Εκχύλιση ασταξανθίνης με υπερήχους για υψηλότερες αποδόσεις
- Η ασταξανθίνη είναι ένα ιδιαίτερα ισχυρό αντιοξειδωτικό που χρησιμοποιείται σε φαρμακευτικά σκευάσματα και συμπληρώματα διατροφής.
- Για την παραγωγή ασταξανθίνης υψηλής ποιότητας από φυσικές πηγές, όπως τα φύκη, απαιτείται μια τεχνική εκχύλισης υψηλής απόδοσης.
- Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια μηχανική κατεργασία που παρέχει υψηλές αποδόσεις ασταξανθίνης σε πολύ σύντομο χρόνο εκχύλισης.
Συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης για εκχυλίσματα ασταξανθίνης υψηλής ποιότητας
Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια τεχνική εκχύλισης υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιεί έντονα υπερηχητικά κύματα για την εκχύλιση ασταξανθίνης από φυσικές πηγές, όπως μικροφύκη, κριλ ή καρκινοειδή. Η ασταξανθίνη είναι μια φυσικά απαντώμενη καροτενοειδής χρωστική, γνωστή για τις ισχυρές αντιοξειδωτικές της ιδιότητες και τα ποικίλα οφέλη της για την υγεία. Χρησιμοποιείται συνήθως ως συμπλήρωμα διατροφής και ως χρωστική τροφίμων. Μάθετε πώς η κατεργασία με υπερήχους συμβάλλει στη βελτίωση της διαδικασίας εκχύλισης ασταξανθίνης σας!
MultiSonoReactor για βελτιωμένη εκχύλιση ασταξανθίνης με χρήση υπερήχων υψηλής ισχύος
Εκχύλιση ασταξανθίνης από μικροφύκη με υπερήχους
Η ασταξανθίνη για συμπληρώματα διατροφής, τα οποία καταναλώνονται από ανθρώπους και ζώα για τα οφέλη τους στην υγεία, λαμβάνεται από θαλασσινά ή εκχυλίζεται από το φύκος H. pluvialis. Το Haematococcus pluvialis είναι ένα πράσινο μικροφύκος που παράγει υψηλές περιεκτικότητες ασταξανθίνης όταν υποβάλλεται σε συνθήκες καταπόνησης, π.χ. υψηλή αλατότητα, έλλειψη αζώτου, υψηλή θερμοκρασία και έντονο φως. Με έως και 9,2mg/g ασταξανθίνης ανά κύτταρο φύκους (= έως και 3,8% επί του ξηρού βάρους του H. pluvialis), το Haematococcus pluvialis συσσωρεύει πολύ υψηλή περιεκτικότητα φυσικής ασταξανθίνης και, ως εκ τούτου, αποτελεί τον προτιμώμενο οργανισμό για την παραγωγή ασταξανθίνης.
Για την απελευθέρωση της ασταξανθίνης από τα πράσινα μικροφύκη, τα κύτταρα των φυκών πρέπει να υποστούν διάρρηξη. Η κατεργασία με υπερήχους είναι καθιερωμένη για την κυτταρική διάρρηξη, τη λύση και την απομόνωση βιοδραστικών ενώσεων, όπως λιπίδια, αντιοξειδωτικά, πολυφαινόλες και φυσικές χρωστικές. Οι υπέρηχοι υψηλής απόδοσης δημιουργούν αμιγώς μηχανικές δυνάμεις, οι οποίες διαρρηγνύουν τα κυτταρικά τοιχώματα μέσω δυνάμεων διάτμησης και προκαλούν την απελευθέρωση βιοδραστικών ουσιών, όπως η ασταξανθίνη.
Εκχύλιση ασταξανθίνης από ζύμη με υπερήχους
Η Phaffia rhodozyma είναι μια ζύμη πλούσια σε ασταξανθίνη. Ωστόσο, το παχύ κυτταρικό τοίχωμα της P. rhodozyma, το οποίο αποτελείται κυρίως από γλυκάνη και είναι υπεύθυνο για την ακαμψία του κυττάρου, καθιστά την κυτταρική διάρρηξη και την απομόνωση της ασταξανθίνης απαιτητικό εγχείρημα. Ερευνητές (Gogate et al. 2015) διαπίστωσαν ότι η εκχύλιση με υπερήχους σε συνδυασμό με γαλακτικό οξύ εντείνει την κυτταρική διάρρηξη και καθιστά την εκχύλιση ασταξανθίνης από την P. rhodozyma μια πιο πράσινη, φιλικότερη προς το περιβάλλον διαδικασία. Χρησιμοποίησαν γαλακτικό οξύ ως μέσο διάρρηξης και αιθανόλη ως διαλύτη για την εκχύλιση. Η μέγιστη απόδοση ασταξανθίνης (90%) επιτεύχθηκε με την προσέγγιση εκχύλισης υποβοηθούμενης από υπερήχους που βασίζεται στη χρήση γαλακτικού οξέος 3 M και χρόνο διάρρηξης 15 min. Ισχυροί εκχυλιστές υπερήχων, όπως ο UIP4000hd (4kW, βλ. εικόνα αριστερά), σε συνδυασμό με έναν αντιδραστήρα συνεχούς ροής που μπορεί να λειτουργεί υπό πίεση, επιτρέπουν τη δημιουργία πολύ έντονης σπηλαίωσης. Οι δυνάμεις διάτμησης που προκαλούνται από τη σπηλαίωση διαρρηγνύουν τα κυτταρικά τοιχώματα της ζύμης και προάγουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ του εσωτερικού των κυττάρων και του διαλύτη.
- Ανώτερη απόδοση
- Εκχύλιση υψηλής ταχύτητας – μέσα σε λίγα λεπτά
- Εκχυλίσματα υψηλής ποιότητας – ήπια, μη θερμική κατεργασία
- Πράσινοι διαλύτες (π.χ. νερό/αιθανόλη)
- Οικονομικά αποδοτική
- Εύκολη και ασφαλής λειτουργία
- Χαμηλό κόστος επένδυσης και λειτουργίας
- Λειτουργία 24/7 υπό συνθήκες βαριάς καταπόνησης
- Πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος
Εκχύλιση ασταξανθίνης με υπερήχους – σε παρτίδες ή σε λειτουργία συνεχούς ροής
Η ασταξανθίνη είναι μια λιπόφιλη ένωση και μπορεί να διαλυθεί σε διαλύτες (π.χ. 48,0% αιθανόλη σε οξικό αιθυλεστέρα) και έλαια (π.χ. σογιέλαιο).
Επεξεργασία σε παρτίδες: Οι διεργασίες εκχύλισης με υπερήχους μπορούν να εκτελούνται ως απλές διεργασίες κατά παρτίδες ή ως κατεργασία εντός γραμμής, όπου το μέσο τροφοδοτείται συνεχώς μέσω ενός αντιδραστήρα υπερήχων συνεχούς ροής.
Η επεξεργασία κατά παρτίδες είναι μια εύκολη διαδικασία, κατά την οποία η εκχύλιση εκτελείται ανά παρτίδα. Η Hielscher Ultrasonics προσφέρει επεξεργαστές υπερήχων για μικρές έως μεγάλες παρτίδες, δηλαδή από 1L έως 120L.
Για την επεξεργασία παρτίδων από 5 έως 10L, συνιστούμε τον UP400ST με ηχοτρόδιο S24d22L2D (βλ. εικόνα αριστερά).
Για την επεξεργασία παρτίδων περίπου 120L, συνιστούμε τον επεξεργαστή υπερήχων UIP2000hdT με ηχοτρόδιο RS4d40L4.
Συνεχής ροή: Για μεγαλύτερους όγκους και εμπορική εκχύλιση πλήρους κλίμακας, μια συνεχής ροή υγρού τροφοδοτείται μέσω ενός αντιδραστήρα υπερήχων, όπου ο πολτός διαλύτη/φυτικής ύλης υποβάλλεται σε έντονη κατεργασία με υπερήχους.
Για όγκο περίπου 8L/min., συνιστούμε τον UIP4000hdT με ηχοτρόδιο RS4d40L3 και κυψελίδα ροής FC130L4-3G0 που μπορεί να τεθεί υπό πίεση
UIP2000hdT (2kW) για εκχύλιση μεγάλης κλίμακας κατά παρτίδες
Συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης για εκχύλιση
Η Hielscher Ultrasonics ειδικεύεται στην κατασκευή συσκευών υπερήχων υψηλής απόδοσης για την παραγωγή εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας από φυτά, ζύμες και κύτταρα. Το ευρύ χαρτοφυλάκιο προϊόντων της Hielscher Ultrasonics εκτείνεται από μικρές, ισχυρές εργαστηριακές συσκευές υπερήχων έως ανθεκτικά επιτραπέζια και πλήρως βιομηχανικά συστήματα, τα οποία παρέχουν υπερήχους υψηλής έντασης για την αποτελεσματική εκχύλιση και απομόνωση βιοδραστικών συστατικών όπως η ασταξανθίνη, η κερκετίνη, η καφεΐνη, η κουρκουμίνη, τα τερπένια κ.λπ. Όλες οι ψηφιακές συσκευές υπερήχων από 200W έως 16.000W διαθέτουν ένα εύχρηστο μενού με προγραμματιζόμενες ρυθμίσεις, έγχρωμη οθόνη αφής για άνετο χειρισμό, ενσωματωμένη κάρτα SD για αυτόματη καταγραφή δεδομένων, απομακρυσμένο έλεγχο μέσω προγράμματος περιήγησης και πολλές ακόμη φιλικές προς τον χρήστη λειτουργίες. Τα ηχοτρόδια και οι κυψελίδες ροής (τα μέρη που έρχονται σε επαφή με το μέσο) μπορούν να αποστειρωθούν σε αυτόκαυστο και καθαρίζονται εύκολα. Όλες οι συσκευές υπερήχων μας είναι κατασκευασμένες για λειτουργία 24/7, απαιτούν ελάχιστη συντήρηση και ο χειρισμός τους είναι εύκολος και ασφαλής.
Μια ψηφιακή έγχρωμη οθόνη επιτρέπει τον φιλικό προς τον χρήστη έλεγχο του εξοπλισμού υπερήχων. Τα συστήματά μας μπορούν να παρέχουν από χαμηλά έως πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης. Για την εκχύλιση χημικών ενώσεων όπως η ασταξανθίνη, προσφέρουμε ειδικά ηχοτρόδια υπερήχων (γνωστά επίσης ως ανιχνευτές ή κέρατα υπερήχων), τα οποία είναι βελτιστοποιημένα για την προσεκτική απομόνωση δραστικών ουσιών υψηλής ποιότητας. Η Hielscher προσφέρει ειδικά ηχοτρόδια για υψηλά πλάτη ταλάντωσης σε συνδυασμό με κυψελίδες ροής που μπορούν να τεθούν υπό πίεση και να δημιουργήσουν ακραίες δυνάμεις διάτμησης λόγω σπηλαίωσης, οι οποίες διαρρηγνύουν ακόμη και πολύ ανθεκτικά κύτταρα ζυμών. Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό βαριά καταπόνηση και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διεργασίας υπερήχων εξασφαλίζει την αναπαραγωγιμότητα και την τυποποίηση της διεργασίας. Τα αυτοματοποιημένα συστήματα εκχύλισης με υπερήχους βιομηχανικής κλίμακας της Hielscher έχουν σχεδιαστεί για υψηλή παραγωγική δυναμικότητα εκχυλισμάτων ανώτερης ποιότητας, μειώνοντας παράλληλα τις απαιτήσεις σε εργασία, το κόστος και την κατανάλωση ενέργειας.
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
Χρήσιμες πληροφορίες
Εκχύλιση με υπερήχους
Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στην αρχή της ακουστικής σπηλαίωσης.
