Ultralyd algeekstraktion til kosttilskud

Ultralydsekstraktion er den overlegne metode til at forstyrre algeceller effektivt og hurtigt. Sonikering kan frigive den komplette mængde af de bioaktive forbindelser, hvilket gør ultralydsteknikken meget effektiv.

Sådan udvindes proteiner, lipider og phenoler fra alger med ultralyd

Alge- og mikroalgearter er rige på biologisk aktive forbindelser såsom proteiner, lipider, carotenoider, pigmenter (f.eks. phycocyaniner, astaxanthin osv.), phenoler og polysaccharider (f.eks. carrageenaner). Dette gør dem til et meget brugt naturmateriale til at producere ekstrakter til fødevarer og kosttilskud. Almindeligt anvendte algearter til kosttilskud er Arthrospira maxima og (også kendt som spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis og Ulva spp. Alger er kendt for at være en god kilde til proteiner, lipider, langkædede PUFA'er (dvs. omega-3), polysaccharider (f.eks. alginat, carrageenan, β-glucaner), vitaminer og antioxidanter.
Spirulina er en almindeligt anvendt type alger, der er rig på højt værdsatte bioaktive forbindelser såsom proteiner (med 50-70% tør vægt). Da Spirulina er godkendt af FDA (Food Drug Administration i USA) som GRAS (generelt anerkendt som sikker), kan spirulina og spirulina ekstrakter bruges i kommercialiserede fødevarer eller som kosttilskud.

Fordele ved ultralydalgeekstraktion

Ultralydsekstraktion udmærker sig ved alternative ekstraktionsmetoder i mangfoldighedspunkter, såsom højt udbytte, pålidelighed, sikkerhed, enkelhed og miljøvenlighed.

Fuldt ekstraktionsudbytte

Højtydende ultralydapparater bryder algecellerne op og forstyrrer dem, så det intracellulære materiale frigives. Ultralydsekstraktion frigiver derved hele spektret af bioaktive forbindelser, såsom phycobiliproteiner, carotenoider og lipider og phenoler.
Phycobiliproteiner kan differentieres i tre hovedgrupper, nemlig chlor-phycocyaniner, allophycocyaniner og phycoerythriner. C-Phycocyanin er et naturligt blåt pigment, som er meget udbredt i fødevarer og farmaceutiske produkter. Ultralydsekstraktion frigiver hele spektret af proteiner.

Høj ekstraktionseffektivitet

Duangsee et al. (2009) testede to forskellige ekstraktionsmetoder (ultralydassisteret opløsningsmiddelekstraktion og ekstraktion ved gentagen frysning og optøning) af bioaktive forbindelser fra Arthospira-biomasse og fandt, at ultralydsopløsningsmiddelekstraktion resulterede i en højere ekstraktionseffektivitet (22,1%) end frysning og optøning (15,6%). Sammenligning af cellebrud mellem sonikering og gentagen frysning og optøning viser, at sonikering er mere effektiv. Ultralydskavitation forstyrrer algeceller hurtigt og effektivt, hvilket resulterer i en højere celleforstyrrelse sammenlignet med spirulina-cellerne, der behandles ved gentagen frysning og optøning.
Sonikering var mere effektiv til at bryde cellekappen sammenlignet med gentagen frysning og optøning. Ekstraktionsudbyttet af phycocyanin viste, at behandlingstemperaturen påvirkede ekstraktionseffektiviteten.

Hurtig ekstraktionsproces

Højtydende ultralydssystemer kan anvende høj ultralydseffekt via høje amplituder i algesuspensionen. Dette gør ultralydsekstraktionen til en meget hurtig behandlingsmetode.

Temperaturkontrol

Ultralydbehandling er en ikke-termisk, rent mekanisk ekstraktionsteknik. Ekstraktionstemperaturen kan styres præcist ved hjælp af en tilsluttbar temperatursensor, der er forbundet til den digitale Hielscher ultralydsapparat. Softwaren til Hielschers digitale ultralydapparater gør det muligt at indstille temperaturgrænser, så ultralydshomogenisatoren holder pause, når temperaturgrænsen er nået. Den præcise temperaturkontrol gør det muligt at forhindre termisk nedbrydning af varmefølsomme materialer såsom phycobiliproteiner, vitaminer, polyfenoler, polysaccharider, lipider og andre bioaktive forbindelser.

Kompatibel med forskellige opløsningsmidler

Ultralydbehandling er kompatibel med næsten ethvert opløsningsmiddel. Ultralydsekstraktion i kombination med grønne opløsningsmidler såsom vand eller ethanol producerer rene ekstrakter. Disse ultralydsekstrakter kan sikkert inkorporeres i fødevarer, da ekstraktionsopløsningsmidlerne ethanol og vand har GRAS-status (generelt anerkendt som sikker).

Reproducerbarhed og processtandardisering

Hielschers digitale ultralydapparater leveres med en intelligent software og en uddybet række indstillinger til de ideelle ekstraktionsparametre. Softwaren protokoller alle ultralydsprocesparametre (f.eks. amplitude, nettoeffekt, samlet effekt, temperatur, tryk, tid, dato) og skriver sonikeringsdataene i en CSV-fil på det indbyggede SD-kort. Dette giver dig mulighed for at standardisere din ekstraktionsproces og overvåge sonikering og kvalitetsoutput nøje. Disse funktioner hjælper dig med at opfylde processtatuskrav samt god fremstillingspraksis (GMP), som begge er meget vigtige, når ekstrakterne produceres til kosttilskud, fødevarer eller farmaceutiske produkter.

Ultralyd Phycocyanin ekstraktionsprotokol

Mazumder et al. (2017) undersøgte de optimale behandlingsparametre for ultralydsekstraktion af phycocyanin og phenoler fra Arthospira platensis. Det maksimale udbytte af phycocyanin (29,9 mg / g) og total phenol (2,4 mg / g) blev opnået ved 40% ethanolkoncentration, 34,9 °C ekstraktionstemperatur ved hjælp af ultralydsapparatet UP50H (50 watt, 30kHz) ved en amplitude på 95% i en ekstraktionstid på 104,7 sek.

Vernès et al. (2019) brugte en UIP1000hdT (1000W, 20kHz) ultralydsapparat til at ekstrahere proteiner fra spirulina. Ultralydsapparatet var udstyret med en BS2d34 sonotrode og en ultralydsflowreaktor (se billedet nedenfor for den nøjagtige ultralydsekstraktionsopsætning med flowcelle og Seepex-pumpe).

UIP1000hdT – Manothermosonication (MTS) opsætning og vores proteinekstraktion fra spirulina i laboratorieskala
kilde: Vernes et al. 2019

Forskningsresultaterne viser, at ultralydsekstraktionsbetingelser optimeret til proteinudbytte involverer let forhøjet temperatur og tryk (såkaldt manothermosonication MTS). MTS fremmer masseoverførsel og gør det muligt at få 229% flere proteiner (28,42 ± 1,15 g/100 g tør vægt) end konventionel proces uden ultralyd (8,63 ± 1,15 g/100 g tør vægt).
Med 28,42 g proteiner opnået pr. 100 g tør spirulina-biomasse i ekstraktet blev der opnået en proteingenvindingshastighed på 50% på kun 6 minutter i en kontinuerlig sonikeringsproces. Mikroskopisk billeddannelse afslører, at akustisk kavitation påvirker spirulinafilamenterne ved forskellige mekanismer såsom fragmentering, sonoporation, detexturation. Disse forskellige virkninger gør ekstraktion, frigivelse og opløselighed af spirulina bioaktive forbindelser lettere og mere effektiv, hvilket resulterer i et højt proteinudbytte af høj kvalitet.
Med hensyn til kvaliteten af de ultralydekstraherede proteiner blev aminosyrer ikke nedbrudt ved ultralydsbehandling, men de er til stede i en større mængde i tilfælde af sonikering sammenlignet med konventionel ekstraktion.
Når manothermosonication og ultralydsekstraktion uden forhøjet tryk og temperatur sammenlignes, er forskellen i ekstraktionsudbytte og effektivitet kun minimal. Derfor anses ultralyd alene for at være den mest økonomiske og nemmeste teknik til at producere et ekstrakt af høj kvalitet, der er rig på spirulinaproteiner. Ultralydsekstraktion er en grøn, miljøvenlig ekstraktionsteknik, der er velegnet til proteinekstraktion fra spirulina i laboratorieskala, som let kan skaleres til pilot- og industriel skala. (jf. Vernès et al. 2019)

Højtydende ultralydsekstraktorer

Alle ekstraktionsresultater, der opnås i lille skala, kan skaleres lineært til større produktionskapacitet. Hielscher Ultrasonics store produktportefølje fra laboratorium til industrielle ekstraktionssystemer har den bedst egnede ultralydsapparat til din påtænkte proceskapacitet. Vores mangeårige erfarne medarbejdere hjælper dig fra gennemførlighedstest og procesoptimering til installation af dit ultralydssystem på det endelige produktionsniveau.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikeret udsugningsudstyr

Hielscher Ultrasonics produktportefølje dækker hele spektret af højtydende ultralydsekstraktorer fra lille til stor skala. Ekstra tilbehør giver mulighed for nem montering af den bedst egnede ultralydsenhedskonfiguration til din proces. Den optimale ultralydsopsætning afhænger af den påtænkte kapacitet, volumen, råmateriale, batch- eller inline-proces og tidslinje. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer. Den lineære skalerbarhed af ultralydsekstraktionsprocesser tillader en enkel og pålidelig stigning i produktionen. Læs mere om den lineære opskalering af ultralydsekstraktionsprocesser!

Vælg mellem forskellige tilbehør såsom:

• Sonotroder med forskellige størrelser, diametre og former
• Sonotroder til høj amplitude på 200 μm og højere
• Flowcellereaktorer med forskellige volumener og geometrier
• talrige boosterhorn for at øge eller mindske gevinster
• komplette sonikeringsopsætninger såsom SonoStation, som inkluderer ultralydsudsugning, tank, omrører og pumpe
• Temperatursensorer, der kan tilsluttes
• Stikbare tryksensorer

Vores veluddannede, erfarne personale vil konsultere dig og anbefale dig det bedst egnede ultralydssystem til dine ekstraktionsproceskrav!

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: