Ultralydsforstærket trefasepartitionering

• Trefasepartitionering (TPP) er en teknik til at ekstrahere, separere og oprense komponenter, f.eks. lipider, enzymer, polysaccharider og andre biomolekyler, fra biologisk materiale.
• Ultralydsassisteret trefasepartitionering overgår konventionel trefasepartitionering med højere udbytte, forbedret renhed og enestående hastighed.
• Trefasepartitionering med ultralyd kan anvendes til små og store volumener og kan nemt opskaleres til industriel produktion.

Trefasepartitionering med ultralyd

Trefasepartitionering

Trefasepartitionering (TPP) er en enkel og effektiv ettrinsproces til separation, oprensning og koncentrering af biomolekyler såsom enzymer, lipider, polysaccharider osv. fra komplekse blandinger.
TPP udføres ved sekventiel tilsætning af en tilstrækkelig mængde salt (typisk ammoniumsulfat) og et organisk opløsningsmiddel (hovedsageligt t-butanol/tert-butanol). Salte såsom ammoniumsulfat anvendes ved en bestemt mætningsgrad til at udfælde proteinet. Et organisk opløsningsmiddel såsom t-butanol tilsættes for at danne tre faselag og fjerne forbindelser med lav molekylvægt såsom lipider, fenolforbindelser og visse detergenter. Da t-butanol har et højt kogepunkt, men er mindre brandfarligt end ethanol og methanol, er t-butanol det foretrukne opløsningsmiddel til TPP.
Efter behandling af råekstraktet og dekantering adskilles blandingen i tre særskilte faser: Den øvre opløsningsmiddelfase (t-butanol) indeholder upolære forbindelser, som er adskilt fra den nedre vandige fase (der indeholder polære forbindelser) af et proteinpræcipitat i grænsefladen. De ønskede proteiner fordeles selektivt til den ene fase og andre kontaminerende proteiner til den anden fase. Dette medfører delvis oprensning og koncentrering af proteinet. Ekstraktionsprocessen er en kombination af kosmotrop udfældning, udsaltning, udfældning med et isotonisk coopløsningsmiddel og osmolytisk udfældning af proteiner.

Ultralydsforstærket trefasepartitionering

Sonikering intensiverer TPP-processen betydeligt. Ultralydsassisteret trefasepartitionering anvendes med succes til separation og oprensning af biomolekyler. En lang række biomolekyler er blevet isoleret mere effektivt på kortere tid. For eksempel er enzymer fra planter (f.eks. bromelain, papain, invertase, polyfenoloxidase og trypsininhibitorer), dyr (f.eks. trypsin, α-chymotrypsin, chymosin, pepsin og luciferase) og mikrober (f.eks. lipase, α-amylase, α-galactosidase, serratiopeptidase, cyclodextringlycosyltransferase og fibrinolytiske enzymer) blevet oprenset ved hjælp af TPP med ultralyd. En yderligere fordel ved trefasepartitionering med ultralyd er den øgede aktivitet af forskellige enzymer, hvilket resulterer i tilsyneladende højere udbytter (med ca. 100%), da det ønskede enzym eller protein udfældes i det midterste lag mellem den organiske og den vandige fase.
Trefasepartitionering med ultralyd kan anvendes effektivt til råprøver og kan nemt opskaleres.

Eksempler på trefasepartitionering med ultralyd (US-TPP)

TPP med ultralyd til ekstraktion af astaxanthin

Til ekstraktion af astaxanthin (AX) er den kombinerede behandling med TPP og sonikering med sonikatoren UP400S fra Hielscher ikke blot enkel og nem at anvende, men også en meget effektiv teknik til at isolere AX fra den bakterielle biomasse af Paracoccus NBRC 101723. Sonikeringens driftsvariabler kan optimeres for at opnå optimale ekstraktionsresultater. Ultralydsbehandlingsparametre såsom amplitude, tid, temperatur og ekstraktionsbeholder (størrelse, form) samt biomassens partikelstørrelse påvirker i betydelig grad frigivelsen af AX fra biomasse ved hjælp af ultralyd. Sonikering af våd biomasse giver bedre resultater end TPP med ultralyd af tørret biomasse ved hurtig og effektiv ekstraktion af AX. TPP med ultralyd giver en 37% højere genvinding af AX end konventionel opløsningsmiddelekstraktion. (jf. Chougle et al. 2013)

TPP med ultralyd til separation af andrographolid fra Andrographis paniculata

Andrographolid er et labdanditerpenoid, som værdsættes for sine stærke antiinflammatoriske, antioxidative, hepatoprotektive, antikarcinogene og antidiabetiske virkninger. Sammenlignende undersøgelser viser, at TPP med ultralyd ikke blot øgede udbyttet af andrographolid, men også forbedrer den antioxidative aktivitet sammenlignet med konventionel TPP.

Højtydende sonikatorer til trefasepartitionering

Hielscher Ultrasonics er specialiseret i konstruktion og fremstilling af ultralydssystemer med høj effekt til ekstraktion samt mange andre processer.
Vores produktsortiment omfatter små, kraftfulde laboratoriesonikatorer, robuste bordhomogenisatorer og industrielle højtydende ultralydssystemer. Det omfattende tilbehør muliggør ideel tilpasning af ultralydssystemet til dine specifikke proceskrav. Alle sonikatorer fra Hielscher er bygget til drift 24/7 under fuld belastning.
Vores mangeårige erfaring med ultralydsbehandling gør det muligt for os at rådgive vores kunder fra deres første forsøg med ultralyd gennem trinnene i procesoptimering og implementering i industriel skala.
Brug formularen nedenfor til at fortælle os om din proces! Vi giver gerne anbefalinger og drøfter mulighederne og fordelene ved sonikering til din anvendelse.

Litteratur/Referencer

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultralydsassisteret trefasepartitionering (UATPP): En ny teknik udviklet til ekstraktion af astaxanthin fra Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – årlig konference ved University of Saskatchewan, Saskatoon, 7.–10. juli 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Fasepartitionering til enzymseparation: En oversigt og nyere anvendelser. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Forbedret ekstraktion af oleoresin fra pulver af ingefærens (Zingiber officinale) jordstængel ved hjælp af enzymassisteret trefasepartitionering. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultralyd i synergi med trefasepartitionering til ekstraktion og separation af polysaccharider fra Corbicula fluminea samt mulige relevante mekanismer. Ultrasonics Sonochemistry bind 40, del A, 2018. 128–134.