Extracción ultrasónica de astaxantina para obtener mayores rendimientos
- La astaxantina es un antioxidante muy potente que se utiliza 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 permite obtener altos rendimientos de astaxantina en un tiempo de extracción muy breve.
Sonicadores 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 de origen natural conocido por sus potentes propiedades antioxidantes y sus diversos beneficios para la salud. Se utiliza habitualmente como suplemento alimenticio y colorante alimentario. ¡Descubra cómo la sonicación ayuda a mejorar su proceso de extracción de astaxantina!
MultiSonoReactor para mejorar la extracción de astaxantina mediante ultrasonidos de alta potencia
Extracción ultrasónica de astaxantina a partir de microalgas
La astaxantina destinada a suplementos alimenticios, que consumen personas y animales por sus beneficios para la salud, se obtiene de productos del mar o se extrae del alga H. pluvialis. Haematococcus pluvialis es una microalga verde que produce un alto contenido de astaxantina cuando se somete a condiciones de estrés, como una salinidad elevada, una deficiencia de nitrógeno, temperaturas altas y exposición a la luz. Con hasta 9,2 mg/g de astaxantina por célula de alga (= hasta el 3,8% del peso seco de H. pluvialis), Haematococcus pluvialis acumula un contenido muy elevado de astaxantina natural y, por tanto, es el organismo preferido para producir astaxantina.
Para liberar la astaxantina de las microalgas verdes, es necesario romper las células de las algas. La ultrasonicación es una técnica consolidada para la ruptura celular, la lisis y el aislamiento de compuestos bioactivos, como lípidos, antioxidantes, polifenoles y pigmentos naturales. Los ultrasonidos de alto rendimiento generan fuerzas puramente mecánicas que rompen las paredes celulares mediante fuerzas de cizallamiento y provocan la liberación de sustancias bioactivas, como la astaxantina.
Extracción ultrasónica de astaxantina a partir de levaduras
Phaffia rhodozyma es una levadura rica en astaxantina. Sin embargo, la gruesa pared celular de P. rhodozyma, compuesta principalmente por glucano y responsable de la rigidez celular, hace que la ruptura celular y el aislamiento de la astaxantina sean tareas exigentes. Los investigadores (Gogate et al. 2015) descubrieron que la extracción ultrasónica combinada con ácido láctico intensifica la ruptura 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 para la ruptura y etanol como disolvente para la extracción. El rendimiento máximo de astaxantina (90%) se obtuvo mediante el método de extracción asistida por ultrasonidos basado en el uso de ácido láctico 3 M y un tiempo de ruptura de 15 min. Los potentes extractores ultrasónicos, como el UIP4000hd (4 kW, véase la imagen de la izquierda), combinados con un reactor de flujo continuo presurizable, permiten generar una cavitación muy intensa. Las fuerzas de cizallamiento generadas por la cavitación rompen las paredes celulares de las levaduras y favorecen la transferencia de masa entre el interior de las células y el disolvente.
- Rendimiento superior
- Extracción rápida – en cuestión de minutos
- Extractos de alta calidad – tratamiento suave y no térmico
- Disolventes ecológicos (p. ej., agua/etanol)
- Rentable
- Funcionamiento sencillo y seguro
- Bajos costes de inversión y funcionamiento
- Funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo intensivo
- Método ecológico y respetuoso con el medio ambiente
Extracción ultrasónica de astaxantina – por lotes o en flujo continuo
La astaxantina es un compuesto lipófilo y puede disolverse en disolventes (p. ej., etanol al 48,0% en acetato de etilo) y aceites (p. ej., aceite de soja).
Por lotes: Los procesos de extracción ultrasónica pueden realizarse como procesos sencillos por lotes o como tratamiento en línea, en el que el medio se alimenta continuamente a través de un reactor ultrasónico de flujo continuo.
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, de 1 L a 120 L.
Para procesar lotes de 5 a 10 L, recomendamos el UP400ST con el sonotrodo S24d22L2D (véase la imagen de la izquierda).
Para procesar lotes de aproximadamente 120 L, recomendamos el sonicador UIP2000hdT con el sonotrodo RS4d40L4.
Flujo continuo: Para volúmenes mayores y la extracción comercial a escala industrial, se hace pasar una corriente continua de líquido por un reactor ultrasónico, donde la suspensión de material vegetal en disolvente se somete a una sonicación intensa.
Para un volumen de aproximadamente 8 L/min., recomendamos el UIP4000hdT con el sonotrodo RS4d40L3 y la celda de flujo presurizable FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2 kW) para la extracción por lotes a gran escala
Ultrasonicadores de alto rendimiento para extracción
Hielscher Ultrasonics está especializada en la fabricación de sonicadores de alto rendimiento para producir extractos de alta calidad a partir de plantas, levaduras y células. La amplia gama de productos de Hielscher Ultrasonics abarca desde pequeños y potentes ultrasonicadores de laboratorio hasta robustos sistemas de sobremesa y sistemas plenamente industriales, que proporcionan ultrasonidos de alta intensidad para extraer y aislar eficazmente componentes bioactivos, como astaxantina, quercetina, cafeína, curcumina, terpenos, etc. Todos los sonicadores digitales de 200 W a 16.000 W cuentan con un menú intuitivo con ajustes programables, una pantalla táctil a color para un manejo cómodo, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos, control remoto mediante navegador y muchas otras funciones que facilitan su uso. 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 24/7, requieren poco mantenimiento y son fáciles y seguros de utilizar.
Una pantalla digital a color permite controlar el equipo ultrasónico de forma sencilla. Nuestros sistemas pueden proporcionar desde amplitudes bajas hasta muy altas. Para la extracción de compuestos químicos como la astaxantina, ofrecemos sonotrodos ultrasónicos especiales (también conocidos como sondas o bocinas ultrasónicas), optimizados para el aislamiento delicado de sustancias activas de alta calidad. Hielscher ofrece sonotrodos especiales para amplitudes altas en combinación con celdas de flujo presurizables, capaces de generar fuerzas extremas de cizallamiento por cavitación que rompen incluso células de levadura muy resistentes. La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher permite el funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo intensivo y 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 ultrasónica de Hielscher a escala industrial están diseñados para ofrecer altas capacidades de producción de extractos de calidad superior, al tiempo que reducen la mano de obra, los costes y el consumo de energía.
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Bibliografía/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.
Datos de interés
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, un fenómeno que consiste en la formación, el crecimiento y el posterior colapso de burbujas de vacío (véase la imagen de abajo). Durante la propagación de las ondas ultrasónicas, las burbujas de vacío oscilan y crecen hasta alcanzar un punto en el que no pueden absorber más energía. Al alcanzar su tamaño máximo, colapsan violentamente, lo que provoca efectos térmicos, mecánicos y químicos locales. Los efectos mecánicos incluyen presiones elevadas 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 las células 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 intensas fuerzas de cizallamiento y grandes diferencias locales de presión y temperatura, que proporcionan el efecto necesario para la ruptura celular, la mezcla intensa y la transferencia de masa. Estas fuerzas de cizallamiento ultrasónico se aplican con éxito a la extracción de cannabis.
La extracción ultrasónica de compuestos a partir de material vegetal y tejido celular se ha investigado ampliamente. La aplicación de ondas ultrasónicas de muy alta intensidad favorece considerablemente los procesos de extracción. Además de intensificar el proceso – lo que permite obtener mayores rendimientos y tiempos de extracción más cortos –, se evita la degradación térmica y la pérdida de componentes sensibles a la temperatura, ya que la sonicación es un tratamiento no térmico. Asimismo, la extracción ultrasónica presenta bajos costes de inversión y funcionamiento, reduce el uso de disolventes y/o permite utilizar disolventes más ecológicos, lo que la convierte en una técnica de extracción económica y respetuosa con el medio ambiente. Al superar a los métodos de extracción convencionales, la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) ha sido adoptada de la industria alimentaria para producir compuestos bioactivos con beneficios económicos.
Las potentes ondas ultrasónicas rompen la matriz celular de las estructuras biológicas y liberan los compuestos bioactivos. Se intensifica la transferencia de masa entre el material vegetal y el disolvente. Gracias a estos mecanismos, la extracción ultrasónica resulta altamente eficiente para la extracción de cannabis.
Astaxantina
La astaxantina se distingue por su color rojo intenso. Es un pigmento liposoluble presente en algas (p. ej., Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), levaduras (p. ej., Phaffia rhodozyma), salmón, trucha, krill, camarones y cangrejos de río. La astaxantina se considera un superantioxidante porque su potencia antioxidante es entre diez y veinte veces mayor que la de muchos otros carotenoides, como el betacaroteno, la luteína y la zeaxantina, y cien veces mayor que la del alfatocoferol (vitamina E).
La astaxantina (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) es un cetocarotenoide y pertenece a una clase más amplia de compuestos químicos conocidos como terpenos (como tetraterpenoide), que están formados por precursores de cinco átomos de carbono, el difosfato de isopentenilo y el difosfato de dimetilalilo. La astaxantina se clasifica como un tipo de compuesto carotenoide con componentes que contienen oxígeno, concretamente grupos hidroxilo (-OH) o cetona (C=O), al igual que la zeaxantina y la cantaxantina. La astaxantina es un metabolito de la zeaxantina y/o la cantaxantina y contiene tanto grupos funcionales hidroxilo como 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 que se origina de forma natural en la microalga de aguas pluviales Haematococcus pluvialis y en la levadura denominada Xanthophyllomyces dendrorhous (también conocida como Phaffia rhodozyma). El alga se somete a estrés mediante una condición o una combinación de condiciones, que van desde la falta de nutrientes y el aumento de la salinidad hasta la exposición excesiva a la luz solar, para producir astaxantina. Las especies que consumen estas microalgas de agua dulce sometidas a estrés, como el salmón, la trucha roja, el besugo rojo, el flamenco y los crustáceos (p. ej., camarones, krill, cangrejos, langostas y cangrejos de río), reflejan en su aspecto la pigmentación de tonos rojo anaranjado.
Como suplemento, la astaxantina se administra por sus efectos beneficiosos para la salud y para el tratamiento de enfermedades. La astaxantina es un nutracéutico consolidado que se administra para mejorar la salud de la piel (p. ej., 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 y la degeneración macular asociada a la edad, así como para prevenir el cáncer.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento, desde equipos de laboratorio hasta equipos de tamaño industrial.