Ultralydsekstraktion af astaxanthin for højere udbytter
- Astaxanthin er en meget potent antioxidant, der anvendes i lægemidler og kosttilskud.
- For at fremstille astaxanthin af høj kvalitet fra naturlige kilder såsom alger kræves en højtydende ekstraktionsteknik.
- Ultralydsekstraktion er en mekanisk behandling, der giver høje udbytter af astaxanthin på meget kort ekstraktionstid.
Højtydende sonikatorer til astaxanthinekstrakter af høj kvalitet
Ultralydsekstraktion er en højtydende ekstraktionsteknik, der bruger intense ultralydsbølger til at ekstrahere astaxanthin fra naturlige kilder såsom mikroalger, krill eller krebsdyr. Astaxanthin er et naturligt forekommende carotenoidpigment, der er kendt for sine kraftige antioxidative egenskaber og forskellige sundhedsmæssige fordele. Det anvendes almindeligvis som kosttilskud og farvestof i fødevarer. Lær, hvordan sonikering hjælper med at forbedre din ekstraktionsproces for astaxanthin!
MultiSonoReactor til forbedret ekstraktion af astaxanthin ved hjælp af ultralyd med høj effekt
Ultralydsekstraktion af astaxanthin fra mikroalger
Astaxanthin til kosttilskud, som indtages af mennesker og dyr for deres sundhedsmæssige fordele, udvindes fra fisk og skaldyr eller ekstraheres fra algen H. pluvialis. Haematococcus pluvialis er en grøn mikroalge, der producerer et højt indhold af astaxanthin, når den udsættes for stressbetingelser, f.eks. høj saltholdighed, kvælstofmangel, høj temperatur og lys. Med op til 9,2mg/g astaxanthin pr. algecelle (= op til 3,8% af tørvægten af H. pluvialis) ophober Haematococcus pluvialis et meget højt indhold af naturligt astaxanthin og er derfor den foretrukne organisme til produktion af astaxanthin.
For at frigøre astaxanthin fra grønne mikroalger skal algecellerne nedbrydes. Sonikering er en veletableret metode til cellenedbrydning, lysering og isolering af bioaktive forbindelser såsom lipider, antioxidanter, polyfenoler og naturlige pigmenter. Højtydende ultralyd skaber rent mekaniske kræfter, som nedbryder cellevæggene gennem forskydningskræfter og medfører frigivelse af bioaktive stoffer såsom astaxanthin.
Ultralydsekstraktion af astaxanthin fra gær
Phaffia rhodozyma er en gær, der er rig på astaxanthin. Den tykke cellevæg hos P. rhodozyma, som hovedsageligt består af glucan og er ansvarlig for cellens stivhed, gør imidlertid cellenedbrydning og isolering af astaxanthin til en krævende opgave. Forskere (Gogate et al. 2015) fandt, at ultralydsekstraktion i kombination med mælkesyre intensiverer cellenedbrydningen og gør ekstraktionen af astaxanthin fra P. rhodozyma til en grønnere, mere miljøvenlig proces. De brugte mælkesyre som medium til nedbrydningen og ethanol som opløsningsmiddel til ekstraktionen. Det maksimale udbytte af astaxanthin (90%) blev opnået med den ultralydsassisterede ekstraktionsmetode baseret på brug af 3 M mælkesyre og en nedbrydningstid på 15 min. Kraftige ultralydsekstraktorer såsom UIP4000hd (4kW, se billedet til venstre) muliggør i kombination med en gennemstrømningsreaktor, der kan sættes under tryk, dannelsen af meget intens kavitation. Kavitationsbetingede forskydningskræfter nedbryder gærcellernes vægge og fremmer masseoverførslen mellem cellens indre og opløsningsmidlet.
- Overlegent udbytte
- Hurtig ekstraktion – på få minutter
- Ekstrakter af høj kvalitet – skånsom, ikke-termisk behandling
- Grønne opløsningsmidler (f.eks. vand/ethanol)
- Omkostningseffektiv
- Nem og sikker betjening
- Lave investerings- og driftsomkostninger
- 24/7-drift under høj belastning
- Grøn, miljøvenlig metode
Ultralydsekstraktion af astaxanthin – i batchdrift eller med kontinuerlig gennemstrømning
Astaxanthin er en lipofil forbindelse og kan opløses i opløsningsmidler (f.eks. 48,0% ethanol i ethylacetat) og olier (f.eks. sojaolie).
