Ultrasonic astaxanthin udvinding for højere udbytter
- Astaxanthin er en meget potent antioxidant, der anvendes i lægemidler og kosttilskud.
- For at producere høj kvalitet astaxanthin fra naturlige kilder såsom alger, en højtydende udvinding teknik er påkrævet.
- Ultralydsekstraktion er en mekanisk behandling, som giver høje udbytter af astaxanthin i en meget kort ekstraktionstid.
Højtydende sonikatorer til astaxanthinekstrakter af høj kvalitet
Ultralydsekstraktion er en højtydende ekstraktionsteknik, der bruger intense ultralydbølger til at ekstrahere astaxanthin fra naturlige kilder, såsom mikroalger, krill eller krebsdyr. Astaxanthin er et naturligt forekommende carotenoidpigment kendt for sine kraftige antioxidantegenskaber og forskellige sundhedsmæssige fordele. Det er almindeligt anvendt som kosttilskud og madfarvestof. Lear hvordan sonikering hjælper med at forbedre din astaxanthin ekstraktion proces!
MultiSonoReactor til forbedret astaxanthinekstraktion ved hjælp af ultralyd med høj effekt
Ultrasonic ekstraktion af astaxanthin fra mikroalger
Astaxanthin for kosttilskud, som forbruges af mennesker og dyr for deres sundhedsmæssige fordele, astaxanthin er opnået fra fisk og skaldyr eller udvundet af alger H. Pluvialis. Hæmatcoccus hjejler er en grøn microalga, som producerer høje astaxanthin indhold, når stress betingelser anvendes, f. eks høj saltholdighed, nitrogen mangel, høj temperatur og lys. Med op til 9,2 mg/g astaxanthin pr. alge celle (= op til 3,8% på tørvægten af H. hjejler) akkumulerer hæmatcoccus hjejler et meget højt indhold af naturlige astaxanthin og er derfor den foretrukne organisme til fremstilling af astaxanthin.
For at frigive astaxanthin fra grønne mikroalger skal algecellerne forstyrres. Ultralydbehandling er veletableret med henblik på celleforstyrrelser, lysis og isolering af bioaktive forbindelser auch som lipider, antioxidanter, polyfenoler og naturlige pigmenter. Højtydende ultralyd skaber rent mekaniske kræfter, der forstyrrer cellevægge ved forskydningskræfter og forårsager frigivelse af bioaktive stoffer som astaxanthin.
Ultrasonic ekstraktion af astaxanthin fra gær
Phaffia rhodozyma er en gær rig på astaxanthin. Imidlertid gør den tykke cellevæg af P. rhodozyma, som hovedsageligt består af glucan og er ansvarlig for cellestivheden, celleforstyrrelser og astaxanthinisolering til en krævende opgave. Forskere (Gogate et al. 2015) fandt, at ultralydsekstraktion i kombination med mælkesyre intensiverer celleforstyrrelsen og gør ekstraktionen af astaxanthin fra P. rhodozyma en grønnere, miljøvenligere proces. De brugte mælkesyre som medium til forstyrrelse og ethanol som opløsningsmiddel til ekstraktion. Det maksimale udbytte af astaxanthin (90%) blev opnået til ultralydassisteret ekstraktionsmetode baseret på anvendelse af 3 M mælkesyre, forstyrrelsestid på 15 min. Kraftige ultralydsekstraktorer som UIP4000hd (4kW, se billede til venstre) i kombination med en trykbar gennemstrømningsreaktor muliggør generering af meget intens kavitation. Kavitationelle forskydningskræfter forstyrrer gærcellevæggene og fremmer masseoverførslen mellem celleinteriøret og opløsningsmidlet.
- Overlegen ydelse
- Højhastigheds udvinding – inden for få minutter
- Højkvalitetsekstrakter – Mild, ikke-termisk
- Grønne opløsningsmidler (f. eks. vand/ethanol)
- omkostningseffektiv
- Nem og sikker drift
- Lave investerings-og driftsomkostninger
- 24/7 drift under krævende
- Grøn, miljøvenlig metode
Ultrasonic astaxanthin udvinding – i batch eller kontinuerlig flow-tilstand
Astaxanthin er en lipofile forbindelse og kan opløses i opløsningsmidler (f. eks. 48,0% ethanol i ethylacetat) og olier (f. eks. sojabønne olie).
Batch: Ultralyds ekstraktionsprocesser kan betjenes som simple batchprocesser eller som inline-behandling, hvor mediet løbende tilføres gennem en ultralyds gennemstrømnings reaktor.
Batch afvikling er en nem procedure, hvor ekstraktionen udføres Lot for lot. Hielscher Ultrasonics tilbyder ultralyds-processorer til små til store partier, dvs 1L til 120L.
Til behandling af partier på 5 til 10L anbefaler vi, at UP400St med sonotrode S24d22L2D (Se pic. venstre).
Til behandling af partier på ca. 120L anbefaler vi, at Sonikator UIP2000hdT med sonotrode RS4d40L4.
Gennemstrømning: For større volumener og kommerciel udvinding i fuld skala tilføres en kontinuerlig væskestrøm gennem en ultralyds reaktor, hvor opløsningsmidlet/Botanisk gylle er intenst soniseret.
For et volumen på ca. 8L/min. anbefaler vi, at UIP4000hdT med sonotrode RS4d40L3 og kan trykkes flow-celle FC130L4-3g0
UIP2000hdT (2kW) til storstilet batch udvinding
Højtydende Ultrasonicators til udvinding
Hielscher Ultrasonics er specialiseret i fremstilling af højtydende sonikatorer til produktion af ekstrakter af høj kvalitet fra planter, gær og celler. Den brede produktportefølje af Hielscher Ultrasonics spænder fra små, kraftfulde lab ultralydapparater til robuste bench-top og fuldt industrielle systemer, der leverer ultralyd med høj intensitet til effektiv udvinding og isolering af bioaktive komponenter såsom astaxanthin, quercetin, koffein, curcumin, terpener osv. Alle digitale sonikatorer fra 200W til 16.000W har en intuitiv menu med programmerbare indstillinger, en farvet berøringsskærm til komfortabel betjening, et integreret SD-kort til automatisk dataoptagelse, browser fjernbetjening og mange flere brugervenlige funktioner. Sonotroder og flowceller (de dele, der er i kontakt med mediet) kan autoklaveres og er nemme at rengøre. Alle vores ultralydapparater er bygget til 24/7 drift, kræver lav vedligeholdelse og er nemme og sikre at betjene.
Et digitalt farvedisplay giver mulighed for en brugervenlig styring af ultralydsudstyret. Vores systemer er i stand til at levere fra lave til meget høje amplituder. Til udvinding af kemiske forbindelser som astaxanthin tilbyder vi specielle ultralydsonotroder (også kendt som ultralydssonder eller horn), der er optimeret til følsom isolering af aktive stoffer af høj kvalitet. Hielscher tilbyder specielle sonotroder til høje amplituder i kombination med trykbare flowceller, der er i stand til at generere ekstreme kavitationelle forskydningskræfter, som forstyrrer selv meget robuste gærceller. Robustheden af Hielscher ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved kraftig og krævende miljøer.
Den præcise styring af ultralydsprocesparametrene sikrer reproducerbarhed og processtandardisering. Hielscher industrielle skala, automatiserede ultralydsekstraktionssystemer er designet til høj produktionskapacitet af overlegen kvalitet ekstrakter, samtidig med at arbejdskraft, omkostninger og energi reduceres.
Kontakt os! / Spørg Os!
Litteratur / Referencer
- 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 Værd at vide
SONO-udvinding
Ultralydsekstraktion eller SONO-ekstraktion er baseret på princippet om akustisk kavitation.
Når intense ultralydbølger påføres flydende systemer, opstår akustisk kavitation, hvilket er fænomenet med generering, vækst og eventuel kollaps af vakuum bobler (Se pic. nedenfor). Under udbredelsen af ultralydbølgerne svinger vakuum boblerne og vokser, indtil de når et punkt, hvor de ikke kan absorbere mere energi. På toppen af boble vækst de kollapser voldsomt, som forårsager lokalt termiske, mekaniske og kemiske effekter. De mekaniske virkninger omfatter højt tryk på op til 1000atm, turbulenser, og intense forskydningskræfter. Disse kræfter forstyrre cellevægge og fremme masseoverførsel mellem celle interiør og opløsningsmidlet frigive bioaktive forbindelser i den omgivende væske (dvs. opløsningsmiddel).
