Astaksantiini ultrahelipõhine ekstraheerimine suurema saagise saavutamiseks
- Astaksantiin on väga tugev antioksüdant, mida kasutatakse farmaatsiatoodetes ja toidulisandites.
- Kvaliteetse astaksantiini tootmiseks looduslikest allikatest, näiteks vetikatest, on vaja suure jõudlusega ekstraheerimismeetodit.
- Ultraheliekstraheerimine on mehaaniline töötlus, mis annab väga lühikese ekstraheerimisaja jooksul kõrge astaksantiini saagise.
Suure jõudlusega sonikaatorid kvaliteetsete astaksantiini ekstraktide jaoks
Ultraheliekstraheerimine on suure jõudlusega ekstraheerimismeetod, mis kasutab intensiivseid ultrahelilaineid astaksantiini ekstraheerimiseks looduslikest allikatest, näiteks mikrovetikatest, krillist või koorikloomadest. Astaksantiin on looduslikult esinev karotenoidpigment, mis on tuntud oma võimsate antioksüdantsete omaduste ja mitmesuguse terviseloome poolest. Seda kasutatakse tavaliselt toidulisandina ja toiduvärvainena. Uurige, kuidas ultraheli töötlus (sonikeerimine) aitab teie astaksantiini ekstraheerimisprotsessi parandada!
MultiSonoReactor astaksantiini ekstraheerimise parandamiseks suure võimsusega ultraheli abil
Astaksantiini ultraheliekstraheerimine mikrovetikatest
Toidulisandite jaoks, mida inimesed ja loomad tarbivad oma terviseloome pärast, saadakse astaksantiini mereandidest või ekstraheeritakse seda vetikast H. pluvialis. Haematococcus pluvialis on roheline mikrovetikas, mis toodab suurt astaksantiinisisaldust, kui rakendatakse stressitingimusi, nt kõrge soolsus, lämmastikupuudus, kõrge temperatuur ja valgus. Kuni 9,2mg/g astaksantiiniga vetikaraku kohta (= kuni 3,8% H. pluvialis’e kuivkaalust) koguneb Haematococcus pluvialis’esse väga kõrge looduliku astaksantiini sisaldus ja seetõttu on see eelistatud organism astaksantiini tootmiseks.
Astaksantiini vabastamiseks rohelistest mikrovetikatest tuleb vetikarakud lõhkuda. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on rakkude lõhkumiseks, lüüsimiseks ja bioaktiivsete ühendite, näiteks lipiidide, antioksüdantide, polüfenoolide ja looduslike pigmentide isoleerimiseks hästi väljakujunenud. Suure jõudlusega ultraheli tekitab puhtalt mehaanilisi jõude, mis lõhuvad rakuseinu nihkejõudude toimel ja põhjustavad bioaktiivsete ainete, näiteks astaksantiini, vabanemist.
Astaksantiini ultraheliekstraheerimine pärmist
Phaffia rhodozyma on astaksantiinirikas pärm. P. rhodozyma paks raksein, mis koosneb peamiselt glükaanist ja vastutab raku jäikuse eest, muudab rakkude lõhkumise (desintegreerimise) ja astaksantiini isoleerimise nõudlikuks ülesandeks. Teadlased (Gogate et al. 2015) leidsid, et ultraheliekstraheerimine koos piimhappega tõhustab rakkude lõhkumist ning muudab astaksantiini ekstraheerimise P. rhodozyma’st rohelisemaks ja keskkonnasõbralikumaks protsessiks. Nad kasutasid lõhkumise keskkonnana piimhapet ja ekstraheerimise lahustina etanooli. Astaksantiini maksimaalne saagis (90%) saavutati ultraheliabistatud ekstraheerimise meetodiga, mis põhines 3 M piimhappe kasutamisel ja 15 min lõhkumisajal. Võimsad ultraheliekstraktorid, näiteks UIP4000hd (4kW, vt pilti vasakul), koos survestatava läbivoolureaktoriga võimaldavad tekitada väga intensiivset kavitatsiooni. Kavitatsioonilised nihkejõud lõhuvad pärmirakkude seinu ning soodustavad massiülekannet raku sisemuse ja lahusti vahel.
- Parem saagis
- Kiire ekstraheerimine – mõne minutiga
- Kvaliteetsed ekstraktid – õrn, mittetermiline
- Rohelised lahustid (nt vesi/etanool)
- Kulutõhus
- Lihtne ja ohutu kasutada
- Madalad investeerimis- ja tegevuskulud
- 24/7 töö raskes töörežiimis
- Roheline, keskkonnasõbralik meetod
Astaksantiini ultraheliekstraheerimine – partii- või pidevvoolurežiimis
Astaksantiin on lipofiilne ühend ning seda saab lahustada lahustites (nt 48,0% etanool etüülatsetaadis) ja õlides (nt sojaõli).
Partii: Ultraheli ekstraheerimisprotsesse saab läbi viia lihtsate partiiprotsessidena või in-line töötlusena, kus keskkonda suunatakse pidevalt läbi ultraheli läbivoolureaktori.
Partiitöötlus on lihtne protseduur, kus ekstraheerimine toimub partii kaupa. Hielscher Ultrasonics pakub ultraheliprotsessoreid väikestele kuni suurtele partiidele, st 1L kuni 120L.
5 kuni 10L partiide töötlemiseks soovitame UP400ST sonotroodiga S24d22L2D (vt pilti vasakul).
Umbes 120L partiide töötlemiseks soovitame sonikaatorit UIP2000hdT sonotroodiga RS4d40L4.
Läbivoolurežiim: Suuremate mahtude ja täismahulise kaubandusliku ekstraheerimise jaoks suunatakse pidev vedelikuvool läbi ultraheli reaktori, kus lahusti/taimse materjali suspensiooni sonikeeritakse intensiivselt.
Umbes 8L/min. mahu jaoks soovitame UIP4000hdT sonotroodiga RS4d40L3 ja survestatava läbivoolukambriga FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) suuremahuliseks partiiekstraheerimiseks
Suure jõudlusega ultraheli sonikaatorid ekstraheerimiseks
Hielscher Ultrasonics on spetsialiseerunud suure jõudlusega sonikaatorite tootmisele kvaliteetsete ekstraktide valmistamiseks taimedest, pärmidest ja rakkudest. Hielscher Ultrasonicsi lai tootevalik ulatub väikestest võimsatest laboriultrahelisonikaatoritest töölauaseadmete ja täismahuliste tööstussüsteemideni, mis annavad suure intensiivsusega ultraheli bioaktiivsete komponentide, nagu astaksantiin, kvertsetiin, kofeiin, kurkumiin, terpeenid jne, tõhusaks ekstraheerimiseks ja isoleerimiseks. Kõigil digitaalsetel sonikaatoritel võimsusega 200W kuni 16 000W on intuitiivne menüü programmeeritavate seadistustega, mugavaks kasutamiseks värviline puutekuvar, integreeritud SD-kaart automaatseks andmete salvestamiseks, brauseri kaudu kaugjuhtimine ja palju muid kasutajasõbralikke funktsioone. Sonotroode ja läbivoolukambreid (osi, mis on kontaktis keskkonnaga) saab autoklaavida ning neid on lihtne puhastada. Kõik meie ultraheli sonikaatorid on ehitatud 24/7 töötamiseks, vajavad vähe hooldust ning on lihtsad ja ohutud kasutada.
Digitaalne värviline kuvar võimaldab ultraheliseadmeid kasutajasõbralikult juhtida. Meie süsteemid suudavad anda amplituude madalatest kuni väga kõrgeteni. Keemiliste ühendite, näiteks astaksantiini ekstraheerimiseks pakume spetsiaalseid ultraheli sonotroode (tuntud ka kui ultraheli sondid või sarved), mis on optimeeritud kvaliteetsete toimeainete õrnaks isoleerimiseks. Hielscher pakub spetsiaalseid sonotroode kõrgete amplituudide jaoks koos survestatavate läbivoolukambritega, mis suudavad tekitada äärmuslikke kavitatsioonilisi nihkejõude, mis lõhuvad isegi väga vastupidavaid pärmirakke. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töötamist suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.
Ultraheliprotsessi parameetrite täpne juhtimine tagab korratavuse ja protsessi standardimise. Hielscheri tööstusliku mastaabi automatiseeritud ultraheli ekstraheerimissüsteemid on mõeldud kõrgekvaliteediliste ekstraktide suurte tootmismahtude jaoks, vähendades samal ajal tööjõudu, kulusid ja energiat.
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Kirjandus/viited
- 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.
Teadmist väärt fakte
Sono-ekstraheerimine
Ultraheli ekstraheerimine ehk sono-ekstraheerimine põhineb akustilise kavitatsiooni põhimõttel.
Kui vedelsüsteemidele rakendatakse intensiivseid ultraheli laineid, tekib akustiline kavitatsioon, mis on vaakumimullide teke, kasv ja lõpuks kollapseerumine (vt pilti allpool). Ultraheli lainete leviku ajal vaakumimullid võnguvad ja kasvavad, kuni jõuavad punkti, kus nad ei suuda rohkem energiat neelata. Mulli kasvu tipus nad kollapseeruvad vägivaldselt, mis põhjustab lokaalseid termilisi, mehaanilisi ja keemilisi toimeid. Mehaanilised toimed hõlmavad kõrgeid rõhke kuni 1000atm, turbulentsi ja intensiivseid nihkejõude. Need jõud lõhuvad rakuseinu ja soodustavad massiülekannet raku sisemuse ja lahusti vahel, vabastades bioaktiivsed ühendid ümbritsevasse vedelikku (st lahustisse).