Batch: Ultralydsekstraktionsprocesser kan udføres som simple batchprocesser eller som inlinebehandling, hvor mediet kontinuerligt føres gennem en ultralydsgennemstrømningsreaktor.
Batchbehandling er en enkel procedure, hvor ekstraktionen udføres batch for batch. Hielscher Ultrasonics tilbyder ultralydsprocessorer til små og store batcher, dvs. 1L til 120L.
Til behandling af batcher på 5 til 10L anbefaler vi UP400ST med sonotrode S24d22L2D (se billedet til venstre).
Til behandling af batcher på ca. 120L anbefaler vi sonikatoren UIP2000hdT med sonotrode RS4d40L4.
Gennemstrømning: Ved større volumener og kommerciel ekstraktion i fuld skala føres en kontinuerlig væskestrøm gennem en ultralydsreaktor, hvor suspensionen af plantemateriale i opløsningsmidlet sonikeres intenst.
Til et volumen på ca. 8L/min. anbefaler vi UIP4000hdT med sonotrode RS4d40L3 og flowcellen FC130L4-3G0, der kan sættes under tryk
UIP2000hdT (2kW) til batchekstraktion i stor skala
Højtydende sonikatorer til ekstraktion
Hielscher Ultrasonics er specialiseret i fremstilling af højtydende sonikatorer til produktion af ekstrakter af høj kvalitet fra planter, gær og celler. Hielscher Ultrasonics’ brede produktportefølje spænder fra små, kraftige laboratoriesonikatorer til robuste bordmodeller og fuldt industrielle systemer, der leverer ultralyd med høj intensitet til effektiv ekstraktion 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 farveberøringsskærm til bekvem betjening, et integreret SD-kort til automatisk dataregistrering, fjernstyring via browser og mange flere brugervenlige funktioner. Sonotroderne og flowcellerne (de dele, der er i kontakt med mediet) kan autoklaveres og er nemme at rengøre. Alle vores sonikatorer er bygget til 24/7-drift, kræver kun lidt vedligeholdelse og er nemme og sikre at betjene.
En digital farveskærm muliggør brugervenlig styring af ultralydsudstyret. Vores systemer kan levere fra lave til meget høje amplituder. Til ekstraktion af kemiske forbindelser såsom astaxanthin tilbyder vi særlige ultralydssonotroder (også kendt som ultralydssonder eller horn), der er optimeret til omhyggelig isolering af aktive stoffer af høj kvalitet. Hielscher tilbyder særlige sonotroder til høje amplituder i kombination med flowceller, der kan sættes under tryk og generere ekstreme kavitationsbetingede forskydningskræfter, som nedbryder selv meget robuste gærceller. Robustheden af ultralydsudstyret fra Hielscher muliggør 24/7-drift under høj belastning og i krævende miljøer.
Den præcise styring af ultralydsprocessens parametre sikrer reproducerbarhed og processtandardisering. De automatiserede ultralydsekstraktionssystemer fra Hielscher i industriel skala er designet til høj produktionskapacitet af ekstrakter af overlegen kvalitet og reducerer samtidig arbejdsindsats, omkostninger og energiforbrug.
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.
Nyttig viden
Sonoekstraktion
Ultralydsekstraktion eller sonoekstraktion er baseret på princippet om akustisk kavitation.
Når intense ultralydsbølger tilføres væskesystemer, opstår akustisk kavitation, som er det fænomen, hvor vakuumbobler dannes, vokser og til sidst kollapser (se billedet nedenfor). Under ultralydsbølgernes udbredelse oscillerer og vokser vakuumboblerne, indtil de når et punkt, hvor de ikke kan absorbere mere energi. Når boblerne når deres maksimale størrelse, kollapser de voldsomt, hvilket medfører lokale termiske, mekaniske og kemiske virkninger. De mekaniske virkninger omfatter høje tryk på op til 1000atm, turbulens og intense forskydningskræfter. Disse kræfter nedbryder cellevæggene og fremmer masseoverførslen mellem cellens indre og opløsningsmidlet, så bioaktive forbindelser frigives til den omgivende væske (dvs. opløsningsmidlet).
Akustisk kavitation, som genereres af ultralyd med høj intensitet og lav frekvens, skaber intense forskydningskræfter og lokalt forekommende store tryk- og temperaturforskelle, der giver den nødvendige påvirkning til cellenedbrydning, intens blanding og masseoverførsel. Disse ultralydsbetingede forskydningskræfter anvendes med succes til cannabisekstraktion.
Ultralydsekstraktion af forbindelser fra plantemateriale og cellevæv er blevet grundigt undersøgt. Anvendelsen af meget intense ultralydsbølger fremmer ekstraktionsprocesser betydeligt. Ud over procesintensivering – som resulterer i højere udbytter og kortere ekstraktionstid – forhindres termisk nedbrydning og tab af temperaturfølsomme bestanddele, da sonikering er en ikke-termisk behandling. Desuden har ultralydsekstraktion lave investerings- og driftsomkostninger, reducerer brugen af opløsningsmidler og/eller muliggør brugen af grønnere opløsningsmidler, hvilket gør den til en økonomisk og miljøvenlig ekstraktionsteknik. Ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) overgår konventionelle ekstraktionsmetoder og er blevet overtaget fra fødevareindustrien til produktion af bioaktive forbindelser med økonomiske gevinster.
Kraftige ultralydsbølger nedbryder cellematrixen i biologiske strukturer og frigiver de bioaktive forbindelser. Masseoverførslen mellem plantematerialet og opløsningsmidlet intensiveres. På grund af disse mekanismer er ultralydsekstraktion meget effektiv til cannabisekstraktion.
Astaxanthin
Astaxanthin er kendetegnet ved en dybrød farve. Det er et fedtopløseligt pigment, som findes i alger (f.eks. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), gær (f.eks. Phaffia rhodozyma), laks, ørred, krill, rejer og krebs. Astaxanthin betragtes som en superantioxidant, da dets antioxidative styrke er ti til tyve gange større end mange andre carotenoiders, såsom beta-caroten, lutein og zeaxanthin, og hundrede gange større end alfa-tocopherols (vitamin E).
Astaxanthin (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) er et ketocarotenoid og tilhører en større klasse af kemiske forbindelser kendt som terpener (som et tetraterpenoid), der er sammensat af forstadier med fem kulstofatomer, isopentenyldiphosphat og dimethylallyldiphosphat. Astaxanthin klassificeres som en type carotenoidforbindelse med iltholdige komponenter, nemlig hydroxyl (-OH) eller keton (C=O), ligesom zeaxanthin og canthaxanthin. Astaxanthin er en metabolit af zeaxanthin og/eller canthaxanthin og indeholder både hydroxyl- og ketonfunktionelle grupper. Ligesom mange carotenoider er astaxanthin et lipidopløseligt pigment og er kendetegnet ved sin røde farve. Carotenoider, herunder astaxanthin, er velkendte for deres antioxidative kapacitet.
Astaxanthin er et rødt pigment og stammer naturligt fra regnvandsmikroalgen Haematococcus pluvialis og gæren Xanthophyllomyces dendrorhous (også kendt som Phaffia rhodozyma). Algen udsættes for stress gennem én eller en kombination af betingelser, der spænder fra mangel på næringsstoffer og øget saltholdighed til for meget sollys, for at danne astaxanthin. De arter, der indtager disse stressede ferskvandsmikroalger, såsom laks, rød ørred, rød havrude, flamingo og krebsdyr (f.eks. rejer, krill, krabber, hummere og krebs), afspejler pigmenteringen i deres udseende med rødorange nuancer.
Som kosttilskud indgives astaxanthin for sine sundhedsfremmende og sygdomsbehandlende virkninger. Astaxanthin er et veletableret nutraceutikum, der indgives for at forbedre hudens sundhed (f.eks. reducere rynker, skader fra solskoldning osv.).
Desuden får astaxanthin stigende opmærksomhed for sin anvendelse til behandling af Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom, hjerte-kar-sygdomme, forhøjet kolesterol, leversygdomme og aldersrelateret makuladegeneration samt til forebyggelse af kræft.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra laboratoriestørrelse til industriel størrelse.