Όταν εφαρμόζονται έντονα κύματα υπερήχων σε υγρά συστήματα, εμφανίζεται ακουστική σπηλαίωση, δηλαδή το φαινόμενο της δημιουργίας, ανάπτυξης και τελικής κατάρρευσης φυσαλίδων κενού (βλ. εικόνα παρακάτω). Κατά τη διάδοση των κυμάτων υπερήχων, οι φυσαλίδες κενού ταλαντώνονται και μεγαλώνουν μέχρι να φτάσουν σε ένα σημείο όπου δεν μπορούν να απορροφήσουν περισσότερη ενέργεια. Στο αποκορύφωμα της ανάπτυξής τους, καταρρέουν βίαια, προκαλώντας τοπικά θερμικές, μηχανικές και χημικές επιδράσεις. Οι μηχανικές επιδράσεις περιλαμβάνουν υψηλές πιέσεις έως και 1000atm, τυρβώδη ροή και έντονες δυνάμεις διάτμησης. Αυτές οι δυνάμεις διαρρηγνύουν τα κυτταρικά τοιχώματα και προάγουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ του εσωτερικού των κυττάρων και του διαλύτη, απελευθερώνοντας βιοδραστικές ενώσεις στο περιβάλλον υγρό (δηλαδή στον διαλύτη).
Η ακουστική σπηλαίωση, που παράγεται από υπερήχους υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας, δημιουργεί έντονες δυνάμεις διάτμησης και τοπικά εμφανιζόμενες μεγάλες διαφορές πίεσης και θερμοκρασίας, οι οποίες παρέχουν την απαραίτητη δράση για κυτταρική διάρρηξη, έντονη ανάμειξη και μεταφορά μάζας. Αυτές οι δυνάμεις διάτμησης των υπερήχων εφαρμόζονται με επιτυχία στην εκχύλιση κάνναβης.
Η εκχύλιση ενώσεων από φυτικές ύλες και κυτταρικούς ιστούς με υπερήχους έχει ερευνηθεί εκτενώς. Η εφαρμογή υπερηχητικών κυμάτων πολύ υψηλής έντασης ενισχύει σημαντικά τις διεργασίες εκχύλισης. Εκτός από την εντατικοποίηση της διεργασίας – η οποία οδηγεί σε υψηλότερες αποδόσεις και συντομότερο χρόνο εκχύλισης – αποτρέπονται η θερμική αποδόμηση και η απώλεια θερμοευαίσθητων συστατικών, καθώς η κατεργασία με υπερήχους είναι μη θερμική κατεργασία. Επιπλέον, η εκχύλιση με υπερήχους έχει χαμηλό επενδυτικό και λειτουργικό κόστος, μειώνει τη χρήση διαλυτών ή/και επιτρέπει τη χρήση πιο φιλικών προς το περιβάλλον διαλυτών, γεγονός που την καθιστά οικονομική και φιλική προς το περιβάλλον τεχνική εκχύλισης. Υπερέχοντας των συμβατικών μεθόδων εκχύλισης, η υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση (UAE) έχει υιοθετηθεί με προέλευση από τη βιομηχανία τροφίμων για την παραγωγή βιοδραστικών ενώσεων με οικονομικά οφέλη.
Ισχυρά υπερηχητικά κύματα διαρρηγνύουν την κυτταρική μήτρα των βιολογικών δομών και απελευθερώνουν τις βιοδραστικές ενώσεις. Η μεταφορά μάζας μεταξύ του φυτικού υλικού και του διαλύτη εντείνεται. Χάρη σε αυτούς τους μηχανισμούς, η εκχύλιση με υπερήχους είναι ιδιαίτερα αποδοτική για την εκχύλιση κάνναβης.
Ασταξανθίνη
Η ασταξανθίνη διακρίνεται για το βαθύ κόκκινο χρώμα της. Είναι μια λιποδιαλυτή χρωστική που απαντά σε φύκη (π.χ. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), ζύμες (π.χ. Phaffia rhodozyma), σολομό, πέστροφα, κριλ, γαρίδες και καραβίδες. Η ασταξανθίνη θεωρείται υπεραντιοξειδωτικό, καθώς η αντιοξειδωτική της ισχύς είναι δέκα έως είκοσι φορές μεγαλύτερη από εκείνη πολλών άλλων καροτενοειδών, όπως το βήτα-καροτένιο, η λουτεΐνη και η ζεαξανθίνη, και εκατό φορές μεγαλύτερη από εκείνη της άλφα-τοκοφερόλης (βιταμίνη Ε).
Η ασταξανθίνη (3,3′-διυδροξυ-β, β′-καροτενο-4,4′-διόνη) είναι κετοκαροτενοειδές και ανήκει σε μια ευρύτερη κατηγορία χημικών ενώσεων γνωστών ως τερπένια (ως τετρατερπενοειδές), τα οποία αποτελούνται από πρόδρομες ενώσεις πέντε ατόμων άνθρακα, το διφωσφορικό ισοπεντενύλιο και το διφωσφορικό διμεθυλαλλύλιο. Η ασταξανθίνη ταξινομείται ως τύπος καροτενοειδών ενώσεων με συστατικά που περιέχουν οξυγόνο, συγκεκριμένα υδροξύλιο (-OH) ή κετόνη (C=O), όπως η ζεαξανθίνη και η κανθαξανθίνη. Η ασταξανθίνη είναι μεταβολίτης της ζεαξανθίνης ή/και της κανθαξανθίνης και περιέχει τόσο υδροξυλικές όσο και κετονικές λειτουργικές ομάδες. Όπως πολλά καροτενοειδή, η ασταξανθίνη είναι λιποδιαλυτή χρωστική και διακρίνεται για το κόκκινο χρώμα της. Τα καροτενοειδή, συμπεριλαμβανομένης της ασταξανθίνης, είναι ευρέως γνωστά για την αντιοξειδωτική τους ικανότητα.
Η ασταξανθίνη είναι κόκκινη χρωστική και προέρχεται φυσικά από τα μικροφύκη του βρόχινου νερού (Haematococcus pluvialis) και τη ζύμη που ονομάζεται Xanthophyllomyces dendrorhous (γνωστή και ως Phaffia rhodozyma). Τα φύκη υποβάλλονται σε καταπόνηση μέσω μίας συνθήκης ή συνδυασμού συνθηκών, από την έλλειψη θρεπτικών συστατικών και την αυξημένη αλατότητα έως την υπερβολική ηλιοφάνεια, για να δημιουργήσουν ασταξανθίνη. Τα είδη που καταναλώνουν αυτά τα καταπονημένα μικροφύκη του γλυκού νερού, όπως ο σολομός, η κόκκινη πέστροφα, το φαγκρί, το φλαμίνγκο και τα καρκινοειδή (π.χ. γαρίδες, κριλ, καβούρια, αστακοί, καραβίδες), εμφανίζουν στην όψη τους τη χρώση των ερυθροπορτοκαλί αποχρώσεων.
Ως συμπλήρωμα, η ασταξανθίνη χορηγείται για τις δράσεις της που προάγουν την υγεία και θεραπεύουν ασθένειες. Η ασταξανθίνη είναι ένα καθιερωμένο διατροφοφαρμακευτικό συστατικό που χορηγείται για τη βελτίωση της υγείας του δέρματος (π.χ. μείωση των ρυτίδων, των βλαβών από ηλιακά εγκαύματα κ.λπ.).
Επιπλέον, η ασταξανθίνη προσελκύει αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη χρήση της στη θεραπεία της νόσου Alzheimer, της νόσου Parkinson, των καρδιαγγειακών παθήσεων, της υψηλής χοληστερόλης, των ηπατικών παθήσεων, της ηλικιακής εκφύλισης της ωχράς κηλίδας και στην πρόληψη του καρκίνου.
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλών επιδόσεων από εργαστηριακό έως βιομηχανικό μέγεθος.