Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Extracción ultrasónica de pigmentos de espirulina

La extracción por ultrasonidos ha demostrado ser altamente eficiente para el aislamiento de extractos de microalgas de calidad superior. Los pigmentos de espirulina como la ficocianina son conocidos como superalimentos, que contribuyen a los beneficios para la salud debido a su alto contenido de antioxidantes, vitaminas y proteínas. Para producir suplementos altamente concentrados como polvos y tabletas, los pigmentos azules deben ser extraídos de las algas espirulinas.

Espirulina

Arthrospira platensis (A. platensis) y Arthrospira maxima (A. maxima) se conocen bajo el término espirulina. La espirulina son algas verde-azuladas, ricas en aminoácidos y antioxidantes. Con una alta carga de nutrientes como proteínas, enzimas, minerales y vitaminas A, K, B12, hierro y manganeso, se clasifican como superalimentos. El género de algas Arthrospira tiene un contenido especialmente alto de proteínas. Su contenido en proteínas oscila entre el 53 y el 68% en peso seco y ofrece el espectro completo de todos los aminoácidos esenciales. Además, Arthrospira contiene grandes cantidades de ácidos grasos poliinsaturados (AGPI), lo que representa aproximadamente entre el 1,5 y el 2% del contenido total de lípidos del 5 al 6%. Estos AGPI contienen el ácido linolénico γ (GLA), un ácido graso esencial Omega-6. Otros compuestos bioactivos de Arthrospira incluyen vitaminas, minerales y pigmentos fotosintéticos.
Nota: Científicamente, Spirulina platensis (S. platensis) y Spirulina maxima (S. maxima) se denominan correctamente como Arthrospira platensis (A. platensis) y Arthrospira maxima (A. maxima). Ambas especies fueron clasificadas una vez en el género Spirulina y son hasta hoy coloquialmente conocidas bajo el nombre de espirulina. Aunque la introducción de dos géneros separados de Arthrospira y Spirulina es ahora generalmente aceptada, el término espirulina se usa a menudo como término paraguas.

Extracción ultrasónica de espirulina

Los disruptores celulares ultrasónicos (también llamados extractores ultrasónicos) son bien conocidos por su capacidad de abrir células para liberar material intracelular. Cuando las ondas de ultrasonido intensas se unen a los fluidos, se produce el fenómeno de la cavitación acústica. Las fuerzas cavitacionales interrumpen las paredes celulares y mejoran la transferencia de masa, de modo que los compuestos objetivo bioactivos son transportados desde la célula al líquido.

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

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

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Ventajas de extracción por ultrasonidos

  • alto rendimiento
  • Extracto de Calidad Superior
  • Extracción rápida
  • Proceso suave, no térmico
  • varios solventes
  • seguro
  • sencillo de manejar,
  • aumento lineal a gran escala de producción industrial
  • Bajo mantenimiento
  • RoI rápido

Protocolo de extracción

Prabuthas et al (2011) han desarrollado el siguiente protocolo de extracción para obtener un extracto de ficocianina de alta calidad: La extracción de ficocianina se evaluó en términos de concentración de ficocianina utilizando agua destilada y solución de CaCl2 al 1%. La alga marina espirulina se utiliza en forma seca ya que la biomasa húmeda es inmediatamente utilizada por las bacterias y comienza su degradación debido a su composición nutricional. Por lo tanto, para evitar estos problemas, se recomienda el uso de biomasa de algas secas. La extracción se realizó mezclando 0,1 g de biomasa seca con la cantidad de disolvente, la sonicación se realizó en tiempo y amplitud según el diseño experimental. Las suspensiones de la muestra fueron sondeadas usando un disruptor de células ultrasónicas UP50H de Hielscher, seguido de una centrifugación durante 15 minutos a 13500rpm usando una centrífuga refrigerada. El contenido de ficocianina y proteínas durante la extracción con diferentes disolventes fue investigado con cloruro de calcio y agua destilada.
La cantidad máxima de ficocianina, 0.3116mg/ml se obtuvo en solución de cloruro de calcio seguido de 0.299mg/ml en agua destilada. La cantidad máxima de proteína, 63,63% se obtuvo en disolvente de agua destilada y 54,69% en solución de cloruro de calcio. Por lo tanto, se encontró la solución de CaCl2 con el mejor disolvente para la extracción de ficocianina con asistencia de ultrasonido.

Extractores ultrasónicos de alto rendimiento para la extracción de espirulina

Hielscher es su socio experimentado a largo plazo cuando se trata de una extracción ultrasónica potente y fiable de bioactivos a partir de biomasa vegetal y vegetal. Todos los extractores ultrasónicos pueden funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana y son adecuados para la producción comercial de extractos dietéticos. Nuestra gama de productos cubre todo el espectro, desde pequeños biodisruptores portátiles hasta equipos piloto de ultrasonidos y sistemas industriales de ultrasonidos. Diversos accesorios, como sonotrodos y reactores de células de flujo, permiten una adaptación óptima a las necesidades de su proceso. Todos los procesadores ultrasónicos de Hielscher son robustos, fáciles de manejar y están diseñados para facilitar su uso. Nuestros ultrasonidos digitales controlados vienen con una tarjeta SD incorporada para la protocolización automática de los datos de sonicación.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000
¿Por Hielscher Ultrasonidos?

  • Larga experiencia en sonicación
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  • Protegido contra el funcionamiento en seco
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  • formación & servicio de instalación
  • Centro técnico
  • Desarrollo del proceso
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Nuestro personal bien formado garantiza un alto nivel de servicio al cliente y un asesoramiento profesional.
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Hielscher Ultrasonics fabrica ultrasonidos de alto rendimiento para extractos de espectro completo.

Extractores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a escala piloto e industrial.

Literatura/Referencias

  • Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): Una extracción eficaz de la ficocianina por ultrasonido y separación mediante "azucarado". Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
  • Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Estandarización del método rápido y económico para la extracción de neutracéuticos de algas. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, mayo de 2011.


Información interesante

Espirulina

La espirulina es un tipo de cianobacterias (también conocidas como cianofitas) que son un filo de bacterias que obtienen su energía a través de la fotosíntesis. Son los únicos procariotas fotosintéticos capaces de producir oxígeno. El nombre cianobacterias proviene del color de la bacteria (griego: κυανός, translit. kyanós, lit. azul). Debido a su color, también se las llama algas verde-azuladas, aunque el término algas en el uso moderno está restringido a los eucariontes. Spirulina platensis (S. platensis) es una cianobacteria procariótica multifilamentosa que se puede cultivar fácilmente como monocultivo en estanques abiertos o biorreactores cerrados. La C-ficocianina (C-PC) es la principal ficobiliproteína de la espirulina.

Extractos de espirulina

La espirulina es un suplemento alimenticio popular derivado de la biomasa de cianobacterias marinas (algas verde-azules). Las dos especies de espirulina utilizadas para la preparación de suplementos de proteínas y pigmentos vegetales son Arthrospira platensis y Arthrospira maxima. El extracto liberado de estas microalgas es rico en antioxidantes, aminoácidos y vitaminas. Por lo tanto, el extracto azul en polvo se añade a los zumos, batidos, batidos y bebidas y les da un hermoso color azul intenso. Alternativamente, el extracto de espirulina puede ser consumido en forma de tabletas.
La aloficocianina de la ficocianina y la ficoeritrina son complejos de proteínas de pigmentos de la familia de las fitobiliproteínas de cosecha ligera, conocidas por su intenso color azul claro. La ficocianina es un pigmento accesorio de la clorofila. Dado que todas las ficobiliproteínas son solubles en agua, no están presentes dentro de la membrana, sino que las ficobiliproteínas se unen como agregados (los llamados ficobilisomas) a la membrana celular.

Extracción ultrasónica y alteración celular

La Extracción Asistida por Ultrasonido (EAU) se utiliza para liberar y aislar compuestos bioactivos del material fito y de los tejidos.
Para los procesos de extracción por ultrasonidos, las ondas de ultrasonido intensas se juntan en un medio donde las ondas se generan alternando compresión y expansión. Durante los ciclos de compresión/expansión, se crean burbujas de vacío que crecen a lo largo de varios ciclos hasta que no pueden absorber más energía para que implosionen violentamente. La implosión de burbujas produce un estado altamente energético con temperaturas locales de hasta 5000K, diferenciales de presión de 1000atm, tasas de calentamiento y enfriamiento superiores a 1010 K/s, así como chorros de líquido con velocidades de 280m/s. Este fenómeno se conoce como cavitación acústica.

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.