Ultraheli vetikaekstraktsioon toidulisandite jaoks

Ultraheliekstraktsioon on parim meetod vetikarakkude tõhusaks ja kiireks lõhkumiseks. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) võib vabastada bioaktiivsete ühendite kogu hulga, mistõttu on ultraheli tehnika väga tõhus.

Kuidas ekstraheerida vetikatest valke, lipiide ja fenoole ultrahelit kasutades

Vetikad ja mikrovetikad on rikkad bioloogiliselt aktiivsete ühendite poolest, nagu valgud, lipiidid, karotenoidid, pigmendid (nt fükotsüaniinid, astaksantiin jne), fenoolid ja polüsahhariidid (nt karragiinid). See muudab need laialdaselt kasutatavaks looduslikuks materjaliks toitude ja toidulisandite ekstraktide valmistamiseks. Toidulisandites tavaliselt kasutatavad vetikaliigid on Arthrospira maxima ja (tuntud ka kui spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis ja Ulva spp. Vetikad on teadaolevalt hea kvaliteetsete valkude, lipiidide, pikaahelaliste polüküllastumata rasvhapete (st oomega-3), polüsahhariidide (nt alginaat, karragiin, β-glükaanid), vitamiinide ja antioksüdantide allikas.
Spirulina on sageli kasutatav vetikatüüp, mis on rikas väärtuslike bioaktiivsete ühendite poolest, nagu valgud (50–70% kuivmassist). Kuna USA Toidu- ja Ravimiamet (FDA, Food Drug Administration of the United States) on spirulina heaks kiitnud kui GRAS-i (Generally Recognized As Safe – üldtunnustatud kui ohutu), võib spirulinat ja spirulina ekstrakte kasutada kommertstoitudes või toidulisanditena.

Ultraheli vetikaekstraktsiooni eelised

Ultraheliekstraktsioon ületab alternatiivseid ekstraktsioonimeetodeid mitmes punktis, näiteks kõrge saagikus, töökindlus, ohutus, lihtsus ja keskkonnasõbralikkus.

Täielik ekstraktsiooni saagikus

Suure jõudlusega ultraheli seadmed (sonikaatorid) lõhuvad vetikarakud lahti ja desintegreerivad need, nii et rakusisene materjal vabaneb. Ultraheliekstraktsioon vabastab seeläbi bioaktiivsete ühendite kogu spektri, näiteks fükobiliproteiinid, karotenoidid ning lipiidid ja fenoolid.
Fükobiliproteiine saab jaotada kolme põhirühma: chloro-fükotsüaniinid, allofükotsüaniinid ja fükoerütriinid. C-fükotsüaniin on looduslik sinine pigment, mida kasutatakse laialdaselt toidu- ja farmaatsiatoodetes. Ultraheliekstraktsioon vabastab valkude kogu spektri.

Kõrge ekstraktsioonitõhusus

Duangsee jt (2009) katsetasid kahte erinevat bioaktiivsete ühendite ekstraktsioonimeetodit (ultraheliga toetatud lahustiekstraktsioon ning ekstraktsioon korduva külmutamise ja sulatamise teel) Arthospira biomassist ning leidsid, et ultraheli lahustiekstraktsioon andis kõrgema ekstraktsioonitõhususe (22,1%) kui külmutamine ja sulatamine (15,6%). Rakkude purunemise võrdlus ultraheli töötluse (sonikeerimise) ning korduva külmutamise ja sulatamise vahel näitab, et sonikeerimine on tõhusam. Ultraheli kavitatsioon lõhub vetikarakke kiiresti ja tõhusalt, mille tulemuseks on suurem rakkude lõhkumine võrreldes korduva külmutamise ja sulatamisega töödeldud spirulina rakkudega.
Sonikeerimine oli rakukesta purustamisel tõhusam kui korduv külmutamine ja sulatamine. Fükotsüaniini ekstraktsioonisaagikus näitas, et töötlemistemperatuur mõjutas ekstraktsioonitõhusust.

Kiire ekstraktsiooniprotsess

Suure jõudlusega ultraheli süsteemid võivad rakendada vetikasuspensioonile suurt ultraheli võimsust kõrgete amplituutide kaudu. See teeb ultraheliekstraktsioonist väga kiire töötlemismeetodi.

Temperatuuri reguleerimine

Ultraheli töötlus on mittetermiline, puhtalt mehaaniline ekstraktsioonitehnika. Ekstraktsiooni temperatuuri saab täpselt reguleerida ühendatava temperatuurianduri abil, mis on ühendatud digitaalse Hielscheri ultraheli seadmega (sonikaatoriga). Hielscheri digitaalsete ultraheli seadmete tarkvara võimaldab seada temperatuuripiire, nii et ultraheli homogenisaator teeb pausi, kui temperatuuripiir on saavutatud. Täpne temperatuuri reguleerimine võimaldab ära hoida kuumustundlike materjalide, näiteks fükobiliproteiinide, vitamiinide, polüfenoolide, polüsahhariidide, lipiidide ja muude bioaktiivsete ühendite termilist lagunemist.

Ühilduvus erinevate lahustitega

Ultraheli töötlus sobib peaaegu iga lahustiga. Ultraheliekstraktsioon koos rohelisete lahustitega, nagu vesi või etanool, annab puhtaid ekstrakte. Neid ultraheliekstrakte võib toidus ohutult kasutada, kuna ekstraktsioonilahustitel etanoolil ja veel on GRAS-i (Generally Recognized As Safe, üldtunnustatud kui ohutu) staatus.

Reprodutseeritavus ja protsessi standardimine

Hielscheri digitaalsed ultraheliseadmed on varustatud intelligentse tarkvaraga ja laiaulatusliku sätete valikuga ideaalsete ekstraktsiooniparameetrite jaoks. Tarkvara salvestab kõik ultraheliprotsessi parameetrid (nt amplituud, netovõimsus, koguvõimsus, temperatuur, rõhk, aeg, kuupäev) ja kirjutab ultraheli töötluse andmed CSV-faili sisseehitatud SD-kaardile. See võimaldab teil oma ekstraktsiooniprotsessi standardida ning jälgida ultraheli töötlust ja väljundi kvaliteeti täpselt. Need funktsioonid aitavad täita protsessi standardimise nõudeid ning head tootmistava (GMP), mis on mõlemad väga olulised, kui ekstrakte toodetakse toidulisanditele, toidule või farmaatsiatoodetele.

Fükotsüaniini ultraheliekstraktsiooni protokoll

Mazumder et al. (2017) uurisid optimaalseid töötlusparameetreid fükotsüaniini ja fenoolsete ühendite ultraheliekstraktsiooniks liigist Arthospira platensis. Fükotsüaniini maksimaalne saagis (29,9 mg/g) ja fenoolsete ühendite kogusisaldus (2,4 mg/g) saadi 40% etanoolikontsentratsiooni ja 34,9°C ekstraktsioonitemperatuuri juures, kasutades ultraheliseadet UP50H (50 vatti, 30kHz) amplituudil 95% ekstraktsiooniajaga 104,7 sek.

Vernès et al. (2019) kasutasid valgu ekstraheerimiseks spirulinast ultraheliseadet UIP1000hdT (1000W, 20kHz). Ultraheliseade oli varustatud sonotroodiga BS2d34 ja ultraheli läbivoolureaktoriga (täpset ultraheliekstraktsiooni seadistust koos läbivoolukambri ja Seepexi pumbaga vt allolevalt pildilt).

UIP1000hdT – manotermosonikatsiooni (MTS) seadistus ja meie valgu ekstraktsioon spirulinast laboratoorses mastaabis
allikas: Vernes et al. 2019

Uurimistulemused näitavad, et valgusaagisele optimeeritud ultraheliekstraktsiooni tingimused hõlmavad veidi tõstetud temperatuuri ja rõhku (nn manotermosonikatsioon MTS). MTS soodustab massiülekannet ja võimaldab saada 229% rohkem valke (28,42 ± 1,15 g/100 g kuivmassi) kui tavapärane protsess ilma ultraheluta (8,63 ± 1,15 g/100 g kuivmassi).
Kui ekstrakti saadi 28,42 g valke 100 g kuiva spirulina biomassi kohta, saavutati valkude taaskasutusmäär 50% vaid 6 minutiga pidevas ultraheli töötluse protsessis. Mikroskoopiline pildistamine näitab, et akustiline kavitatsioon mõjutab spirulina filamente erinevate mehhanismide kaudu, nagu fragmenteerumine, sonoporatsioon ja detekstureerimine. Need mitmesugused mõjud muudavad spirulina bioaktiivsete ühendite ekstraheerimise, vabanemise ja lahustumise lihtsamaks ja tõhusamaks, mille tulemuseks on kõrge kvaliteediga suur valgusaagis.
Ultraheliga ekstraheeritud valkude kvaliteedi osas ei lagunenud aminohapped ultraheli töötluse käigus, kuid ultraheli töötluse korral on neid tavapärase ekstraktsiooniga võrreldes suuremas koguses.
Kui võrrelda manotermosonikatsiooni ja ultraheliekstraktsiooni ilma kõrgendatud rõhu ja temperatuurita, on erinevus ekstraktsioonisaagises ja -tõhususes vaid minimaalne. Seetõttu peetakse ultraheli üksi kõige ökonoomsemaks ja lihtsamaks tehnikaks, et toota kvaliteetset spirulina valkudes rikast ekstrakti. Ultraheliekstraktsioon on roheline, keskkonnasõbralik ekstraktsioonitehnika, mis sobib valkude ekstraheerimiseks spirulinast laboratoorses mastaabis ning mida saab hõlpsasti skaleerida pilootmastaapi ja tööstuslikku mastaapi. (vrd Vernès et al. 2019)

Suure jõudlusega ultraheliekstraktorid

Kõiki väikeses mastaabis saavutatud ekstraheerimistulemusi saab lineaarselt skaleerida suurematele tootmismahtudele. Hielscher Ultrasonicsi lai tootevalik laborist tööstuslike ekstraheerimissüsteemideni sisaldab sobivaimat ultraheli homogenisaatorit teie kavandatud protsessimahu jaoks. Meie pikaajalise kogemusega töötajad toetavad teid teostatavuskatsetest ja protsessi optimeerimisest kuni teie ultraheli süsteemi paigaldamiseni lõplikul tootmistasandil.

Hielscher Ultrasonics – keerukas ekstraheerimisseadmestik

Hielscher Ultrasonicsi tootevalik hõlmab kogu suure jõudlusega ultraheli ekstraktorite valiku väikesest kuni suure mastaabini. Lisatarvikud võimaldavad lihtsalt kokku panna teie protsessi jaoks sobivaima ultraheliseadme konfiguratsiooni. Optimaalne ultraheli seadistus sõltub kavandatud mahutavusest, mahust, toorainest, partii- või jooksvast (inline) protsessist ning ajakavast. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 tööd suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades. Ultraheli ekstraheerimisprotsesside lineaarne skaleeritavus võimaldab tootmist lihtsalt ja usaldusväärselt suurendada. Lugege lähemalt ultraheli ekstraheerimisprotsesside lineaarse skaleerimise kohta!

Valige erinevate tarvikute hulgast, näiteks:

• erineva suuruse, läbimõõdu ja kujuga sonotroodid
• sonotroodid kõrgele amplituudile 200 µm ja enam
• läbivoolukambriga reaktorid erinevate mahtude ja geomeetriatega
• arvukad võimendussarved (booster horns) võimenduse suurendamiseks või vähendamiseks
• täielikud ultraheli töötluse (sonikeerimise) süsteemid, näiteks SonoStation, mis sisaldavad ultraheli ekstraktorit, mahutit, segurit ja pumpa
• ühendatavad temperatuuriandurid
• ühendatavad rõhuandurid

Meie hästi koolitatud ja pikaajalise kogemusega töötajad nõustavad teid ning soovitavad teie ekstraheerimisprotsessi nõuetele kõige sobivama ultraheli süsteemi!

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheli homogenisaatorite ligikaudsest töötlemismahutavusest: