Τριφασική κατανομή ενισχυμένη με υπερήχους
- Η τριφασική κατανομή (TPP) είναι μια τεχνική για την εκχύλιση, τον διαχωρισμό και τον καθαρισμό συστατικών, π.χ. λιπιδίων, ενζύμων, πολυσακχαριτών και άλλων βιομορίων, από βιολογικό υλικό.
- Η υποβοηθούμενη με υπερήχους τριφασική κατανομή υπερέχει της συμβατικής τριφασικής κατανομής χάρη στην υψηλότερη απόδοση, τη βελτιωμένη καθαρότητα και την εξαιρετική ταχύτητα.
- Η τριφασική κατανομή με υπερήχους εφαρμόζεται σε μικρούς και μεγάλους όγκους και μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί για βιομηχανική παραγωγή.
Τριφασική κατανομή με υπερήχους
Τριφασική κατανομή
Η τριφασική κατανομή (TPP) είναι μια απλή και αποτελεσματική διεργασία ενός σταδίου για τον διαχωρισμό, τον καθαρισμό και τη συμπύκνωση βιομορίων, όπως ένζυμα, λιπίδια, πολυσακχαρίτες κ.λπ., από σύνθετα μείγματα.
Η TPP πραγματοποιείται με τη διαδοχική προσθήκη επαρκούς ποσότητας άλατος (συνήθως θειικού αμμωνίου) και ενός οργανικού διαλύτη (κυρίως t-βουτανόλης/tert-βουτανόλης). Άλατα όπως το θειικό αμμώνιο χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένο βαθμό κορεσμού για την καταβύθιση της πρωτεΐνης. Ένας οργανικός διαλύτης όπως η t-βουτανόλη προστίθεται για τον σχηματισμό τριών διακριτών στιβάδων φάσεων και για την απομάκρυνση ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους, όπως λιπίδια, φαινολικές ενώσεις και ορισμένα απορρυπαντικά. Επειδή η t-βουτανόλη έχει υψηλό σημείο ζέσεως, αλλά είναι λιγότερο εύφλεκτη από την αιθανόλη και τη μεθανόλη, η t-βουτανόλη είναι ο προτιμώμενος διαλύτης για την TPP.
Μετά την επεξεργασία του ακατέργαστου εκχυλίσματος και την απόχυση, το μείγμα διαχωρίζεται σε τρεις διακριτές φάσεις: η ανώτερη φάση του διαλύτη (t-βουτανόλη) περιέχει μη πολικές ενώσεις, οι οποίες διαχωρίζονται από την κατώτερη υδατική φάση (που περιέχει πολικές ενώσεις) μέσω ενός πρωτεϊνικού ιζήματος στη διεπιφάνεια. Οι επιθυμητές πρωτεΐνες κατανέμονται επιλεκτικά στη μία φάση και άλλες πρωτεΐνες που αποτελούν προσμείξεις στην άλλη φάση. Αυτό προκαλεί μερικό καθαρισμό και συμπύκνωση της πρωτεΐνης. Η διεργασία εκχύλισης συνδυάζει την κοσμοτροπική καταβύθιση πρωτεϊνών, την εξαλάτωση, την καταβύθιση με ισοτονικό συνδιαλύτη και την καταβύθιση με ωσμολύτες.
Τριφασική κατανομή ενισχυμένη με υπερήχους
Η κατεργασία με υπερήχους εντατικοποιεί σημαντικά τη διεργασία TPP. Η υποβοηθούμενη με υπερήχους τριφασική κατανομή εφαρμόζεται με επιτυχία για τον διαχωρισμό και τον καθαρισμό βιομορίων. Ένα ευρύ φάσμα βιομορίων έχει απομονωθεί αποτελεσματικότερα και σε συντομότερο χρόνο. Για παράδειγμα, ένζυμα από φυτά (π.χ. βρομελαΐνη, παπαΐνη, ιμβερτάση, οξειδάση πολυφαινολών και αναστολείς τρυψίνης), ζώα (π.χ. τρυψίνη, α-χυμοτρυψίνη, χυμοσίνη, πεψίνη και λουσιφεράση) και μικρόβια (π.χ. λιπάση, α-αμυλάση, α-γαλακτοσιδάση, σερρατιοπεπτιδάση, γλυκοζυλοτρανσφεράση κυκλοδεξτρίνης και ινωδολυτικά ένζυμα) καθαρίστηκαν μέσω TPP με υπερήχους. Ένα πρόσθετο όφελος της τριφασικής κατανομής με υπερήχους είναι η ενισχυμένη δραστικότητα διαφόρων ενζύμων, η οποία οδηγεί σε φαινομενικά υψηλότερες αποδόσεις (κατά περίπου 100%), καθώς το ένζυμο ή η πρωτεΐνη που αποτελεί τον στόχο καταβυθίζεται στη μεσαία στιβάδα μεταξύ της οργανικής και της υδατικής φάσης.
Η τριφασική κατανομή με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά με ακατέργαστα δείγματα και η κλίμακά της μπορεί εύκολα να αυξηθεί.
Η κατεργασία με υπερήχους βελτιώνει σημαντικά την τριφασική κατανομή και οδηγεί σε υψηλότερη απόδοση και καθαρότητα, με δραστικά συντομότερο χρόνο διεργασίας.
- υψηλότερη απόδοση
- ταχεία ανάκτηση
- υψηλή καθαρότητα
- εξοικονόμηση χρόνου
- χαμηλό κόστος
- εύκολη εκτέλεση
- φιλική προς το περιβάλλον
- για το εργαστήριο και τη βιομηχανία
Παραδείγματα τριφασικής κατανομής με υπερήχους (US-TPP)
TPP με υπερήχους για την εκχύλιση ασταξανθίνης
Για την εκχύλιση ασταξανθίνης (AX), η συνδυασμένη εφαρμογή TPP και κατεργασίας με υπερήχους με τη συσκευή υπερήχων UP400S της Hielscher είναι μια τεχνική όχι μόνο απλή και εύκολα εφαρμόσιμη, αλλά και πολύ αποτελεσματική για την απομόνωση της AX από τη βακτηριακή βιομάζα του Paracoccus NBRC 101723. Οι μεταβλητές λειτουργίας της κατεργασίας με υπερήχους μπορούν να βελτιστοποιηθούν για την επίτευξη βέλτιστων αποτελεσμάτων εκχύλισης. Οι παράμετροι της κατεργασίας με υπερήχους, όπως το πλάτος ταλάντωσης, ο χρόνος, η θερμοκρασία και το δοχείο εκχύλισης (μέγεθος, σχήμα), καθώς και το μέγεθος των σωματιδίων της βιομάζας, επηρεάζουν σημαντικά την απελευθέρωση της AX από τη βιομάζα με υπερήχους. Η κατεργασία υγρής βιομάζας με υπερήχους δίνει καλύτερα αποτελέσματα από την TPP αποξηραμένης βιομάζας με υπερήχους για την ταχεία και αποτελεσματική εκχύλιση της AX. Η TPP με υπερήχους οδηγεί σε κατά 37% υψηλότερη ανάκτηση AX σε σχέση με τη συμβατική εκχύλιση με διαλύτη. (βλ. Chougle et al. 2013)
TPP με υπερήχους για τον διαχωρισμό ανδρογραφολίδης από το Andrographis paniculata
Η ανδρογραφολίδη είναι ένα διτερπενοειδές τύπου λαβδανίου, το οποίο εκτιμάται για την υψηλή αντιφλεγμονώδη, αντιοξειδωτική, ηπατοπροστατευτική, αντικαρκινογόνο και αντιδιαβητική δράση του. Συγκριτικές μελέτες δείχνουν ότι η TPP με υπερήχους όχι μόνο αύξησε την απόδοση της ανδρογραφολίδης αλλά και βελτιώνει την αντιοξειδωτική δραστικότητα σε σύγκριση με τη συμβατική TPP.
Συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης για τριφασική κατανομή
Η Hielscher Ultrasonics ειδικεύεται στον σχεδιασμό και την κατασκευή συστημάτων υπερήχων υψηλής ισχύος για εκχύλιση, καθώς και για πολλές άλλες διεργασίες.
Η γκάμα προϊόντων μας καλύπτει μικρές, ισχυρές εργαστηριακές συσκευές υπερήχων, ανθεκτικούς επιτραπέζιους ομογενοποιητές και βιομηχανικά συστήματα υπερήχων υψηλής απόδοσης. Τα πολυάριθμα εξαρτήματα επιτρέπουν την ιδανική προσαρμογή του συστήματος υπερήχων στις ειδικές απαιτήσεις της διεργασίας σας. Όλες οι συσκευές υπερήχων της Hielscher κατασκευάζονται για λειτουργία 24/7 υπό πλήρες φορτίο.
Η πολυετής εμπειρία μας στην κατεργασία με υπερήχους μάς επιτρέπει να συμβουλεύουμε τους πελάτες μας από τις πρώτες τους δοκιμές με υπερήχους έως τα στάδια βελτιστοποίησης της διεργασίας και εφαρμογής της σε βιομηχανική κλίμακα.
Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα για να μας ενημερώσετε σχετικά με τη διεργασία σας! Θα χαρούμε να σας προτείνουμε λύσεις και να συζητήσουμε τις δυνατότητες και τα οφέλη της κατεργασίας με υπερήχους για την εφαρμογή σας.
Ομογενοποιητής υπερήχων UP400St για την εντατικοποίηση της τριφασικής κατανομής
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Chougle, J.A: et al. (2013): Τριφασική κατανομή υποβοηθούμενη με υπερήχους (UATPP): Μια νέα τεχνική που αναπτύχθηκε για την εκχύλιση ασταξανθίνης από το Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Ετήσιο Συνέδριο, Πανεπιστήμιο του Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Κατανομή μεταξύ φάσεων για τον διαχωρισμό ενζύμων: Επισκόπηση και πρόσφατες εφαρμογές. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Ενισχυμένη εκχύλιση ελαιορητίνης από σκόνη ριζώματος τζίντζερ (Zingiber officinale) με χρήση ενζυμικά υποβοηθούμενης τριφασικής κατανομής. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Συνδυασμός υπερήχων με τριφασική κατανομή για την εκχύλιση και τον διαχωρισμό πολυσακχαριτών του Corbicula fluminea και πιθανοί σχετικοί μηχανισμοί. Ultrasonics Sonochemistry Τόμ. 40, Μέρος A, 2018. 128–134.
Χρήσιμες πληροφορίες
Τριφασική κατανομή (TPP)
Η TPP είναι μια τεχνική βιοδιαχωρισμού που βασίζεται στην κατανομή πολικών συστατικών, πρωτεϊνών και υδρόφοβων συστατικών σε τρεις φάσεις που περιλαμβάνουν νερό, θειικό αμμώνιο και t-βουτανόλη.
Πολυάριθμα σημαντικά θεραπευτικά και βιομηχανικά ένζυμα (π.χ. α-γαλακτοκιδάση, αναστολείς α-αμυλάσης και πρωτεάση) και φυσικές ενώσεις (π.χ. διτερπένια όπως η φορσκολίνη και η ανδρογραφολίδη) καθαρίζονται με τριφασική κατανομή. Οι χρωστικές, τα λιπίδια και οι αναστολείς ενζύμων συσσωρεύονται στην ανώτερη φάση του διαλύτη, η οποία διαχωρίζεται από την κατώτερη υδατική φάση, όπου συσσωρεύονται πολικά συστατικά όπως οι σακχαρίτες, μέσω μιας ενδιάμεσης στιβάδας καταβυθισμένων πρωτεϊνών. Επειδή η t-βουτανόλη δεσμεύει τις πρωτεΐνες που έχουν καταβυθιστεί με TPP, οι οποίες εμφανίζονται ως συνιζήματα πρωτεΐνης-t-βουτανόλης, επιπλέει μεταξύ της οργανικής και της υδατικής στιβάδας και μπορεί εύκολα να διαχωριστεί και να καθαριστεί. Γενικά, τα βιομόρια ανακτώνται σε καθαρισμένη μορφή στη διεπιφάνεια, ενώ οι προσμείξεις κατανέμονται κυρίως στην t-βουτανόλη (ανώτερη φάση) και στην υδατική φάση (κατώτερη φάση).
Ασταξανθίνη
Η ασταξανθίνη (3, 3´-dihydroxy-ß, ß-carotene 4, 4´-dione) είναι ένα κετοκαροτενοειδές που ανήκει στην κατηγορία των τερπενίων. Ως τετρατερπενοειδές σχηματίζεται από πρόδρομες ενώσεις πέντε ατόμων άνθρακα, το διφωσφορικό ισοπεντενύλιο και το διφωσφορικό διμεθυλαλλύλιο. Η ασταξανθίνη είναι μια κιτρινοπορτοκαλί φυτική χρωστική και επομένως ταξινομείται ως ξανθοφύλλη. Η ασταξανθίνη απαντά κυρίως σε μικροφύκη, ζύμες, σολομοειδή, πέστροφες, κριλ, γαρίδες, καραβίδες και καρκινοειδή. Ως ιδιαίτερα ισχυρός δεσμευτής ελεύθερων ριζών, προστατευτικός παράγοντας του δέρματος, αντικαρκινογόνος παράγοντας και ενισχυτής του ανοσοποιητικού συστήματος, η ασταξανθίνη χρησιμοποιείται ως συμπλήρωμα και ως πρόσθετο σε τρόφιμα, φαρμακευτικά προϊόντα και καλλυντικά. Η TPP με υπερήχους βελτιώνει τη διεργασία εκχύλισης και διαχωρισμού της ασταξανθίνης από φυσικές πηγές και καθιστά εφικτή την οικονομική παραγωγή της σε βιομηχανικό επίπεδο.
UIP1000hdT – βιομηχανική συσκευή υπερήχων 1kW