Ultraschallextraktion von Spirulina-Pigmenten

Die Ultraschallextraktion hat sich als hocheffizient bei der Isolierung hochwertiger Extrakte aus Mikroalgen erwiesen. Spirulina-Pigmente wie Phycocyanin sind als Superfood bekannt und tragen aufgrund ihres hohen Gehalts an Antioxidantien, Vitaminen und Proteinen zur Gesundheit bei. Zur Herstellung hochkonzentrierter Nahrungsergänzungsmittel wie Pulver und Tabletten müssen die blauen Pigmente aus den Spirulina-Algen extrahiert werden.

Spirulina

Arthrospira platensis (A. platensis) und Arthrospira maxima (A. maxima) sind unter der Bezeichnung Spirulina bekannt. Spirulina sind Blaualgen, die reich an Aminosäuren und Antioxidantien sind. Aufgrund ihres hohen Gehalts an Nährstoffen wie Proteinen, Enzymen, Mineralstoffen wie Eisen und Mangan sowie den Vitaminen A, K und B12 werden sie als Superfood eingestuft. Die Algengattung Arthrospira weist einen besonders hohen Proteingehalt auf. Der Proteingehalt beträgt 53 bis 68% der Trockenmasse; die Proteine enthalten das vollständige Spektrum aller essenziellen Aminosäuren. Darüber hinaus enthält Arthrospira große Mengen mehrfach ungesättigter Fettsäuren (PUFAs), die etwa 1,5 bis 2% des Gesamtlipidgehalts von 5 bis 6% ausmachen. Zu diesen PUFAs gehört γ-Linolensäure (GLA), eine essenzielle Omega-6-Fettsäure. Weitere bioaktive Verbindungen von Arthrospira sind Vitamine, Mineralstoffe sowie photosynthetische Pigmente.
Hinweis: Die wissenschaftlich korrekten Bezeichnungen für Spirulina platensis (S. platensis) und Spirulina maxima (S. maxima) lauten Arthrospira platensis (A. platensis) und Arthrospira maxima (A. maxima). Beide Arten wurden früher der Gattung Spirulina zugeordnet und sind bis heute umgangssprachlich unter dem Namen Spirulina bekannt. Obwohl die Einführung der beiden getrennten Gattungen Arthrospira und Spirulina inzwischen allgemein anerkannt ist, wird Spirulina häufig als Oberbegriff verwendet.

Ultraschallextraktion von Spirulina

Ultraschall-Zellaufschlussgeräte (auch als Ultraschallextraktoren bezeichnet) sind dafür bekannt, Zellen öffnen zu können, um intrazelluläres Material freizusetzen. Werden intensive Ultraschallwellen in Flüssigkeiten eingekoppelt, tritt das Phänomen der akustischen Kavitation auf. Die Kavitationskräfte brechen Zellwände auf und verbessern den Stofftransport, sodass die bioaktiven Zielverbindungen aus der Zelle in die Flüssigkeit gelangen.

Ultraschallextraktion aus Zellen: Der mikroskopische Querschnitt (TS) zeigt den Wirkmechanismus bei der Ultraschallextraktion aus Zellen (Vergrößerung 2000x) [Quelle: Vilkhu et al. 2011]

Extraktionsprotokoll

Prabuthas et al. (2011) entwickelten das folgende Extraktionsprotokoll, um einen hochwertigen Phycocyaninextrakt zu gewinnen: Die Phycocyaninextraktion wurde anhand der Phycocyaninkonzentration bei Verwendung von destilliertem Wasser und einer 1%igen CaCl2-Lösung bewertet. Die Meeresalge Spirulina wird in getrockneter Form verwendet, da die feuchte Biomasse aufgrund ihrer Nährstoffzusammensetzung unmittelbar von Bakterien verwertet wird und sich zu zersetzen beginnt. Um diese Probleme zu vermeiden, wird daher die Verwendung getrockneter Algenbiomasse empfohlen. Für die Extraktion wurden 0,1g getrocknete Biomasse mit dem Lösungsmittel vermischt; Dauer und Amplitude der Beschallung richteten sich nach dem Versuchsplan. Die Probensuspensionen wurden mit einem Ultraschall-Zellaufschlussgerät UP50H von Hielscher beschallt und anschließend für 15 min bei 13.500rpm in einer gekühlten Zentrifuge zentrifugiert. Der Phycocyanin- und Proteingehalt wurde bei der Extraktion mit den verschiedenen Lösungsmitteln Calciumchloridlösung und destilliertem Wasser untersucht.
Der höchste Phycocyaningehalt von 0,3116mg/ml wurde in Calciumchloridlösung erzielt, gefolgt von 0,299mg/ml in destilliertem Wasser. Der höchste Proteingehalt von 63,63% wurde mit destilliertem Wasser als Lösungsmittel erzielt; in Calciumchloridlösung betrug er 54,69%. Somit erwies sich CaCl2-Lösung als das beste Lösungsmittel für die ultraschallunterstützte Extraktion von Phycocyanin.

Hochleistungs-Ultraschallextraktoren für die Spirulina-Extraktion

Hielscher ist Ihr Partner mit langjähriger Erfahrung, wenn es um die leistungsstarke, zuverlässige Ultraschallextraktion bioaktiver Substanzen aus Pflanzen und pflanzlicher Biomasse geht. Alle Ultraschallextraktoren können 24/7 betrieben werden und eignen sich für die gewerbliche Herstellung von Extrakten zur Nahrungsergänzung. Unser Produktsortiment deckt das gesamte Spektrum ab – von kleineren handgeführten Geräten zum Aufschluss biologischen Materials über Ultraschallgeräte für den Pilotmaßstab bis hin zu industriellen Ultraschallsystemen. Vielfältiges Zubehör wie unterschiedliche Sonotroden und Durchflusszellenreaktoren ermöglicht die optimale Anpassung an Ihre Prozessanforderungen. Alle Ultraschallprozessoren von Hielscher sind robust, einfach zu bedienen und benutzerfreundlich gestaltet. Unsere digital gesteuerten Ultraschallgeräte verfügen über eine integrierte SD-Karte zur automatischen Protokollierung der Beschallungsdaten.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

Unser gut geschultes Personal gewährleistet einen hochwertigen Kundenservice und professionelle Beratung.
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