Extracción ultrasónica de astaxantina para mayores rendimientos
- La astaxantina es un antioxidante muy 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 ultrasónica es un tratamiento mecánico que proporciona altos rendimientos de astaxantina en un tiempo de extracción muy corto.
Sonómetros de alto rendimiento para extractos de astaxantina de alta calidad
La extracción ultrasónica es una técnica de extracción de alto rendimiento que utiliza ondas ultrasónicas intensas para extraer astaxantina de fuentes naturales, como microalgas, krill o crustáceos. La astaxantina es un pigmento carotenoide natural conocido por sus potentes propiedades antioxidantes y sus diversos beneficios para la salud. Se utiliza habitualmente como suplemento dietético y colorante alimentario. Aprenda cómo la sonicación ayuda a mejorar el proceso de extracción de la astaxantina.
MultiSonoReactor para mejorar la extracción de astaxantina mediante ultrasonidos de alta potencia
Extracción ultrasónica de astaxantina de microalgas
La astaxantina para suplementos dietéticos, que consumen humanos y animales por sus beneficios para la salud, se obtiene del marisco o se extrae del alga H. pluvialis. Haematococcus pluvialis es una microalga verde, que produce altos contenidos de astaxantina cuando se aplican condiciones de estrés, por ejemplo, alta salinidad, deficiencia de nitrógeno, alta temperatura y luz. Con hasta 9,2mg/g de astaxantina por célula de alga (= hasta un 3,8% sobre el peso seco del H. pluvialis), el Haematococcus pluvialis acumula un contenido muy elevado de astaxantina natural y es, por tanto, el organismo preferido para la producción de astaxantina.
Para liberar la astaxantina de las microalgas verdes, hay que romper las células de las algas. La ultrasonicación está bien establecida para la disrupción celular, la lisis y el aislamiento de compuestos bioactivos como lípidos, antioxidantes, polifenoles y pigmentos naturales. Los ultrasonidos de alto rendimiento crean fuerzas puramente mecánicas que alteran las paredes celulares mediante fuerzas de cizallamiento y provocan la liberación de sustancias bioactivas como la astaxantina.
Extracción ultrasónica de la astaxantina de la levadura
Phaffia rhodozyma es una levadura rica en astaxantina. Sin embargo, la gruesa pared celular de P. rhodozyma, compuesta principalmente de glucano y responsable de la rigidez celular, hace que la disrupción celular y el aislamiento de la astaxantina sean una tarea exigente. Los investigadores (Gogate et al. 2015) descubrieron que la extracción ultrasónica en combinación con ácido láctico intensifica la disrupción celular y convierte la extracción de astaxantina de P. rhodozyma en un proceso más ecológico y respetuoso con el medio ambiente. Utilizaron ácido láctico como medio de disrupción y etanol como disolvente para la extracción. El rendimiento máximo de astaxantina (90%) se obtuvo con el método de extracción asistida por ultrasonidos basado en el uso de ácido láctico 3 M y un tiempo de disrupción de 15 minutos. Los potentes extractores ultrasónicos como el UIP4000hd (4kW, ver imagen izquierda) en combinación con un reactor de flujo presurizable permiten generar una cavitación muy intensa. Las fuerzas de cizallamiento cavitacional rompen las paredes celulares de la levadura y favorecen la transferencia de masa entre el interior celular y el disolvente.
- Rendimiento superior
- Extracción a alta velocidad – en pocos minutos
- Extractos de alta calidad – Leve, no térmico
- Disolventes ecológicos (por ejemplo, agua/etanol)
- Rentable
- Funcionamiento sencillo y seguro
- Bajos costes de inversión y explotación
- Funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana
- Método ecológico
Extracción ultrasónica de astaxantina – en modo de flujo continuo o discontinuo
La astaxantina es un compuesto lipofílico y puede disolverse en disolventes (por ejemplo, 48,0% de etanol en acetato de etilo) y aceites (por ejemplo, aceite de soja).
Lote: Los procesos de extracción por ultrasonidos pueden funcionar como simples procesos por lotes o como tratamiento en línea, en los que el medio se alimenta continuamente a través de un reactor de flujo ultrasónico.
El procesamiento por lotes es un procedimiento sencillo, en el que la extracción se realiza lote a lote. Hielscher Ultrasonics ofrece procesadores ultrasónicos para lotes pequeños y grandes, es decir, de 1L a 120L.
Para procesar lotes de 5 a 10L, recomendamos el UP400St con sonotrodo S24d22L2D (ver fig. izquierda).
Para procesar lotes de aprox. 120L, recomendamos el Sonicator UIP2000hdT con sonotrodo RS4d40L4.
De flujo continuo: Para volúmenes mayores y una extracción comercial a gran escala, se introduce una corriente líquida continua a través de un reactor ultrasónico, donde la mezcla de disolvente y botánico se somete a un intenso proceso de sonicación.
Para un volumen de aprox. 8L/min., recomendamos el UIP4000hdT con sonotrodo RS4d40L3 y célula de flujo presurizable FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2 kW) para la extracción por lotes a gran escala
Ultrasonidos de alto rendimiento para extracción
Hielscher Ultrasonics está especializada en la fabricación de sonicadores de alto rendimiento para la producción de extractos de alta calidad a partir de plantas, levaduras y células. La amplia cartera de productos de Hielscher Ultrasonics abarca desde pequeños y potentes ultrasonicadores de laboratorio hasta robustos sistemas de sobremesa y totalmente industriales, que ofrecen ultrasonidos de alta intensidad para la extracción y el aislamiento eficaces de componentes bioactivos como la astaxantina, la quercetina, la cafeína, la curcumina, los terpenos, etc. Todos los sonicadores digitales de 200 W a 16.000 W disponen de un menú intuitivo con ajustes programables, una pantalla táctil de colores para un manejo cómodo, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos, control remoto mediante navegador y muchas más funciones de fácil manejo. Los sonotrodos y las celdas de flujo (las piezas que están en contacto con el medio) pueden esterilizarse en autoclave y son fáciles de limpiar. Todos nuestros ultrasonicadores están diseñados para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, requieren poco mantenimiento y son fáciles y seguros de manejar.
Una pantalla digital en color permite controlar fácilmente el 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 o cuernos ultrasónicos) optimizados para el aislamiento sensible de sustancias activas de alta calidad. Hielscher ofrece sonotrodos especiales para altas amplitudes en combinación con celdas de flujo presurizables que son capaces de generar fuerzas de cizallamiento cavitacionales extremas, que alteran incluso células de levadura muy resistentes. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes.
El control preciso de los parámetros del proceso ultrasónico garantiza la reproducibilidad y la estandarización del proceso. Los sistemas automatizados de extracción por ultrasonidos a escala industrial de Hielscher están diseñados para obtener altas capacidades de producción de extractos de calidad superior, reduciendo al mismo tiempo la mano de obra, los costes y la energía.
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Literatura/Referencias
- 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.
Información interesante
sonoextracción
La extracción ultrasónica o sonoextracción se basa en el principio de la cavitación acústica.
Cuando se aplican ondas ultrasónicas intensas a sistemas líquidos, se produce cavitación acústica, que es el fenómeno de generación, crecimiento y eventual colapso de burbujas de vacío (véase la imagen inferior). Durante la propagación de las ondas ultrasónicas, las burbujas de vacío oscilan y crecen hasta que llegan a un punto en el que no pueden absorber más energía. En el punto álgido del crecimiento de las burbujas, éstas se colapsan violentamente, lo que provoca efectos térmicos, mecánicos y químicos a nivel local. Los efectos mecánicos incluyen altas presiones de hasta 1000atm, turbulencias e intensas fuerzas de cizallamiento. Estas fuerzas rompen las paredes celulares y favorecen la transferencia de masa entre el interior de la célula y el disolvente, liberando compuestos bioactivos en el líquido circundante (es decir, el disolvente).
La cavitación acústica, generada por ultrasonidos de alta intensidad y baja frecuencia, crea fuerzas de cizallamiento intensas y diferenciales de alta presión y temperatura que se producen localmente, lo que proporciona el impacto necesario para la disrupción celular, la mezcla intensa y la transferencia de masa. Estas fuerzas de cizallamiento ultrasónicas se aplican con éxito para la extracción de cannabis.
La extracción ultrasónica de compuestos a partir de productos botánicos y tejidos celulares ha sido objeto de numerosas investigaciones. La aplicación de ondas ultrasónicas de alta intensidad favorece notablemente los procesos de extracción. Además de la intensificación del proceso – lo que se traduce en mayores rendimientos y 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 costes de inversión y operativos, reduce el uso de disolventes y/o permite el uso de disolventes más ecológicos, lo que la convierte en una técnica de extracción económica y respetuosa con el medio ambiente. Superando a los métodos de extracción convencionales, la extracción asistida por ultrasonidos (EAU) ha sido adoptada por la industria alimentaria para producir compuestos bioactivos con beneficios económicos.
Las potentes ondas ultrasónicas alteran la matriz celular de las estructuras biológicas y liberan los compuestos bioactivos. La transferencia de masa entre el material vegetal y el disolvente se intensifica. Debido a estos mecanismos, la extracción por ultrasonidos es muy eficaz para la extracción de cannabis.
astaxantina
La astaxantina se distingue por su color rojo intenso. Es un pigmento liposoluble que se encuentra en algas (por ejemplo, Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), levaduras (por ejemplo, Phaffia rhodozyma), salmón, trucha, krill, gambas y cangrejos de río. La astaxantina se considera un superantioxidante, 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′-dihidroxi-β, β′-caroteno-4,4′-diona) es un ceto-carotenoide y pertenece a una clase más amplia de compuestos químicos conocidos como terpenos (como un tetraterpenoide), que se componen de cinco precursores de carbono, isopentenil difosfato y dimetilalil difosfato. La astaxantina se clasifica como un tipo de compuestos carotenoides con componentes que contienen oxígeno, concretamente hidroxilo (-OH) o cetona (C=O), como la zeaxantina y la cantaxantina. La astaxantina es un metabolito de la zeaxantina y/o la 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, incluida la astaxantina, son bien conocidos por su capacidad antioxidante.
La astaxantina es un pigmento rojo y se origina de forma natural en las microalgas de agua de lluvia (Haematococcus pluvialis) y la levadura llamada Xanthophyllomyces dendrorhous (también conocida como Phaffia rhodozyma). Las algas se someten a 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 sol para crear Astaxantina. Las especies que consumen esas microalgas de agua dulce estresadas, como el salmón, la trucha roja, el besugo rojo, el flamenco, los crustáceos (por ejemplo, gambas, krill, cangrejos, langostas, cigalas), reflejan la pigmentación de los tonos rojo-anaranjados en su aspecto.
Como suplemento, la astaxantina se administra por sus efectos beneficiosos para la salud y el tratamiento de enfermedades. La astaxantina es un nutracéutico bien establecido que se administra para mejorar la salud de la piel (por ejemplo, reducir arrugas, daños por 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.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.