiculosus a Pelvetia canaliculata. Pro ultrazvuku použili Hielscher UIP500hdT ultrazvukový extraktor. Anylsis výtěžků extrakce odhalila, že ultrazvuková extrakce dosáhla nejvyšších výnosů většiny fytochemiků z obou F. vesiculosus. To znamená, že nejvyšší výnosy sloučenin extrahovaných z F. vesiculosus pomocí ultrazvukový extraktor UIP500hdT byly: celkový obsah fenolu (445,0 ± ekvivalenty kyseliny gallové 4,6 mg/g), celkový obsah fenotanninu (362,9 ± 3,7 mg ekvivalentů fenroglucinolu/g ) celkový obsah flavonoidů (286,3 ± ekvivalenty quercetinu 7,8 mg/g) a celkový obsah taninu (189,1 ± 4,4 mg ekvivalentů katechinu/g).
Ve své výzkumné studii tým dospěl k závěru, že použití ultrazvukem asistované extrakce "v kombinaci s 50% ethanolickým roztokem jako extrakčním rozpouštědlem by mohlo být slibnou strategií zaměřenou na extrakci TPC, TPhC, TFC a TTC, při snížení kopro extrakce nežádoucích sacharidů z F. vesiculosus a P. canaliculata, se slibnými aplikacemi při použití těchto sloučenin jako léčiv, nutraceuticals a cosmeceuticals." [García-Vaquero a kol., 2021]

Spirulina Protein Extraction using Hielscher ultrasonic extractors can be linearly sclaed from small to large production.

Škálování mano-termo-sonikace na univerzitě v Avignonu pomocí Hielscher ultrasonicators: z laboratorního vybavení UIP1000hdT A) na vybavení pilotního měřítka UIP4000hdT (B, C & D). Na obrázku D je schematizována příčná část ultrazvukové průtokové buňky FC100K,
obrázek a studium: ©Vernès et al. 2019

Ultrasonic algae disruption and extraction in continuous in-line mode for the release lipids, proteins, polysaccharides and other bioactive substances.

Ultrazvukové nastavení inline extraktoru s průtokovými buňkami: 2x UIP1000hdT ultrasonicators s reaktory průtokových buněk pro kontinuální extrakci řas

Žádost o informace





Ultrasonic extractor for algae disruption in an open vessel

UIP1000hdT (1kW, 20kHz) ultrazvukový extraktor s míchadly pro narušení a extrakci řas, jako je Chlorella, spirulina, Nannochloropsis , broenové řasy a další mikro- a makro-řasy.

Výhody ultrazvukové extrakce řas

  • Vysoká účinnost extrakce
  • Vynikající výtěžnost extrakce
  • rychlý proces
  • Nízké teploty
  • Vhodné pro extrakci termolabilních sloučenin
  • Kompatibilní s jakýmkoli rozpouštědlem
  • Nízká spotřeba energie
  • Technika zelené extrakce
  • Snadný a bezpečný provoz
  • Nízké investiční a provozní náklady
  • 24/7 operace pod těžkým clem

Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory pro narušení řas

Hielscher je state-of-the-art ultrazvukové zařízení umožňuje plnou kontrolu nad parametrů procesu, jako je amplituda, teploty, tlaku a přívodu energie.
Pro ultrazvukovou extrakci mohou být parametry, jako je velikost částic suroviny, typ rozpouštědla, poměr pevného materiálu k rozpouštědlu a doba extrakce, různé a optimalizované pro nejlepší výsledky.
Vzhledem k tomu, ultrazvuková extrakce je neteplotní extrakční metoda, je zabráněno tepelné degradaci bioaktivních složek přítomných v surovině, jako jsou řasy.
Celkově výhody, jako je vysoký výtěžek, krátká doba extrakce, nízká extrakční teplota a malé množství rozpouštědla, činí sonikaci vynikající extrakční metodou.

Ultrazvuková extrakce: Zavedeno v laboratoři a průmyslu

Ultrazvuková extrakce je široce používána pro extrakci jakéhokoli druhu bioaktivní sloučeniny z botanických, řas, bakterií a buněk savců. Ultrazvuková extrakce byla stanovena jako jednoduchá, nákladově efektivní a vysoce účinná, která vyniká jinými tradičními extrakčními technikami vyššími výtěžky extrakce a kratší dobou zpracování.
S laboratoří, bench-top a plně průmyslovými ultrazvukovými systémy snadno dostupnými, ultrazvuková extrakce je v dnešní době dobře zavedenou a důvěryhodnou technologií. Ultrazvukové extraktory Hielscher jsou instalovány po celém světě v průmyslových zpracovatelských zařízeních, která vyrábějí bioaktivní sloučeniny potravinářské a farmaceutické kvality.

Procesní standardizace s Hielscher ultrazvukem

Extrakty z řas, které se používají v potravinách, léčivech nebo kosmetických přípravcích, musí být vyráběny v souladu se standardními výrobními postupy (GMP) a podle standardizovaných specifikací zpracování. Digitální extrakční systémy Hielscher Ultrasonics jsou dodány s inteligentním softwarem, který usnadňuje přesné nastavení a řízení procesu ultrazvuku. Automatický záznam dat zaznamenává všechny ultrazvukové parametry procesu, jako je ultrazvuková energie (celková a čistá energie), amplituda, teplota, tlak (když jsou namontovány teplotní a tlakové senzory) s datem a časovým razítkem na vestavěné SD kartě. To vám umožní revidovat každou ultrazvukem zpracovanou šarži. Současně je zajištěna reprodukovatelnost a trvale vysoká kvalita výrobků.

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

Hromadná dávka průtok Doporučené Devices
1 až 500 ml 10 až 200 ml / min UP100H
10 až 2000ml 20 až 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 až 20L 00,2 až 4 litry / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
na 10 až 100L / min UIP16000
na větší hrozen UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi probereme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.

Literatura / Reference



Fakta Worth Knowing

Řasy: Makrořasy, Mikrořasy, Fytoplankton, Sinice, Mořské řasy

Termín řasy je neformální, používaný pro velkou a rozmanitou skupinu fotosyntetických eukaryotických organismů. Řasy jsou většinou považovány za protisty, ale někdy jsou také klasifikovány jako typ rostliny (botanické) nebo choromistů. V závislosti na jejich buněčné struktuře mohou být diferencovány na makrořasy a mikrořasy, také známé jako fytoplankton. Makrořasy jsou vícebuněčné organismy, často známé jako mořské řasy. Třída makrořas obsahuje různé druhy makroskopických, mnohobuněčných mořských řas. Termín fytoplankton se používá hlavně pro mikroskopické mořské jednobuněčné řasy (mikroalgy), ale může také zahrnovat sinice. Fytoplankton je široká třída různých organismů, včetně fotosyntetizujících bakterií, mikrořas a pancéřovaných coccolithoforů.
Vzhledem k tomu, že řasy mohou být jednobuněčné nebo vícebuněčné s vláknitými (řetězcovými) nebo rostlinnými strukturami, je často obtížné je klasifikovat.

Nejkultivované druhy makrořas (mořských řas) jsou Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii, Gracilaria spp., Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Pyropia spp. a Sargassum fusiforme. Eucheuma a K. alvarezii se pěstují pro karagenan, hydrokoloidní želírující činidlo; Gracilaria se farmaří pro výrobu agaru; zatímco ostatní druhy jsou snědé pro potraviny a výživu.
Dalším typem mořských řas je chaluha. Kelps jsou velké hnědé řasy mořské řasy, které tvoří řád Laminariales. Chaluha je bohatá na alginát, sacharid, který se používá k zahušťování produktů, jako je zmrzlina, želé, salátový dresink a zubní pasta, stejně jako složka v některých krmivech pro psy a ve vyrobeném zboží. Alginátový prášek se také často používá v obecné stomatologii a ortodoncii. Polysacharidy chaluh, jako je fucoidan, se používají v péči o pleť jako želírující složky.
Fucoidan je heteropolysacharidy rozpustné ve vodě, přítomné u více druhů hnědých řas. Komerčně vyráběný fucoidan je získáván především z druhů mořských řas Fucus vesiculosus, Cladosiphon okamuranus, Laminaria japonica a Undaria pinnatifida.

Prominentní řasy Rody a druhy

  • Chlorella je rod asi třinácti druhů jednobuněčných zelených řas (mikroalga) patřících do divize Chlorophyta. Chlorellové buňky mají kulovitý tvar, mají průměr asi 2 až 10 μm a nemají žádnou šneku. Jejich chloroplasty obsahují zelené fotosyntetické pigmenty chlorofyl-a a -b. Jedním z nejužších druhů chlorelly je Chlorella vulgaris, který se populárně používá jako doplněk stravy nebo jako potravinářská přídatná látka bohatá na bílkoviny.
  • Spirulina (Arthrospira platensis sinice) je vláknitá a mnohobuněčná modrozelená řasa.
  • Nannochloropsis oculata je druh rodu Nannochloropsis. Jedná se o jednobuněčné malé zelené řasy, které se nacházejí v mořské i sladké vodě. Řasy Nannochloropsis se vyznačují sférickými nebo mírně vabroidními buňkami o průměru 2-5 μm.
  • Dicrateria je rod haptophytů, který se skládá ze tří druhů Dicrateria gilva, Dicrateria inornata, Dicrateria rotunda a Dicrateria vlkianum. Rotunda Dicrateria (D. rotunda) může syntetizovat uhlovodíky ekvivalentní ropě (nasycené uhlovodíky s uhlíkovým číslem v rozmezí od 10 do 38).

High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.