Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschallverstärkte dreiphasige Partitionierung

  • Die Drei-Phasen-Partitionierung (TPP) ist eine Technik, um Komponenten, z. B. Lipide, Enzyme, Polysaccharide und andere Biomoleküle, aus biologischem Material zu extrahieren, zu trennen und zu reinigen.
  • Die ultraschallunterstützte Dreiphasen-Verteilung übertrifft das herkömmliche TPP durch höhere Ausbeute, verbesserte Reinheit und außergewöhnliche Geschwindigkeit.
  • Ultraschall-TPP ist für kleine und große Volumina anwendbar und kann leicht für die industrielle Produktion skaliert werden.

Ultraschall-Dreiphasen-Partitoning

Drei-Phasen-Partitionierung

Die Drei-Phasen-Partitionierung (TPP) ist ein einfaches und effizientes Einschrittverfahren zur Trennung, Reinigung und Konzentration von Biomolekülen wie Enzymen, Lipiden, Polysacchariden usw. aus komplexen Gemischen.
TPP wird durch die aufeinanderfolgende Zugabe einer ausreichenden Menge Salz (typischerweise Ammoniumsulfat) und eines organischen Lösungsmittels (hauptsächlich t-Butanol /tert-Butanol). Salze wie Ammoniumsulfat werden in einer bestimmten Sättigung verwendet, um das Protein auszufällen. Ein organisches Lösungsmittel wie z t-Butanol wird zugegeben, um dreiphasige Schichten zu bilden und niedermolekulare Verbindungen wie Lipide, Phenole und einige Detergentien zu entfernen. Schon seit t-Butanol hat einen hohen Siedepunkt, ist aber weniger brennbar als Ethanol und Methanol, t-Butanol ist das bevorzugte Lösungsmittel für TPP.
Nach der Behandlung des Rohextrakts und der Dekantierung trennt sich das Gemisch in drei verschiedene Phasen: das obere Lösungsmittel (t-Butanol) enthält unpolare Verbindungen, die durch einen Grenzflächenproteinniederschlag von der unteren wässrigen Phase (die polare Verbindungen enthält) getrennt sind. Die gewünschten Proteine ​​werden selektiv in eine Phase und andere Verunreinigungsproteine ​​in die andere Phase aufgeteilt. Dies bewirkt eine teilweise Reinigung und Konzentration des Proteins. Das Extraktionsverfahren ist eine Verschmelzung von kosmotropen, ausgesalzenen, isotonischen Co-Lösungsmitteln und osmolytischen Ausfällungen von Proteinen.

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Ultraschallverstärkte TPP

Ultraschall-Drei-Phasen-Partitionierung zeichnet sich durch maximale Reinheit, Rückgewinnung und reduzierte Verarbeitungszeit aus.Die Sondierung intensiviert den TPP-Prozess erheblich. Ultraschallunterstütztes TPP wird erfolgreich zur Trennung und Reinigung von Biomolekülen eingesetzt. Eine breite Palette von Biomolekülen wurde in kürzerer Zeit effizienter isoliert. Zum Beispiel Enzyme aus Pflanzen (z.B. Bromelain, Papain, Invertase, Polyphenoloxidase und Trypsinhemmer), Tieren (z.B. Trypsin, α-Chymotrypsin, Chymosin, Pepsin und Luziferase) und Mikroben (z.B.g. Lipase, α-Amylase, α-Galaktosidase, Serratiopeptidase, Cyclodextringlycosyltransferase und fibrinolytische Enzyme) wurden über Ultraschall-TPP gereinigt. Ein weiterer Vorteil des Ultraschall-TPP ist die erhöhte Aktivität verschiedener Enzyme, was zu deutlich höheren Ausbeuten (>100%) führt, da sich das betreffende Enzym oder Protein in der mittleren Schicht zwischen der organischen und der wässrigen Phase ausfällt.
Ultraschall-TPP kann effektiv mit rohen Proben verwendet werden und kann leicht hochskaliert werden.

Ultraschall verbesserte Dreiphasenpartitionierung (TPP)

Die Ultraschallbehandlung verbessert die Dreiphasentrennung erheblich und führt zu einer höheren Ausbeute und Reinheit in einer drastisch kürzeren Prozesszeit.

Vorteile:

  • höhere Ausbeute
  • schnelle Erholung
  • von hohe Reinheit
  • zeitsparend
  • preiswert
  • einfach zu laufen
  • umweltfreundlich
  • für Labor und Industrie

Beispiele für US-TPP

Ultraschall TPP für die Extraktion von Astaxanthin

Für die Extraktion von Astaxanthin (AX), die kombinierte Behandlung von TPP und Ultraschall mit Hielscher UP400S ist nicht nur einfach und leicht anwendbar, sondern auch eine sehr effiziente Technik, um AX von der bakteriellen Biomasse von Paracoccus NBRC 101723 zu isolieren. Die Betriebsvariablen der Ultraschallbehandlung können optimiert werden, um optimale Extraktionsergebnisse zu erhalten. Ultraschallverarbeitungsparameter wie Amplitude, Zeit, Temperatur und Extraktionsgefäße (Größe, Form) sowie die Partikelgröße von Biomasse beeinflussen die Freisetzung von AX aus Biomasse signifikant. Die Ultraschallbehandlung von feuchter Biomasse ergibt bessere Ergebnisse als die Ultraschall-TPP von getrockneter Biomasse zur schnellen und effizienten Extraktion von AX. Das Ultraschall-TPP führt zu einer 37% höheren AX-Rückgewinnung als die herkömmliche Lösungsmittelextraktion. (vgl. Chougle et al. 2013)

Ultraschall-TPP zur Abtrennung von Andrographolid aus Andrographis paniculata

Andrographolid ist ein Labdan-Diterpenoid, das wegen seiner hohen entzündungshemmenden, antioxidativen, hepatoprotektiven, antikarzinogenen und antidiabetischen Wirkung geschätzt wird. Vergleichende Studien zeigen, dass Ultraschall-TPP nicht nur die Ausbeute an Andrographolid erhöht, sondern auch die antioxidative Aktivität im Vergleich zu konventionellem TPP verbessert.

