Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Extracción ultrasónica de astaxantina para mayores rendimientos

  • La astaxantina es un antioxidante altamente potente utilizado en productos farmacéuticos y suplementos nutricionales.
  • Para producir astaxantina de alta calidad a partir de fuentes naturales como las algas, se requiere una técnica de extracción de alto rendimiento.
  • La extracción por ultrasonidos es un tratamiento mecánico, que proporciona altos rendimientos de astaxantina en un tiempo de extracción muy corto.

Ultrasonido de alto rendimiento para astaxantina de alta calidad

Extracción ultrasónica de astaxantina de microalgas

Astaxantina para los suplementos dietéticos, que son consumidos por humanos y animales por sus beneficios para la salud, la astaxantina se obtiene de los mariscos o se extrae de las algas H. pluvialis. Haematocococcus pluvialis es una microalga verde, que produce un alto contenido de astaxantina cuando se aplican condiciones de estrés, por ejemplo, alta salinidad, deficiencia de nitrógeno, alta temperatura y luz. Con hasta 9,2 mg/g de astaxantina por célula de alga (= hasta un 3,8% del peso seco de H. pluvialis), el Haematocococcus pluvialis acumula un contenido muy elevado de astaxantina natural y, por tanto, es el organismo preferido para la producción de astaxantina.
Para liberar astaxantina de las microalgas verdes, las células de las algas deben ser alteradas. La ultrasonicación está bien establecida para el propósito de la disrupción celular, lisis y aislamiento de compuestos bioactivos como lípidos, antioxidantes, polifenoles y pigmentos naturales. Los ultrasonidos de alto rendimiento crean fuerzas puramente mecánicas que interrumpen las paredes celulares por las fuerzas de cizallamiento y provocan la liberación de sustancias bioactivas como la astaxantina.

Extracción ultrasónica de astaxantina de levadura

UIP4000hdT 4kW potente procesador ultrasónico para extracciónPhaffia rhodozyma es una levadura rica en astaxantina. Sin embargo, la gruesa pared celular de P. rhodozyma, que está compuesta principalmente de glucano y es responsable de la rigidez celular, hace que la interrupción celular y el aislamiento de la astaxantina sean una tarea exigente. Los investigadores (Gogate et al. 2015) encontraron que la extracción ultrasónica en combinación con ácido láctico intensifica la disrupción celular y hace que la extracción de astaxantina de P. rhodozyma sea un proceso más verde y amigable con el medio ambiente. Utilizaron ácido láctico como medio de interrupción y etanol como disolvente para la extracción. El rendimiento máximo de astaxantina (90%) se obtuvo para el método de extracción asistida por ultrasonidos basado en el uso de ácido láctico 3 M, tiempo de interrupción de 15 min. Potentes procesadores ultrasónicos como el UIP4000hdT (4kW, ver fig. izquierda) en combinación con un reactor de flujo presurizable permite la generación de cavitación muy intensa. Las fuerzas de cizallamiento cavitacional interrumpen las paredes celulares de la levadura y promueven la transferencia de masa entre el interior de la célula y el disolvente.

Ventajas de la extracción ultrasónica con astaxantina

  • Rendimiento superior
  • Extracción a alta velocidad – en cuestión de minutos
  • extractos de alta calidad – Suave, no térmico
  • Disolventes verdes (por ejemplo, agua/etanol)
  • económico
  • operación fácil y segura
  • Bajos costos de inversión y operación
  • Funcionamiento las 24 horas del día, los 7 días de la semana, bajo carga pesada
  • Método ecológico y ecológico

Extracción ultrasónica de astaxantina – en modo batch o de flujo continuo

UP400St agitado 8L configuración de extracciónLa astaxantina es un compuesto lipofílico y puede disolverse en disolventes (por ejemplo, etanol al 48,0% en acetato de etilo) y aceites (por ejemplo, aceite de soja).
Lote: Los procesos de extracción por ultrasonidos pueden ser operados como procesos por lotes simples o como tratamiento en línea, donde el medio es alimentado continuamente a través de un reactor de flujo continuo por ultrasonidos.
El procesamiento por lotes es un procedimiento sencillo, en el que la extracción se realiza lote por lote. Hielscher Ultrasonics ofrece procesadores ultrasónicos para lotes pequeños y grandes, es decir, de 1L a 120L.
Para el procesamiento de lotes de 5 a 10 litros, recomendamos el UP400St con sonotrodo S24d22L2D (ver foto izquierda).
Para el procesamiento de lotes de aprox. 120L, recomendamos el UIP2000hdT con sonotrodo RS4d40L4 (ver foto arriba a la derecha).

Flow-through: Para volúmenes más grandes y extracción comercial a gran escala, una corriente continua de líquido es alimentada a través de un reactor ultrasónico, donde la lechada de solvente/botánico es sonada intensamente.
Para un volumen de aprox. 8L/min. recomendamos el UIP4000hdT con sonotrodo RS4d40L3 y celda de flujo presurizable FC130L4-3G0

Extracción ultrasónica con sistema de 2kW UIP2000hdT

UIP2000hdT (2kW) para la extracción por lotes a gran escala

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Ultrasonidos de alto rendimiento para extracción

Hielscher Ultrasonics está especializada en la fabricación de procesadores ultrasónicos de alto rendimiento para la producción de extractos de alta calidad de productos botánicos.
La amplia gama de productos de Hielscher abarca desde pequeños y potentes ultrasonidos de laboratorio hasta robustos sistemas de sobremesa y completamente industriales, que proporcionan ultrasonidos de alta intensidad para la extracción y aislamiento eficientes de componentes bioactivos (p. ej. quercetina, cafeína, curcumina, terpenos etc.). Todos los dispositivos ultrasónicos de 200W a 16,000W disponen de una pantalla a color para el control digital, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos, control remoto del navegador y muchas más funciones fáciles de usar. Los sonotrodos y las células de flujo (las partes que están en contacto con el medio) pueden ser esterilizadas en autoclave y son fáciles de limpiar. Todos nuestros ultrasonidos están construidos para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, requieren poco mantenimiento y son fáciles y seguros de operar.
Colored touch display of the new hdT series of Hielscher's industrial ultrasonicatorsUna pantalla digital a color permite un control fácil de usar del equipo de ultrasonidos. Nuestros sistemas son capaces de suministrar desde amplitudes bajas hasta muy altas. Para la extracción de compuestos químicos como la astaxantina, ofrecemos sonotrodos ultrasónicos especiales (también conocidos como sondas ultrasónicas o cuernos) que están optimizados para el aislamiento sensible de sustancias activas de alta calidad. Los sonotrodos especiales de Hielscher para altas amplitudes en combinación con células de flujo presurizables generan fuerzas de cizallamiento cavitacionales extremas, que interrumpen incluso las células de levadura muy robustas. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos de trabajo pesado y exigentes.
El control preciso de los parámetros ultrasónicos del proceso garantiza la reproducibilidad y la estandarización del proceso. Los sistemas automatizados de extracción por ultrasonidos a escala industrial de Hielscher están diseñados para una alta capacidad de producción de extractos de calidad superior, al mismo tiempo que reducen la mano de obra, los costes y la energía.

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Hielscher Ultrasonics fabrica ultrasonidos de alto rendimiento para aplicaciones ecoquímicas.

Procesadores ultrasónicos de alta potencia desde laboratorio hasta escala piloto e industrial.

Literatura/Referencias

  • Gogate y otros (2015): Intensificación asistida por ultrasonidos de la extracción de astaxantina de Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
  • Zou y otros (2013): Metodología de superficie de respuesta para la extracción asistida por ultrasonido de astaxantina de Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.


Información interesante

Sono-Extracción

La extracción ultrasónica o sono-extracción se basa en el principio de cavitación acústica.
Cuando se aplican ondas de ultrasonido intensas a los sistemas de líquidos, se produce cavitación acústica, que es el fenómeno de la generación, crecimiento y eventual colapso de las burbujas de vacío (ver fig. abajo). Durante la propagación de las ondas de ultrasonido, las burbujas de vacío oscilan y crecen hasta que alcanzan un punto en el que no pueden absorber más energía. En el pico de crecimiento de las burbujas se colapsan violentamente, lo que causa efectos térmicos, mecánicos y químicos a nivel local. Los efectos mecánicos incluyen altas presiones de hasta 1000atm, turbulencias y fuerzas de corte intensas. Estas fuerzas alteran las paredes celulares y promueven la transferencia de masa entre el interior de la célula y el disolvente, liberando compuestos bioactivos en el líquido circundante (es decir, disolvente).

La cavitación ultrasónica/acústica crea fuerzas muy intensas que abren las paredes celulares conocidas como lisis (Haga clic para ampliar!)

La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas.

La extracción ultrasónica de compuestos de productos botánicos y tejido celular ha sido bien investigada. La aplicación de ondas ultrasónicas de alta intensidad favorece significativamente los procesos de extracción. Además de la intensificación del proceso – lo que se traduce en un mayor rendimiento y un menor tiempo de extracción – se evita la degradación térmica y la pérdida de componentes sensibles a la temperatura, ya que la sonicación es un tratamiento no térmico. Además, la extracción ultrasónica tiene bajos costos de inversión y operación, reduce el uso de solventes y/o permite el uso de solventes más ecológicos, lo que la convierte en una técnica de extracción económica y amigable con el medio ambiente. Superando a los métodos de extracción convencionales, la extracción asistida por ultrasonidos (EAU) ha sido adoptada de la industria alimentaria para producir compuestos bioactivos con beneficios económicos.

Los disruptores ultrasónicos se utilizan para extracciones de fuentes fitotecnológicas (por ejemplo, plantas, algas, hongos).

Extracción ultrasónica de células vegetales: la sección transversal microscópica (TS) muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de células (aumento 2000x)[recurso: Vilkhu et al. 2011].

Astaxantina

La astaxantina se distingue por su color rojo intenso. Es un pigmento liposoluble que se encuentra en algas (p.ej. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), levadura (p.ej. Phaffia rhodozyma), salmón, trucha, krill, camarones y cangrejos de río. La astaxantina se considera un super-antioxidante ya que su potencia antioxidante es de diez a veinte veces más potente que la de muchos otros carotenoides, como el betacaroteno, la luteína y la zeaxantina, y cien veces más potente que el alfa-tocoferol (vitamina E).
La astaxantina (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) es un ketocarotenoide y pertenece a una clase más grande de compuestos químicos conocidos como terpenos (como tetraterpenoide), que están compuestos por cinco precursores de carbono, isopentenil difosfato y dimetil-difosfato. La astaxantina se clasifica como un tipo de compuestos carotenoides con componentes que contienen oxígeno, a saber, hidroxilo (-OH) o cetona (C=O), como la zeaxantina y la cantaxantina. La astaxantina es un metabolito de zeaxantina y/o cantaxantina, que contiene grupos funcionales hidroxilo y cetona. Como muchos carotenoides, la astaxantina es un pigmento liposoluble y se distingue por su color rojo. Los carotenoides, incluyendo la astaxantina, son bien conocidos por su capacidad antioxidante.
La astaxantina es un pigmento rojo y se origina naturalmente en las microalgas del agua de lluvia (Haematocococcus pluvialis) y en la levadura llamada Xanthophyllomyces dendrorhous (también conocida como Phaffia rhodozyma). Las algas sufren un estrés a través de una o una combinación de condiciones que van desde la falta de nutrientes, el aumento de la salinidad y el exceso de luz solar para crear la astaxantina. Las especies que consumen las microalgas de agua dulce estresadas, como el salmón, la trucha roja, el besugo, el flamenco, los crustáceos (por ejemplo, camarones, krill, cangrejos, langostas, cangrejos), reflejan la pigmentación de los tonos rojos-naranja en su apariencia.
Como suplemento, se administra astaxantina por sus efectos promotores de salud y de tratamiento de enfermedades. La astaxantina es un nutracéutico bien establecido que se administra para mejorar la salud de la piel (por ejemplo, reducir las arrugas, los daños causados por las quemaduras solares, etc.).
Además, la astaxantina recibe cada vez más atención por su uso para tratar la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, las enfermedades cardiovasculares, el colesterol alto, las enfermedades hepáticas, la degeneración macular relacionada con la edad y la prevención del cáncer.