Υπερήχων εκχύλιση φυκών για συμπληρώματα διατροφής
Υπερήχων εκχύλιση είναι η ανώτερη μέθοδος για να διαταράξει τα κύτταρα των φυκών αποτελεσματικά και γρήγορα. Κατεργασία με υπερήχους μπορεί να απελευθερώσει την πλήρη ποσότητα των βιοδραστικών ενώσεων, γεγονός που καθιστά την τεχνική υπερήχων εξαιρετικά αποτελεσματική.
Πώς να εξαγάγετε πρωτεΐνες, λιπίδια και φαινολικά από φύκια με υπερήχους
Τα είδη φυκών και μικροφυκών είναι πλούσια σε βιολογικά δραστικές ενώσεις όπως πρωτεΐνες, λιπίδια, καροτενοειδή, χρωστικές ουσίες (π.χ. φυκοκυανίνες, ασταξανθίνη κ.λπ.), φαινολικά και πολυσακχαρίτες (π.χ. καραγενάνες). Αυτό τους καθιστά ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο φυσικό υλικό για την παραγωγή εκχυλισμάτων για τρόφιμα και συμπληρώματα διατροφής. Συνήθως χρησιμοποιούμενα είδη φυκιών για συμπληρώματα διατροφής είναι Arthrospira maxima και (επίσης γνωστή ως σπιρουλίνα), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis, και Ulva spp. Τα φύκια είναι γνωστό ότι είναι μια καλή πηγή πρωτεϊνών υψηλής ποιότητας, λιπιδίων, PUFA μακράς αλυσίδας (δηλαδή ωμέγα-3), πολυσακχαριτών (π.χ. αλγινικό, καραγενάνη, β-γλυκάνες), βιταμινών και αντιοξειδωτικών.
Η σπιρουλίνα είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος φυκών, που είναι πλούσιος σε υψηλής αξίας βιοδραστικές ενώσεις όπως πρωτεΐνες (με 50-70% ξηρό βάρος). Δεδομένου ότι η σπιρουλίνα έχει εγκριθεί από το FDA (Food Drug Administration of the United States) ως GRAS (γενικά αναγνωρισμένη ως ασφαλής), τα εκχυλίσματα σπιρουλίνας και σπιρουλίνας μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εμπορικά τρόφιμα ή ως συμπληρώματα διατροφής.
Πλεονεκτήματα της εκχύλισης υπερήχων φυκών
Υπερήχων εκχύλιση υπερέχει εναλλακτικές μεθόδους εκχύλισης σε πολλαπλά σημεία, όπως υψηλή απόδοση, αξιοπιστία, ασφάλεια, απλότητα, και φιλικότητα προς το περιβάλλον.
Πλήρης απόδοση εκχύλισης
Οι υπερήχων υψηλής απόδοσης σπάνε τα κύτταρα των φυκών ανοιχτά και τα διαταράσσουν έτσι ώστε να απελευθερώνεται το ενδοκυτταρικό υλικό. Υπερήχων εκχύλιση απελευθερώνει με αυτόν τον τρόπο το πλήρες φάσμα των βιοδραστικών ενώσεων, όπως phycobiliproteins, καροτενοειδή και λιπίδια και φαινολικά.
Οι φυκοχολικές πρωτεΐνες μπορούν να διαφοροποιηθούν σε τρεις μεγάλες ομάδες, δηλαδή χλωρο-φυκοκυανίνες, αλλοφυκοκυανίνες και φυκοερυθρίνες. Η C-φυκοκυανίνη είναι μια φυσική μπλε χρωστική ουσία, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως σε τρόφιμα και φαρμακευτικά προϊόντα. Υπερήχων εκχύλιση απελευθερώνει το πλήρες φάσμα των πρωτεϊνών.

SonoStation – ένα σύστημα υπερήχων με 2x 2kW υπερήχων, αναδευόμενη δεξαμενή και αντλία – είναι ένα φιλικό προς το χρήστη σύστημα εξαγωγής.
Υψηλή απόδοση εκχύλισης
Duangsee et al. (2009) εξέτασε δύο διαφορετικές μεθόδους εκχύλισης (υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση με διαλύτη και εκχύλιση με επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη) βιοδραστικών ενώσεων από βιομάζα Arthospira και διαπίστωσε ότι η εκχύλιση με υπερήχους διαλύτη οδήγησε σε υψηλότερη απόδοση εκχύλισης (22,1%) από την κατάψυξη και την απόψυξη (15,6%). Η σύγκριση ρήξης κυττάρων μεταξύ υπερήχων και επαναλαμβανόμενης κατάψυξης και απόψυξης δείχνει ότι η υπερήχηση είναι πιο αποτελεσματική. Υπερήχων σπηλαίωση διαταράσσουν τα κύτταρα των φυκών γρήγορα και αποτελεσματικά, γεγονός που οδηγεί σε υψηλότερη διαταραχή των κυττάρων σε σύγκριση με τα κύτταρα σπιρουλίνας που υποβάλλονται σε θεραπεία με επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη.
Κατεργασία με υπερήχους ήταν πιο αποτελεσματική στο σπάσιμο του κυτταρικού φακέλου σε σύγκριση με την επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη. Η απόδοση εκχύλισης της φυκοκυανίνης έδειξε ότι η θερμοκρασία επεξεργασίας επηρέασε την αποτελεσματικότητα της εκχύλισης.
Ταχεία διαδικασία εκχύλισης
Τα συστήματα υπερήχων υψηλής απόδοσης μπορούν να εφαρμόσουν υψηλή ισχύ υπερήχων μέσω υψηλών πλάτους στο εναιώρημα φυκών. Αυτό καθιστά την εκχύλιση με υπερήχους μια πολύ γρήγορη μέθοδο επεξεργασίας.
Έλεγχος θερμοκρασίας
Υπερήχους είναι μια μη θερμική, καθαρά μηχανική τεχνική εκχύλισης. Η θερμοκρασία εκχύλισης μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα θερμοκρασίας με δυνατότητα σύνδεσης, ο οποίος είναι ενσύρματος στον ψηφιακό υπερηχητικό Hielscher. Το λογισμικό των ψηφιακών υπερήχων Hielscher επιτρέπουν να ορίσετε όρια θερμοκρασίας, έτσι ώστε ο ομογενοποιητής υπερήχων σταματά όταν επιτευχθεί το όριο θερμοκρασίας. Ο ακριβής έλεγχος θερμοκρασίας επιτρέπει την πρόληψη της θερμικής υποβάθμισης ευαίσθητων στη θερμότητα υλικών όπως φυκοχολικές πρωτεΐνες, βιταμίνες, πολυφαινόλες, πολυσακχαρίτες, λιπίδια και άλλες βιοδραστικές ενώσεις.
Συμβατό με διάφορους διαλύτες
Υπερήχους είναι συμβατό με σχεδόν οποιοδήποτε διαλύτη. Υπερήχων εκχύλιση σε συνδυασμό με πράσινους διαλύτες όπως το νερό ή αιθανόλη παράγουν καθαρά εκχυλίσματα. Αυτά τα εκχυλίσματα υπερήχων μπορεί να ενσωματωθεί με ασφάλεια στα τρόφιμα, δεδομένου ότι οι διαλύτες εκχύλισης αιθανόλη και το νερό έχουν GRAS (γενικά αναγνωρισμένο ως ασφαλές) κατάσταση.
Αναπαραγωγιμότητα και τυποποίηση διεργασιών
Οι ψηφιακοί υπερήχων της Hielscher έρχονται με ένα έξυπνο λογισμικό και μια επεξεργασμένη ποικιλία ρυθμίσεων για τις ιδανικές παραμέτρους εκχύλισης. Το λογισμικό πρωτοκολλά όλες τις παραμέτρους διαδικασίας υπερήχων (π.χ. πλάτος, καθαρή ισχύς, συνολική ισχύς, θερμοκρασία, πίεση, ώρα, ημερομηνία) και γράφει τα δεδομένα υπερήχων σε ένα αρχείο CSV στην ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να τυποποιήσετε τη διαδικασία εκχύλισης και να παρακολουθείτε στενά την παραγωγή υπερήχων και ποιότητας. Αυτά τα χαρακτηριστικά σας βοηθούν να εκπληρώσετε τις απαιτήσεις σταθεροποίησης της διαδικασίας καθώς και τις ορθές πρακτικές παρασκευής (GMP), οι οποίες είναι και οι δύο εξαιρετικά σημαντικές όταν τα εκχυλίσματα παράγονται για συμπληρώματα, τρόφιμα ή φαρμακευτικά προϊόντα.
Υπερήχων πρωτόκολλο εκχύλισης φυκοκυανίνης
Mazumder et al. (2017) διερεύνησε τις βέλτιστες παραμέτρους επεξεργασίας για την εκχύλιση με υπερήχους φυκοκυανίνης και φαινολικών από Arthospira platensis. Η μέγιστη απόδοση φυκοκυανίνης (29,9 mg / g) και ολικών φαινολικών (2,4 mg / g) ελήφθη σε συγκέντρωση αιθανόλης 40%, θερμοκρασία εκχύλισης 34,9 ° C χρησιμοποιώντας τον υπερηχητικό UP50H (50 watt, 30kHz) σε πλάτος 95% για χρόνο εκχύλισης 104,7 sec.
Vernès et al. (2019) χρησιμοποίησε έναν υπερηχητικό UIP1000hdT (1000W, 20kHz) για να εξαγάγει πρωτεΐνες από σπιρουλίνα. Ο υπερηχητικός ήταν εξοπλισμένος με ένα sonotrode BS2d34 και έναν αντιδραστήρα ροής υπερήχων (δείτε την παρακάτω εικόνα για την ακριβή ρύθμιση εκχύλισης υπερήχων με κύτταρο ροής και αντλία Seepex).

UIP1000hdT – Ρύθμιση Manothermosonication (MTS) και εκχύλιση πρωτεΐνης από σπιρουλίνα σε εργαστηριακή κλίμακα
πηγή: Vernes et al. 2019
Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι οι συνθήκες εκχύλισης με υπερήχους βελτιστοποιημένες για την απόδοση πρωτεϊνών περιλαμβάνουν ελαφρώς αυξημένη θερμοκρασία και πίεση (λεγόμενη manothermosonication MTS). Το MTS προάγει τη μεταφορά μάζας και επιτρέπει την πρόσληψη 229% περισσότερων πρωτεϊνών (28,42 ± 1,15 g / 100 g ξηρού βάρους) από τη συμβατική διαδικασία χωρίς υπερήχους (8,63 ± 1,15 g / 100 g ξηρού βάρους).
Με 28,42 g πρωτεϊνών που λαμβάνονται ανά 100 g ξηρής βιομάζας σπιρουλίνας στο εκχύλισμα, επιτεύχθηκε ρυθμός ανάκτησης πρωτεϊνών 50% σε μόλις 6 λεπτά σε μια συνεχή διαδικασία υπερήχων. Η μικροσκοπική απεικόνιση αποκαλύπτει ότι η ακουστική σπηλαίωση επηρεάζει τα νημάτια σπιρουλίνας με διαφορετικούς μηχανισμούς όπως κατακερματισμό, sonoporation, detexturation. Αυτά τα διάφορα αποτελέσματα καθιστούν την εκχύλιση, απελευθέρωση και διαλυτοποίηση των βιοδραστικών ενώσεων σπιρουλίνας ευκολότερη και πιο αποτελεσματική, γεγονός που οδηγεί σε υψηλή απόδοση πρωτεϊνών υψηλής ποιότητας.
Όσον αφορά την ποιότητα των πρωτεϊνών που εκχυλίζονται με υπερήχους, τα αμινοξέα δεν υποβαθμίστηκαν με επεξεργασία υπερήχων, αλλά υπάρχουν σε μεγαλύτερη ποσότητα στην περίπτωση υπερήχων σε σύγκριση με τη συμβατική εκχύλιση.
Όταν συγκρίνεται η manothermosonication και η εκχύλιση με υπερήχους χωρίς αυξημένη πίεση και θερμοκρασία, η διαφορά στην απόδοση και την αποτελεσματικότητα της εκχύλισης είναι μόνο ελάχιστη. Ως εκ τούτου, μόνο ο υπέρηχος θεωρείται η πιο οικονομική και ευκολότερη τεχνική για την παραγωγή ενός εκχυλίσματος υψηλής ποιότητας πλούσιου σε πρωτεΐνες σπιρουλίνας. Υπερήχων εκχύλιση είναι μια πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον τεχνική εκχύλισης κατάλληλη για την εκχύλιση πρωτεϊνών από σπιρουλίνα σε εργαστηριακή κλίμακα, η οποία μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί σε πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα. (πρβλ. Vernès et al. 2019)

UP400St για εκχύλιση με υπερήχους φυκών σε παρτίδα 8L
Υψηλής απόδοσης υπερήχων απαγωγείς
Όλα τα αποτελέσματα εξόρυξης που επιτυγχάνονται σε μικρή κλίμακα, μπορούν να κλιμακωθούν γραμμικά σε μεγαλύτερες παραγωγικές ικανότητες. Hielscher Υπέρηχοι μεγάλο χαρτοφυλάκιο προϊόντων από το εργαστήριο σε βιομηχανικά συστήματα εκχύλισης έχει το πιο κατάλληλο υπερήχων για την προβλεπόμενη ικανότητα διαδικασίας σας. Το μακροχρόνιο έμπειρο προσωπικό μας θα σας βοηθήσει από τις δοκιμές σκοπιμότητας και τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας στην εγκατάσταση του συστήματος υπερήχων σας στο τελικό επίπεδο παραγωγής.
Hielscher Ultrasonics – Εξελιγμένος εξοπλισμός εξόρυξης
Hielscher Υπέρηχοι χαρτοφυλάκιο προϊόντων καλύπτει το πλήρες φάσμα των υψηλής απόδοσης υπερήχων απαγωγείς από μικρή έως μεγάλη κλίμακα. Πρόσθετα εξαρτήματα επιτρέπουν την εύκολη συναρμολόγηση της πιο κατάλληλης διαμόρφωσης συσκευής υπερήχων για τη διαδικασία σας. Η βέλτιστη ρύθμιση υπερήχων εξαρτάται από την προβλεπόμενη χωρητικότητα, όγκο, πρώτη ύλη, παρτίδα ή ενσωματωμένη διαδικασία και χρονοδιάγραμμα. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Η γραμμική επεκτασιμότητα των διαδικασιών εκχύλισης με υπερήχους επιτρέπει την απλή και αξιόπιστη αύξηση της παραγωγής. Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τη γραμμική κλιμάκωση των διαδικασιών εκχύλισης με υπερήχους!
Επιλέξτε από διάφορα αξεσουάρ όπως:
- sonotrodes με διάφορα μεγέθη, διαμέτρους και σχήματα
- sonotrodes για μεγάλο πλάτος 200μm και άνω
- αντιδραστήρες κυψελών ροής με διάφορους όγκους και γεωμετρίες
- πολυάριθμα ενισχυτικά κέρατα για αύξηση ή μείωση των κερδών
- πλήρεις ρυθμίσεις υπερήχων όπως το SonoStation, οι οποίες περιλαμβάνουν υπερηχητικό απαγωγέα, δεξαμενή, αναδευτήρα και αντλία
- Αισθητήρες θερμοκρασίας με δυνατότητα σύνδεσης
- Αισθητήρες πίεσης με δυνατότητα σύνδεσης
Το καλά εκπαιδευμένο, έμπειρο προσωπικό μας θα σας συμβουλεύσει και θα σας συστήσει το πιο κατάλληλο σύστημα υπερήχων για τις απαιτήσεις της διαδικασίας εκχύλισης!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
---|---|---|
1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!

Υψηλής ισχύος ομογενοποιητές υπερήχων από εργαστήριο προς πιλότος και βιομηχανικός κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- Anupriya Mazumder; P. Prabuthas; Hari Niwas Mishra (2017): Optimization of ultrasound-assisted solvent extraction of phycocyanin and phenolics from Arthospira platensis var. ‘lonor’ biomass. Nutrafoods (2017) 16:231-239.
- Vernès L., Abert-Vian M., El Maâtaoui M., Tao Y., Bornard I., Chemat F. (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry 54, 2019. 48-60.
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Rachen Duangsee, Natapas Phoopat, Suwayd Ningsanond (2009): Phycocyanin extraction from Spirulina platensis and extract stability under various pH and temperature. Asian Journal of Food and Agro-Industry 2009, 2(04), 819-826.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
σπιρουλίνα
Η σπιρουλίνα, η οποία είναι ένα προκαρυωτικό βακτήριο, είναι πλούσια σε χρωστικές ουσίες όπως καροτενοειδή, χλωροφύλλη και φυκοκυανίνη. Τα καροτενοειδή (π.χ. β-καροτένιο, μια πορτοκαλί-κίτρινη χρωστική ουσία), η χλωροφύλλη και η φυκοκυανίνη μπορούν να βρεθούν σε 0,4, 1,0 και 14% ξηρό βάρος, αντίστοιχα. Η φυκοκυανίνη είναι μπλε-πράσινη πρωτεΐνη, μια λεγόμενη χολική πρωτεΐνη, η οποία βρίσκεται σε φωτοσυνθετικά ελάσματα στην κυτταροπλασματική μεμβράνη των κυανοβακτηρίων.
Χρησιμοποιείται ως πρόσθετο τροφίμων και χρωστική τροφίμων, συμπλήρωμα διατροφής και για ανοσοδιαγνωστικές εφαρμογές.