Akustiline kavitatsioon, mida tekitab suure intensiivsusega madalsageduslik ultraheli, tekitab tugevaid nihkejõude ning lokaalselt esinevaid suuri rõhu- ja temperatuuride erinevusi, mis annavad rakkude lõhkumiseks, intensiivseks segamiseks ja massiülekandeks vajaliku mõju. Neid ultraheli nihkejõude rakendatakse edukalt kanepi ekstraheerimisel.
Ainete ekstraheerimist taimsetest materjalidest ja rakukoest ultraheli abil on põhjalikult uuritud. Suure intensiivsusega ultrahelilainete rakendamine soodustab ekstraheerimisprotsesse oluliselt. Lisaks protsessi intensiivistamisele – mille tulemuseks on suuremad saagised ja lühem ekstraheerimisaeg – hoitakse ära termiline lagunemine ja temperatuuritundlike koostisosade kadu, kuna ultraheli töötlus (sonikeerimine) on mittetermiline töötlus. Lisaks on ultraheliekstraheerimise investeerimis- ja kasutuskulud madalad, see vähendab lahustite kasutamist ja/või võimaldab kasutada keskkonnasõbralikumaid lahusteid, mistõttu on see ökonoomne ja keskkonnasõbralik ekstraheerimistehnika. Ületades tavapärased ekstraheerimismeetodid, on ultraheli abil toimuv ekstraheerimine (UAE) võetud toiduainetööstusest üle bioaktiivsete ühendite tootmiseks majanduslikku kasu saades.
Võimsad ultrahelilained lõhuvad bioloogiliste struktuuride rakumaatriksi ja vabastavad bioaktiivsed ühendid. Taimse materjali ja lahusti vaheline massiülekanne intensiivistub. Tänu nendele mehhanismidele on ultraheliekstraheerimine kanepi ekstraheerimisel väga tõhus.
Astaksantiin
Astaksantiini iseloomustab sügavpunane värvus. See on rasvlahustuv pigment, mida leidub vetikates (nt Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), pärmides (nt Phaffia rhodozyma), lõhes, forellis, krillis, krevettides ja jõevähkides. Astaksantiini peetakse üliantioksüdandiks, kuna selle antioksüdatiivne toime on kümme kuni kakskümmend korda tugevam kui paljudel teistel karotenoididel, näiteks beetakaroteenil, luteiinil ja zeaksantiinil, ning sada korda tugevam kui alfa-tokoferoolil (E-vitamiin).
Astaksantiin (3,3′-dihüdroksü-β, β′-karoteen-4,4′-dioon) on ketokarotenoid ja kuulub suuremasse keemiliste ühendite klassi, mida tuntakse terpeenidena (tetraterpenoidina) ning mis koosnevad viiest süsinikuprekursorist, isopentenüüldifosfaadist ja dimetüülallüüldifosfaadist. Astaksantiin liigitatakse hapnikku sisaldavate komponentidega karotenoidsete ühendite hulka, nimelt hüdroksüül- (-OH) või ketoonrühmaga (C=O) ühendite hulka, nagu zeaksantiin ja kantaksantiin. Astaksantiin on zeaksantiini ja/või kantaksantiini metaboliit, mis sisaldab nii hüdroksüül- kui ka ketoonrühma. Nagu paljud karotenoidid, on astaksantiin rasvlahustuv pigment ning seda iseloomustab punane värvus. Karotenoidid, sealhulgas astaksantiin, on hästi tuntud oma antioksüdatiivse võime poolest.
Astaksantiin on punane pigment ja pärineb looduslikult vihmavee mikrovetikatest (Haematococcus pluvialis) ning pärmist nimega Xanthophyllomyces dendrorhous (tuntud ka kui Phaffia rhodozyma). Vetikad läbivad astaksantiini tekitamiseks stressi, mille põhjuseks on üks tingimus või nende kombinatsioon, alates toitainete puudusest ja suurenenud soolsusest kuni liigse päikesevalguseni. Liigid, kes tarbivad neid stressi läbi elanud magevee mikrovetikaid, näiteks lõhe, punane forell, punane merikoger, flamingo ja koorikloomad (nt krevetid, krill, krabi, homaar, jõevähk), peegeldavad oma välimuses punakasoranži varjundite pigmentatsiooni.
Lisandina manustatakse astaksantiini selle tervist edendava ja haigusi raviva toime tõttu. Astaksantiin on väljakujunenud nutraseutikum, mida manustatakse naha tervise parandamiseks (nt kortsude vähendamiseks, päikesepõletusest tingitud kahjustuste vähendamiseks jne).
Lisaks pälvib astaksantiin üha rohkem tähelepanu oma kasutamise tõttu Alzheimeri tõve, Parkinsoni tõve, südame-veresoonkonnahaiguste, kõrge kolesteroolitaseme, maksahaiguste ja east tingitud makuladegeneratsiooni raviks ning vähi ennetamiseks.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborisüsteemidest kuni tööstuslike süsteemideni.