Hochleistungs-Ultraschall-Prozessoren

Hielscher Ultrasonics ist spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallsystemen für die Extraktion und viele andere Prozesse.
Unsere Produktpalette umfasst kleine, leistungsfähige Laborgeräte, robuste Tisch-Ultraschallgeräte und industrielle Hochleistungssysteme. Die Mannigfaltigkeit Zubehör ermöglichen die ideale Anpassung des Ultraschallsystems an Ihre spezifischen Prozessanforderungen. Alle Hielscher Ultraschallgeräte sind für den Dauerbetrieb unter Volllast ausgelegt.
Unsere langjährige Erfahrung in der Ultraschallverarbeitung ermöglicht es uns, unsere Kunden von ihren ersten Tests mit Ultraschall durch die Schritte der Prozessoptimierung und Implementierung im industriellen Maßstab zu beraten.
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Hielscher deckt das gesamte Spektrum von kompaktem Labor ultrasonicators zu Benchtop-Größe und vollen kommerziellen Produktion Größensystemen.

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Literatur

  • Chougle, JA: et al. (2013): Ultraschallunterstützte Dreiphasentrennung (UATPP): Eine neuartige Technik, die zur Extraktion von Astaxanthin aus Paracoccus NBRC 101723 entwickelt wurde. CSBE / SCGAB 2013 – Jahreskonferenz University of Saskatchewan, Saskatoon, 7.-10. Juli 2013.
  • Ketnawa, S. et al (2017): Phasentrennung für die Enzymtrennung: Eine Übersicht und aktuelle Anwendungen. International Food Research Journal 24 (1), 2017. 1-24.
  • Varakumar, S. et al. (2017): Verbesserte Extraktion von Oleoresin aus Ingwer (Zingiber officinale) Rhizom-Pulver mit enzymgestützter Drei-Phasen-Partitionierung. Lebensmittelchemie 216, 2017. 27-36.
  • Yan J.-K. et al. (2018): Ultraschall synergisiert mit Drei-Phasen-Partitionierung für die Extraktion und Trennung von Corbicula fluminea Polysaccharide und mögliche relevante Mechanismen. Ultraschall Sonochemie Vol. 40, Teil A, 2018. 128-134.


Wissenswertes

Drei-Phasen-Partitionierung (TPP)

TPP ist eine Bioseparationstechnik, basierend auf der Aufteilung von polaren Bestandteilen, Proteinen und hydrophoben Bestandteilen in drei Phasen, bestehend aus Wasser, Ammoniumsulfat und t-Butanol.
Mehrere wichtige therapeutische und industrielle Enzyme (z. B. & agr; -Galactocidase, & agr; -Amylase-Inhibitoren und Protease) und natürliche Verbindungen (z. B. Diterpene wie Forskolin und Andrographolid) werden durch Dreiphasen-Auftrennung gereinigt. Während sich Pigmente, Lipide und Enzyminhibitoren in der oberen Lösungsmittelphase anreichern, die von der unteren wässrigen Phase getrennt ist, wo polare Komponenten wie Saccharide durch eine intermediäre proteinpräzipitierte Schicht akkumuliert werden. Schon seit t-Butanol bindet TPP-gefällte Proteine, die als Protein-t-Butanol-Copräzipitate auftreten, es schwebt zwischen organischer und wässriger Schicht und kann leicht abgetrennt und gereinigt werden. Im Allgemeinen werden Biomoleküle in einer gereinigten Form an der Interphase gewonnen, während sich die Kontaminanten größtenteils aufteilen t-Butanol (obere Phase) und zur wässrigen Phase (untere Phase).

Astaxanthin

Astaxanthin (3, 3´-dihydroxy-ß, ß-Carotin 4, 4´-dione) ist ein Keto-Carotinoid, das zur Klasse der Terpene gehört. Als Tetraterpenoid besteht es aus fünf Kohlenstoffvorläufern, Isopentenyldiphosphat und Dimethylallyldiphosphat. Astaxanthin ist ein gelb-orangefarbenes Pflanzenschwein und wird daher als Xanthophyll bezeichnet. Astaxanthin kommt hauptsächlich in Mikroalgen, Hefen, Salmoniden, Forellen, Krill, Garnelen, Krebsen und Krustentieren vor. Als hochwirksamer Radikalfänger, Hautschutzmittel, antikanzerogen und als Verstärker des Immunsystems wird Astaxanthin als Ergänzung und Zusatzstoff in Lebensmitteln, Arzneimitteln und Kosmetika eingesetzt. Ultraschall-TPP verbessert den Extraktions- und Trennprozess von Astaxanthin aus natürlichen Quellen und macht seine wirtschaftliche Produktion auf industriellem Niveau möglich.

Hielscher Ultrasonics ist auf die Hochleistungs-Ultraschallverarbeitung spezialisiert

UIP1000hdT – 1 kW industrieller Ultraschallgerät