Akustisk kavitation, der genereres af højintensitet, lavfrekvent ultralyd, skaber intense forskydningskræfter og lokalt forekommende højtryks- og temperaturforskelle, som giver den nødvendige virkning for celleforstyrrelser, intens blanding og masseoverførsel. Disse ultralydforskydningskræfter anvendes med succes til cannabisekstraktion.
Ultralydsekstraktion af forbindelser fra botaniske og cellevæv er blevet veldokumenteret. Anvendelsen af meget intense ultralydsbølger fremmer ekstraktionsprocesser betydeligt. Udover proces intensivering – hvilket resulterer i højere udbytter og kortere udvindingstid – termisk nedbrydning og tab af temperaturfølsomme bestanddele forhindres, da sonikering ikke er termisk behandling. Desuden, ultralydsekstraktion har lave investeringer og driftsomkostninger, reducerer brugen af opløsningsmidler og/eller giver mulighed for brug af grønnere opløsningsmidler, hvilket gør det til en økonomisk og miljøvenlig udvinding teknik. Outperforming konventionelle ekstraktionsmetoder, ultralyd-assisteret udvinding (UAE) er blevet vedtaget fra fødevareindustrien til at producere bioaktive forbindelser med økonomiske gevinster.
Kraftige ultralydbølger forstyrrer cellematrixen af biologiske strukturer og frigiver de bioaktive forbindelser. Masseoverførsel mellem plantematerialet og opløsningsmidlet intensiveres. På grund af disse mekanismer er ultralydsekstraktion yderst effektiv til cannabisekstraktion.
Astaxanthin
Astaxanthin udmærker sig ved en dyb rød farve. Det er et fedtopløseligt pigment, der findes i alger (f. eks. Hæmatcoccus Pluvialis, chlorella zofingiensis, Chlorococcum), gær (f. eks. Phaffia rhodozyma), laks, ørred, krill, rejer og krebs. Astaxanthin betragtes som en super-antioxidant, da dens antioxidative potens er ti til tyve gange kraftigere end af mange andre carotenoider, såsom beta-caroten, lutein, og zeaxanthin, og hundrede gange kraftigere end alpha-tocopherol (vitamin E ).
Astaxanthin (3, 3 ′-dihydroxy-β, β′-caroten-4, 4 ′-Dione) er en keto-carotenoid og tilhører en større klasse af kemiske forbindelser kendt som terterpener (som en tetraterpenoid), som er sammensat af fem kulstof prækursorer, isopentenyl diphosphat, og dimethylallyldiphosphat. Astaxanthin er klassificeret som en type carotenoid forbindelser med oxygen-holdige komponenter, nemlig hydroxyl (-OH) eller keton (C = O), såsom zeaxanthin og canthaxanthin. Astaxanthin er en metabolit af zeaxanthin og/eller canthaxanthin, der indeholder både hydroxyl og keton funktionelle grupper. Ligesom mange carotenoider, astaxanthin er et lipid-opløseligt pigment og udmærker sig ved sin røde farve. Carotenoider herunder astaxanthin er velkendte for deres antioxidative kapacitet.
Astaxanthin er et rødt pigment og stammer naturligt i regnvands-mikroalger (Hæmatcoccus Pluvialis) og gær kaldet Xanthophyllomyces dendrorhousgær (også kendt som Phaffia rhodozyma). Algerne undergår en understregning via en eller en kombination af betingelser, der spænder fra manglen på næringsstoffer, øget saltholdighed, og overdreven solskin til at skabe astaxanthin. De arter, der forbruger disse stressede ferskvands mikroalger, såsom laks, rødørred, rødbrasen, flamingo, krebsdyr (f. eks. rejer, krill, krabbe, hummer, krebs), afspejler pigmenteringen af de rødorange nuancer i deres udseende.
Som et supplement, astaxanthin administreres for sin sundhedsfremmende og sygdom-behandling af effekter. Astaxanthin er en veletableret nutraceutical administreret til at forbedre hudens hede (f. eks. reducere rynker, skader ved solskoldning osv.).
Endvidere, astaxanthin får stigende opmærksomhed for dets anvendelse til behandling af Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom, cardio-vaskulære deaseses, højt kolesteroltal, leversygdomme, aldersrelaterede makuladegeneration, og forebyggelse af kræft.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.