Ultralyd Astaxanthin ekstraktion for højere udbytter
- Astaxanthin er en meget potent antioxidant, der anvendes i lægemidler og kosttilskud.
- For at producere astaxanthin af høj kvalitet fra naturlige kilder såsom alger kræves en højtydende ekstraktionsteknik.
- Ultralydsekstraktion er en mekanisk behandling, som giver høje udbytter af astaxanthin i en meget kort ekstraktionstid.
Højtydende sonikere til Astaxanthin-ekstrakter af høj kvalitet
Ultralydsekstraktion er en højtydende ekstraktionsteknik, der bruger intense ultralydsbølger til at udvinde astaxanthin fra naturlige kilder, såsom mikroalger, krill eller krebsdyr. Astaxanthin er et naturligt forekommende carotenoidpigment kendt for sine kraftfulde antioxidantegenskaber og forskellige sundhedsmæssige fordele. Det bruges almindeligvis som kosttilskud og madfarvestof. Lear hvordan sonikering hjælper med at forbedre din astaxanthin ekstraktionsproces!
MultiSonoReactor til forbedret astaxanthinekstraktion 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, astaxanthin opnås fra fisk og skaldyr eller ekstraheres fra algerne H. pluvialis. Haematococcus pluvialis er en grøn mikroalge, som producerer et højt indhold af astaxanthin, når der anvendes stressforhold, f.eks. høj saltholdighed, kvælstofmangel, høj temperatur og lys. Med op til 9,2 mg/g astaxanthin pr. algecelle (= op til 3,8 % på tørvægten af H. pluvialis) akkumulerer Haematococcus pluvialis et meget højt indhold af naturlig astaxanthin og er derfor den foretrukne organisme til produktion af astaxanthin.
For at frigive astaxanthin fra grønne mikroalger skal algecellerne forstyrres. Ultralydbehandling er veletableret med henblik på celleforstyrrelse, lysis og isolering af bioaktive forbindelser også som lipider, antioxidanter, polyfenoler og naturlige pigmenter. Højtydende ultralyd skaber rent mekaniske kræfter, som forstyrrer cellevæggene ved forskydningskræfter og forårsager frigivelse af bioaktive stoffer såsom astaxanthin.
Ultralydsekstraktion af Astaxanthin fra gær
Phaffia rhodozyma er en gær rig på astaxanthin. Den tykke cellevæg af P. rhodozyma, som hovedsageligt er sammensat af glucan og ansvarlig for cellens stivhed, gør celleforstyrrelse 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 til en grønnere, miljømetalvenligere proces. De brugte mælkesyre som medium til afbrydelse og ethanol som opløsningsmiddel til ekstraktion. Det maksimale udbytte af astaxanthin (90%) blev opnået for den ultralydsassisterede ekstraktionsmetode baseret på brugen af 3 M mælkesyre, forstyrrelsestid på 15 min. Kraftige ultralydsekstraktorer såsom UIP4000hd (4kW, se billede til venstre) i kombination med en gennemstrømningsreaktor under tryk muliggør generering af meget intens kavitation. Kavitationelle forskydningskræfter forstyrrer gærcellevæggene og fremmer masseoverførslen mellem cellens indre og opløsningsmidlet.
- Overlegent udbytte
- Udsugning med høj hastighed – inden for få minutter
- Ekstrakter af høj kvalitet – Mild, ikke-termisk
- Grønne opløsningsmidler (f.eks. vand/ethanol)
- Omkostningseffektiv
- Nem og sikker betjening
- Lave investerings- og driftsomkostninger
- 24/7 drift under tung belastning
- Grøn, miljøvenlig metode
Ultralyd Astaxanthin ekstraktion – i batch- eller kontinuerlig flowtilstand
Astaxanthin er en lipofil forbindelse og kan opløses i opløsningsmidler (f.eks. 48,0% ethanol i ethylacetat) og olier (f.eks. sojabønneolie).
Batch: Ultralydsekstraktionsprocesser kan drives som simple batchprocesser eller som inline-behandling, hvor mediet kontinuerligt føres gennem en ultralydsgennemstrømningsreaktor.
Batchbehandling er en nem procedure, hvor ekstraktionen udføres parti for parti. Hielscher Ultrasonics tilbyder ultralydsprocessorer til små til store partier, dvs. 1L til 120L.
Til behandling af batcher på 5 til 10L anbefaler vi UP400St med sonotrode S24d22L2D (se billede til venstre).
Til behandling af batcher på ca. 120L anbefaler vi Soniker UIP2000hdT med sonotrode RS4d40L4.
Gennemstrømning: For større mængder og kommerciel ekstraktion i fuld skala føres en kontinuerlig væskestrøm gennem en ultralydsreaktor, hvor opløsningsmidlet / botanisk opslæmning sonikeres intenst.
Ved en volumen på ca. 8L/min. anbefaler vi UIP4000hdT med sonotrode RS4d40L3 og tryksat flowcelle FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) til batchekstraktion i stor skala
Højtydende ultralydapparater til ekstraktion
Hielscher Ultrasonics er specialiseret i fremstilling af højtydende sonikere til fremstilling af ekstrakter af høj kvalitet fra planter, gær og celler. Den brede produktportefølje af Hielscher Ultrasonics spænder fra små, kraftfulde laboratorie-ultralydapparater til robuste bænk-top 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 sonikere fra 200W til 16.000W har en intuitiv menu med programmerbare indstillinger, et farvet berøringsdisplay for komfortabel betjening, et integreret SD-kort til automatisk dataoptagelse, browserfjernbetjening 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 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 op til meget høje amplituder. Til ekstraktion af kemiske forbindelser såsom astaxanthin tilbyder vi specielle ultralydssonotroder (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 tunge og i krævende miljøer.
Den præcise kontrol af ultralydsprocesparametrene sikrer reproducerbarhed og processtandardisering. Hielscher automatiserede ultralydsekstraktionssystemer i industriel skala er designet til høj produktionskapacitet af ekstrakter af overlegen kvalitet, 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, der er værd at vide
Sono-ekstraktion
Ultralydsekstraktion eller sono-ekstraktion er baseret på princippet om akustisk kavitation.
Når intense ultralydsbølger påføres væskesystemer, opstår der akustisk kavitation, som er fænomenet generering, vækst og eventuelt kollaps af vakuumbobler (se billedet nedenfor). Under udbredelsen af ultralydsbølgerne svinger vakuumboblerne og vokser, indtil de når et punkt, hvor de ikke kan absorbere mere energi. På toppen af boblevæksten kollapser de voldsomt, hvilket forårsager lokale termiske, mekaniske og kemiske virkninger. De mekaniske virkninger omfatter høje tryk på op til 1000atm, turbulenser og intense forskydningskræfter. Disse kræfter forstyrrer cellevæggene og fremmer masseoverførsel mellem cellens indre og opløsningsmidlet, hvilket frigiver bioaktive forbindelser til den omgivende væske (dvs. opløsningsmiddel).
Akustisk kavitation, genereret af højintensiv, lavfrekvent ultralyd, skaber intense forskydningskræfter og lokalt forekommende høje tryk- og temperaturforskelle, som giver den nødvendige indvirkning til celleforstyrrelse, intens blanding og masseoverførsel. Disse ultralydsforskydningskræfter anvendes med succes til cannabisekstraktion.
Ultralydsekstraktion af forbindelser fra botaniske stoffer og cellevæv er blevet godt undersøgt. Anvendelsen af meget intense ultralydsbølger fremmer ekstraktionsprocesser betydeligt. Udover procesintensivering – hvilket resulterer i højere udbytter og kortere ekstraktionstid – termisk nedbrydning og tab af temperaturfølsomme bestanddele forhindres, da sonikering er ikke-termisk behandling. Desuden har ultralydsekstraktion lave investerings- og driftsomkostninger, reducerer brugen af opløsningsmidler og / eller giver mulighed for brug af grønnere opløsningsmidler, hvilket gør det til en økonomisk og miljøvenlig ekstraktionsteknik. Ultralydassisteret ekstraktion (UAE) overgår konventionelle ekstraktionsmetoder og er blevet adopteret fra fødevareindustrien til at producere bioaktive forbindelser med økonomiske gevinster.
Kraftige ultralydsbølger 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 er kendetegnet ved en dyb rød farve. Det er et fedtopløseligt pigment, der 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 super-antioxidant, da dens antioxidative styrke er ti til tyve gange mere kraftfuld end mange andre carotenoider, såsom beta-caroten, lutein og zeaxanthin, og hundrede gange kraftigere end alfa-tocopherol (E-vitamin).
Astaxanthin (3,3′-dihydroxy-β, β′-caroten-4,4′-dion) er et keto-carotenoid og tilhører en større klasse af kemiske forbindelser kendt som terpener (som en tetraterpenoid), som er sammensat af fem carbonprækursorer, isopentenyldiphosphat og dimethylallyldiphosphat. Astaxanthin er klassificeret som en type carotenoidforbindelser med iltholdige 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 ketonfunktionelle grupper. Som 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 regnvandsmikroalger (Haematococcus pluvialis) og gæren kaldet Xanthophyllomyces dendrorhous (også kendt som Phaffia rhodozyma). Algerne gennemgår en stress via en eller en kombination af tilstande, der spænder fra mangel på næringsstoffer, øget saltholdighed og overdreven solskin for at skabe Astaxanthin. De arter, der spiser disse stressede ferskvandsmikroalger, såsom laks, rødørred, rødbrasen, flamingo, krebsdyr (f.eks. rejer, krill, krabbe, hummer, krebs), afspejler pigmenteringen af de rød-orange nuancer i deres udseende.
Som et supplement administreres astaxanthin for dets sundhedsfremmende og sygdomsbehandlende virkninger. Astaxanthin er et veletableret nutraceutical, der administreres for at forbedre hudens sundhed (f.eks. reducere rynker, skader ved solskoldning osv.).
Desuden får astaxanthin stigende opmærksomhed for dets anvendelse til behandling af Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom, kardiovaskulære sygdomme, højt kolesteroltal, leversygdomme, aldersrelateret makuladegeneration og forebyggelse af kræft.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.