Ultralyd alger ekstraktion for kosttilskud

Sådan udvindes proteiner, lipider og phenolics fra alger med ultralyd

Alge- og mikroalrodarter er rige på biologisk aktive forbindelser såsom proteiner, lipider, carotenoider, pigmenter (f.eks. phycocyaniner, Astaxanthin phenoler og polysaccharider. Dette gør dem til et udbredt naturmateriale til at producere ekstrakter til fødevarer og kosttilskud. Almindeligt anvendte alger arter til kosttilskud er Arthrospira maxima og (også kendt som spirulina), Chlorella vulgaris, Hæmatococcus pluvialis, og Ulva Spp. Alger er kendt for at være en god kilde til proteiner af høj kvalitet, lipider, langkædede (dvs. omega-3), polysaccharider (f.eks. alginat, carrageen, β-glucaner), vitaminer og antioxidanter.
Spirulina er bredt tilgængelig eimuleret og almindeligt anvendt egertype, som er rig på bioaktive forbindelser af høj værdi såsom proteiner (med 50-70% tør wt). Da Spirulina er godkendt af FDA (Food Drug Administration i USA) som GRAS (generelt anerkendt som sikker), spirulina og spirulina ekstrakter kan bruges i kommercialiserede fødevarer eller som kosttilskud.

Fordele ved ultralydalger udvinding

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

Fuldt udsugningsudbytte

Højtydende ultralydapparater bryde alger celler åbne og forstyrre dem, så det intracellulære materiale frigives. Ultralydsekstraktion frigiver derved hele spektret af bioaktive forbindelser, såsom phycobiliproteiner, carotenoider og lipider og phenolics.
Phycobiliproteiner kan opdeles i tre store grupper, 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 udsugningseffektivitet

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 ud af, at ultralydopløsningsekstraktion 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. Ultralydkavitation forstyrrer algerceller hurtigt og effektivt, hvilket resulterer i en højere celleforstyrrelse sammenlignet med spirulinaceller behandlet ved gentagen frysning og optøning.
Sonikering var mere effektiv til at bryde cellekuverten sammenlignet med gentagen frysning og optøning. Ekstraktionsudbyttet af phycocyanin viste, at behandlingstemperaturen påvirkede ekstraktionseffektiviteten.

Hurtig udvinding proces

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 tilsluttet temperatursensor, som er forbundet til den digitale Hielscher ultrasonicator. Softwaren af Hielschers digitale ultralydapparater gør det muligt at indstille temperaturgrænser, så ultralydshomogenisatoren standser, 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 som vand eller ethanol producerer rene ekstrakter. Disse ultralydekstrakter kan sikkert indarbejdes i fødevarer, da ekstraktionsmidlerne ethanol og vand har GRAS (generelt anerkendt som sikker) status.

Reproducerbarhed og processtandardisering

Hielschers digitale ultralydapparater leveres med en intelligent software og et udførligt udvalg af indstillinger til de ideelle ekstraktionsparametre. Softwaren protokoller alle ultralyd proces parameter (f.eks amplitude, nettoeffekt, total effekt, temperatur, tryk, tid, dato) og skriver sonikering data i en CSV-fil på den 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 processtadandiseringskrav samt god fremstillingspraksis (GMP), som begge er meget vigtige, når ekstrakterne er produceret til kosttilskud, fødevarer eller farmaceutiske produkter.

Ultralyd Phycocyanin Ekstraktionprotokol

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

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

UIP1000hdT – Manothermosonication (MTS) setup und vores proteinekstraktion fra spirulina på laboratorieskala
kilde: Vernes et al. 2019

Forskningsresultaterne viser, at ultralydsekstraktionsbetingelser optimeret til proteinudbytte involverer lidt 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 wt.) end konventionel proces uden ultralyd (8,63 ± 1,15 g/100 g tør wt).
Med 28,42 g proteiner opnået pr. 100 g tør spirulinabiomasse i ekstraktet blev der opnået en proteingenvindingsrate på 50% på kun 6 minutter i en kontinuerlig sonikeringsproces. Mikroskopisk billeddannelse afslører, at akustisk kavitation påvirker spirulina filamenter ved forskellige mekanismer såsom fragmentering, sonoporation, detexturation. Disse forskellige effekter gør ekstraktion, frigivelse og opløselighed af spirulina bioaktive forbindelser lettere og mere effektivt, hvilket resulterer i et højt proteinudbytte af høj kvalitet.
Med hensyn til kvaliteten af de ultralydsudvundne 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 er ultralyd alene anses for at være den mest økonomiske og nemmeste teknik til at producere en høj kvalitet ekstrakt rig på spirulina proteiner. Ultralydsekstraktion er en grøn, miljøvenlig ekstraktionsteknik, der er egnet til proteinekstraktion fra spirulina i laboratorieskala, som nemt kan skaleres til pilot og industriel skala. (jf.

High Performance Ultrasonic Extractors

Alle ekstraktionsresultater opnået i lille skala, kan lineært skaleres til større produktionskapacitet. Hielscher Ultrasonics store produktportefølje fra lab til industrielle ekstraktionssystemer har den mest egnede ultralydsator til din planlagte proceskapacitet. Vores mangeårige erfarne personale vil hjælpe dig fra gennemførlighedstest og procesoptimering til installation af dit ultralydssystem på det endelige produktionsniveau.

Hielscher Ultralyd – Avanceret udsugningsudstyr

Hielscher Ultrasonics produktportefølje dækker hele spektret af højtydende ultralydsudsugningsmaskiner fra lille til stor skala. Ekstra tilbehør giver mulighed for nem montering af den mest egnede ultralydsenhedskonfiguration til din proces. Den optimale ultralydsopsætning afhænger af den forventede kapacitet, volumen, råmateriale, batch eller inline proces og tidslinje. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved kraftig og krævende miljøer.

Vælg mellem forskellige tilbehør såsom:

• sonotroder med forskellige størrelser, diametre og former
• sonotroder for høj amplitude på 200 μm og højere
• flowcellereaktorer med forskellige volumener og geometrier
• talrige booster horn til at øge eller mindske gevinster
• komplette sonikeringsopsætninger såsom SonoStation, som omfatter ultralydsudsugning, tank, omrører og pumpe
• sensorer til plug-sensorer
• tilsluttebare tryksensorer

Vores veluddannede, langtidserfarne personale vil konsultere dig og anbefale dig det mest egnede ultralydssystem til dine krav til ekstraktionsprocessen!

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: