Υπερήχων εκχύλιση είναι η ανώτερη μέθοδος για να διαταράξουν τα φύκια κύτταρα αποτελεσματικά και γρήγορα. Υπερήχηση μπορεί να απελευθερώσει το πλήρες ποσό των βιοδραστικών ενώσεων, γεγονός που καθιστά την τεχνική υπερήχων ιδιαίτερα αποτελεσματική.

Πώς να εξαγάγετε πρωτεΐνες, λιπίδια και φαινολικά από φύκια με υπερήχους

Τα είδη φυκών και μικροαλγόνων είναι πλούσια σε βιολογικά δραστικές ενώσεις όπως πρωτεΐνες, λιπίδια, καροτενοειδή, χρωστικές ουσίες (π.χ. φυλλοκυανίνες, ασταξανθίνη κ.λπ.), φαινολικά και πολυσακχαρίτες (π.χ. καραγενάνη). Αυτό τους καθιστά ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο φυσικό υλικό για την παραγωγή εκχυλισμάτων για τρόφιμα και συμπληρώματα διατροφής. Τα είδη φυκών που χρησιμοποιούνται συνήθως για συμπληρώματα διατροφής είναι το Arthrospira maxima και (επίσης γνωστό ως σπιρουλίνα), το Chlorella vulgaris, το Haematococcus pluvialis και το Ulva spp. Τα φύκια είναι γνωστό ότι αποτελούν καλή πηγή πρωτεϊνών υψηλής ποιότητας, λιπιδίων, PUFAs μακράς αλυσίδας (δηλαδή ωμέγα-3), πολυσακχαριτών (π.χ. αλγινάτη, καραγενάνη, β-γλυκάνες), βιταμινών και αντιοξειδωτικών.
Η σπιρουλίνα είναι ένας κοινώς χρησιμοποιούμενος τύπος φυκών, ο οποίος είναι πλούσιος σε βιοδραστικές ενώσεις υψηλής αξίας όπως πρωτεΐνες (με 50-70% ξηρό wt). Δεδομένου ότι η Σπιρουλίνα έχει εγκριθεί από τον FDA (Υπηρεσία Φαρμάκων Τροφίμων των Ηνωμένων Πολιτειών) ως GRAS (Γενικά Αναγνωρισμένο ως Ασφαλές), τα εκχυλίσματα σπιρουλίνας και σπιρουλίνας μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εμπορικά τρόφιμα ή ως συμπληρώματα διατροφής.

Πλεονεκτήματα της εκχύλισης με υπερηχητικά φύκια

Η εκχύλιση με υπερήχους υπερέχει εναλλακτικές μεθόδους εκχύλισης σε πολλαπλές μονάδες, όπως υψηλή απόδοση, αξιοπιστία, ασφάλεια, απλότητα και φιλικότητα προς το περιβάλλον.

Πλήρης απόδοση εξαγωγής

Οι υπερηχητικοί υψηλής απόδοσης ανοίγουν τα φύκια και τα διαταράσσουν έτσι ώστε να απελευθερωθεί το ενδοκυτταρικό υλικό. Η εκχύλιση υπερήχων απελευθερώνει με αυτό το πλήρες φάσμα των βιοδραστικών ενώσεων, όπως οι φυκομπιλιμίνες, τα καροτενοειδή και τα λιπίδια και τα φαινολικά.
Οι φυκοχολίνες μπορούν να διαφοροποιηθούν σε τρεις μεγάλες ομάδες, δηλαδή χλωρο-φυσικοκυανίνες, αλλογοφυτοκυανίνες και φυτοerythrins. C-Phycocyanin είναι μια φυσική μπλε χρωστική ουσία, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως σε τρόφιμα και φαρμακευτικά προϊόντα. Η εκχύλιση με υπερήχους απελευθερώνει όλο το φάσμα των πρωτεϊνών.

Υψηλή αποδοτικότητα εξαγωγής

Ο Duangsee et al. (2009) εξέτασε δύο διαφορετικές μεθόδους εκχύλισης (εκχύλιση και εκχύλιση με υπερήχους υποβοηθούμενη εκχύλιση και εκχύλιση με επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη) βιοδραστικών ενώσεων από βιομάζα Arthospira και διαπίστωσε ότι η εκχύλιση με υπερήχους με αποτέλεσμα την υψηλότερη απόδοση εκχύλισης (22,1%) από την κατάψυξη και την απόψυξη (15,6%). Η σύγκριση ρήξης κυττάρων μεταξύ υπερήχησης και επαναλαμβανόμενης κατάψυξης και απόψυξης δείχνει ότι η υπερήχηση είναι πιο αποτελεσματική. Υπερήχων σπηλαίωση διαταράσσουν τα φύκια γρήγορα και αποτελεσματικά που οδηγεί σε μια υψηλότερη διαταραχή των κυττάρων σε σύγκριση με τα κύτταρα σπιρουλίνα αντιμετωπίζονται με επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη.
Υπερήχηση ήταν πιο αποτελεσματική στο σπάσιμο του φακέλου κυττάρων σε σύγκριση με επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη. Η απόδοση εκχύλισης της φυκοκυανίνης έδειξε ότι η θερμοκρασία επεξεργασίας επηρέασε την αποτελεσματικότητα της εκχύλισης.

Γρήγορη διαδικασία εξαγωγής

Υψηλής απόδοσης υπερηχητικά συστήματα μπορούν να εφαρμόσουν υψηλή υπερηχογραφική ισχύ μέσω υψηλών πλάνη στην ανάρτηση φύκια. Αυτό καθιστά την εκχύλιση με υπερήχους μια πολύ γρήγορη μέθοδο επεξεργασίας.

έλεγχος θερμοκρασίας

Ultrasonication είναι μια μη θερμική, καθαρά μηχανική τεχνική εκχύλισης. Η θερμοκρασία εξαγωγής μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια χρησιμοποιώντας έναν pluggable αισθητήρα θερμοκρασίας, ο οποίος είναι συνδεμένος με τον ψηφιακό υπερηχητικό hielscher. Το λογισμικό των ψηφιακών υπερηχητικών hielscher επιτρέπουν να θέσουν τα όρια θερμοκρασίας, έτσι ώστε ο υπερηχητικός ομογενολόγος σταματά όταν επιτυγχάνεται το όριο θερμοκρασίας. Ο ακριβής έλεγχος της θερμοκρασίας επιτρέπει την πρόληψη της θερμικής υποβάθμισης των ευαίσθητων στη θερμότητα υλικών όπως οι φυκομπιλιμίνες, οι βιταμίνες, οι πολυφαινόλες, οι πολυσακχαρίτες, τα λιπίδια και άλλες βιοδραστικές ενώσεις.

Συμβατό σύστημα με τους διάφορους διαλύτες

Ultrasonication είναι συμβατό με σχεδόν οποιοδήποτε διαλύτη. Η εκχύλιση με υπερήχους σε συνδυασμό με πράσινους διαλύτες όπως νερό ή αιθανόλη παράγουν καθαρά εκχυλίσματα. Αυτά τα εκχυλίσματα υπερήχων μπορούν να ενσωματωθούν με ασφάλεια στα τρόφιμα, δεδομένου ότι η εκχύλιση διαλύτες αιθανόλη και το νερό έχουν GRAS (Γενικά αναγνωρισμένη ως ασφαλής) κατάσταση.

Αναπαραγωγιμότητα και Τυποποίηση διεργασιών

Οι ψηφιακοί υπερηχητικοί της Hielscher διαθέτουν ένα έξυπνο λογισμικό και μια επεξεργασμένη ποικιλία ρυθμίσεων για τις ιδανικές παραμέτρους εξαγωγής. Τα πρωτόκολλα λογισμικού όλα τα υπερηχητικά παράμετρο ς διαδικασίας (π.χ., πλάτος, καθαρή δύναμη, συνολική δύναμη, θερμοκρασία, πίεση, χρόνος, ημερομηνία) και γράφει τα στοιχεία υπερήχησης σε ένα αρχείο CSV στην ενσωματωμένη sd-κάρτα. Αυτό σας επιτρέπει να τυποποιήσει τη διαδικασία εξαγωγής σας και να παρακολουθεί την υπερήχηση και την ποιότητα εξόδου στενά. Αυτά τα χαρακτηριστικά σας βοηθούν να πληρούν τις απαιτήσεις stadandization διαδικασία, καθώς και καλές πρακτικές παρασκευής (GMP), οι οποίες είναι τόσο πολύ σημαντικό όταν τα εκχυλίσματα που παράγονται για τα συμπληρώματα, τρόφιμα ή φαρμακευτικά προϊόντα.

Υπερήχων πρωτόκολλο εκχύλισης φυκοκυανίνης

Η Mazumder et al. (2017) διερεύνησε τις βέλτιστες παραμέτρους επεξεργασίας για την εκχύλιση υπερήχων φυκοκυανίνης και φαινολικών από οροπέδια Arthospira. Η μέγιστη απόδοση της φυκοκυανίνης (29,9 mg/g) και των συνολικών φαινολικών (2,4 mg/g) επιτεύχθηκε σε συγκέντρωση 40% αιθανόλης, θερμοκρασία εκχύλισης 34,9°C με χρήση του υπερηχητικού UP50H (50 Watt, 30kHz) σε εύρος 95% για χρόνο εκχύλισης 104,7 δευτερολέπτων.

Ο Vernès et al. (2019) χρησιμοποίησε υπερηχητικό UIP1000hdT (1000W, 20kHz) για την εξαγωγή πρωτεϊνών από σπιρουλίνα. Ο υπερηχητικός ήταν εξοπλισμένος με ένα BS2d34 sonotrode και έναν αντιδραστήρα υπερηχητικής ροής (δείτε την παρακάτω εικόνα για την ακριβή ρύθμιση εκχύλισης υπερήχων με κύτταρο ροής και αντλία Seepex).

UIP1000hdT – Manothermosonication (MTS) setup und η εκχύλιση πρωτεΐνης μας από σπιρουλίνα σε εργαστηριακή κλίμακα
πηγή: Vernes et al. 2019

Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι οι συνθήκες εκχύλισης με υπερήχους βελτιστοποιηθεί για την απόδοση των πρωτεϊνών περιλαμβάνουν ελαφρώς αυξημένη θερμοκρασία και πίεση (λεγόμενη manothermosonication MTS). Ο MTS προωθεί τη μεταφορά μάζας και επιτρέπει την αποβίβαση 229% περισσότερων πρωτεϊνών (28,42 ± 1,15 g/100 g ξηρού wt.) από τη συμβατική διαδικασία χωρίς υπερηχογράφημα (8,63 ± 1,15 g/100 g ξηρού wt).
Με 28,42 g πρωτεϊνών που λαμβάνονται ανά 100 g ξηρής βιομάζας σπιρουλίνας στο εκχύλισμα, επιτεύχθηκε ποσοστό ανάκτησης πρωτεϊνών 50% σε μόλις 6 λεπτά σε μια συνεχή διαδικασία υπερήχησης. Η μικροσκοπική απεικόνιση αποκαλύπτει ότι η ακουστική σπηλαίωση έχει επιπτώσεις στις ίνες σπιρουλίνας από τους διαφορετικούς μηχανισμούς όπως ο κατακερματισμός, η sonoporation, detexturation. Αυτές οι διάφορες επιδράσεις κάνουν την εκχύλιση, την απελευθέρωση και τη διαλυτοποίηση των βιοδραστικών ενώσεων σπιρουλίνα ευκολότερη και πιο αποτελεσματική, γεγονός που οδηγεί σε υψηλή απόδοση πρωτεΐνης υψηλής ποιότητας.
Όσον αφορά την ποιότητα των υπερηχητικά εξαγόμενων πρωτεϊνών, τα αμινοξέα δεν υποβαθμίστηκαν από τη θεραπεία με υπερήχους, αλλά υπάρχουν σε μεγαλύτερη ποσότητα στην περίπτωση υπερήχησης σε σύγκριση με τη συμβατική εκχύλιση.
Όταν συγκρίνεται η μανοθερμοηνική και η εκχύλιση με υπερήχους χωρίς αυξημένη πίεση και θερμοκρασία, η διαφορά στην απόδοση εκχύλισης και την αποτελεσματικότητα είναι ελάχιστη. Ως εκ τούτου, ο υπέρηχος και μόνο θεωρείται η πιο οικονομική και ευκολότερη τεχνική για την παραγωγή ενός εκχυλίσματος υψηλής ποιότητας πλούσιο σε πρωτεΐνες σπιρουλίνας. Υπερήχων εκχύλιση είναι μια πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον τεχνική εκχύλισης κατάλληλη για εκχύλιση πρωτεϊνών από σπιρουλίνα σε εργαστηριακή κλίμακα, η οποία μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί σε πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα. (πρβλ. Βερνές κ.ά. 2019)

Υψηλής απόδοσης υπερήχων εκχυλιστές

Όλα τα αποτελέσματα εξόρυξης που επιτυγχάνονται σε μικρή κλίμακα, μπορούν να κλιμακωθούν γραμμικά σε μεγαλύτερες παραγωγικές ικανότητες. Hielscher Ultrasonics μεγάλο χαρτοφυλάκιο προϊόντων από εργαστήριο σε βιομηχανικά συστήματα εξόρυξης έχει το πιο κατάλληλο υπερηχητικό για την προβλεπόμενη ικανότητα της διαδικασίας σας. Το επί μακρόν έμπειρο προσωπικό μας θα σας βοηθήσει από τις δοκιμές σκοπιμότητας και τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας μέχρι την εγκατάσταση του υπερηχητικού συστήματός σας σε τελικό επίπεδο παραγωγής.

Hielscher Υπέρηχοι – Εξελιγμένος εξοπλισμός εξόρυξης

Hielscher Ultrasonics χαρτοφυλάκιο προϊόντων καλύπτει το πλήρες φάσμα των υψηλής απόδοσης υπερήχων απορροφητές από μικρή έως μεγάλη κλίμακα. Πρόσθετα εξαρτήματα επιτρέπουν την εύκολη συναρμολόγηση της καταλληλότερης 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 εξοπλισμού υπερήχων hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέων καθηκόντων και σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Η γραμμική επεκτασιμότητα των διαδικασιών εκχύλισης υπερήχων επιτρέπει την απλή και αξιόπιστη αύξηση της παραγωγής. Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τη γραμμική κλιμάκωση των διαδικασιών εκχύλισης υπερήχων!

Επιλέξτε από διάφορα αξεσουάρ, όπως:

• sonotrodes με διάφορα μεγέθη, διαμέτρους και σχήματα
• sonotrodes για υψηλό πλάτος 200μm και υψηλότερο
• αντιδραστήρες κυττάρων ροής με τους διάφορους όγκους και τις γεωμετρίες
• πολλά αναμνηστικά κέρατα για να αυξήσει ή να μειώσει τα κέρδη
• πλήρεις εγκαταστάσεις υπερήχησης όπως το SonoStation, οι οποίες περιλαμβάνουν τον υπερηχητικό απορροφητήρα, τη δεξαμενή, τον ταραχοποιό, και την αντλία
• αισθητήρες θερμοκρασίας με δυνατότητα σύνδεσης
• αισθητήρες πίεσης με δυνατότητα σύνδεσης

Το άρτια εκπαιδευμένο, έμπειρο προσωπικό μας θα σας συμβουλευτεί και θα σας συστήσει το πιο κατάλληλο υπερηχητικό σύστημα για τις απαιτήσεις της διαδικασίας εξαγωγής σας!

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: