Spirulina pigmentide ultraheliekstraktsioon
Ultraheliekstraktsioon on osutunud väga tõhusaks mikrovetikate kvaliteetsete ekstraktide eraldamisel. Spirulina pigmente, näiteks fükotsüaniini, tuntakse supertoiduna, mis aitab kaasa tervisele kasulikele mõjudele tänu kõrgele antioksüdantide, vitamiinide ja valkude sisaldusele. Kõrgkontsentreeritud toidulisandite, näiteks pulbrite ja tablettide valmistamiseks tuleb sinised pigmendid spirulina vetikatest ekstraheerida.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) ja Arthrospira maxima (A. maxima) on tuntud terminiga spirulina. Spirulina on sinivetikad, mis on rikkad aminohapete ja antioksüdantide poolest. Suure toitainesisalduse tõttu, mida moodustavad valgud, ensüümid, mineraalained ning vitamiinid A, K, B12, raud ja mangaan, liigitatakse need supertoiduks. Vetikaperekonnal Arthrospira on eriti kõrge valgusisaldus. Selle valgusisaldus on 53 kuni 68% kuivmassist ning see sisaldab kõigi asendamatute aminohapete täielikku spektrit. Lisaks sisaldab Arthrospira palju polüküllastumata rasvhappeid (PUFA), mis moodustavad ligikaudu 1,5 kuni 2% kogu lipiidisisaldusest, milleks on 5 kuni 6%. Need PUFA-d sisaldavad γ-linoleenhapet (GLA), asendamatut oomega-6 rasvhapet. Arthrospira muude bioaktiivsete ühendite hulka kuuluvad vitamiinid, mineraalained ning fotosünteetilised pigmendid.
Märkus: Teaduslikult õige nimetus liikidele Spirulina platensis (S. platensis) ja Spirulina maxima (S. maxima) on Arthrospira platensis (A. platensis) ja Arthrospira maxima (A. maxima). Mõlemad liigid kuulusid kunagi perekonda Spirulina ning neid tuntakse tänapäevani kõnekeeles spirulina nime all. Kuigi kahe eraldi perekonna, Arthrospira ja Spirulina, eristamist on nüüdseks üldiselt tunnustatud, kasutatakse terminit spirulina sageli ühise koondnimetusena.
Spirulina ultraheliekstraktsioon
Ultraheli rakulõhkujad (ehk ultraheliekstraktorid) on hästi tuntud oma võime poolest rakke avada, et vabastada rakusisest materjali. Kui intensiivsed ultraheli lained suunatakse vedelikesse, tekib akustilise kavitatsiooni nähtus. Kavitatsioonijõud lõhuvad rakuseinu ja tugevdavad massiülekannet, nii et bioaktiivsed sihtühendid kanduvad rakust vedelikku.
Ultraheliekstraktsioon rakkudest: mikroskoopiline ristlõige (TS) näitab toimemehhanisme ultraheliekstraktsiooni ajal rakkudest (suurendus 2000x) [allikas: Vilkhu et al. 2011]
Ultraheliekstraktsiooni eelised
- Kõrge saagis
- Ülimalt kvaliteetne ekstrakt
- Kiire ekstraktsioon
- Õrn, mittetermiline protsess
- Mitmesugused lahustid
- Ohutu
- Lihtne kasutada
- Lineaarne skaleerimine
- Väike hooldusvajadus
- Kiire investeeringutasuvus (RoI)
Ekstraktsiooniprotokoll
Prabuthas et al. (2011) töötasid välja järgmise ekstraktsiooniprotokolli kõrgekvaliteetse fükotsüaniiniekstrakti saamiseks: fükotsüaniini ekstraktsiooni hinnati fükotsüaniini kontsentratsiooni alusel, kasutades destilleeritud vett ja 1% CaCl2 lahust. Merevetikat spirulinat kasutatakse kuivatatud kujul, kuna märga biomassi kasutavad bakterid kohe ära ja selle toitainelise koostise tõttu algab lagunemine. Seetõttu soovitatakse nende probleemide vältimiseks kasutada kuivatatud vetikabiomassi. Ekstraktsioon viidi läbi, segades 0,1g kuivatatud biomassi lahusti kogusega, ultraheli töötlus (sonikeerimine) teostati ajaga ja amplituudiga vastavalt katseplaanile. Proovisuspensioone sonikeeriti Hielscheri ultraheli rakulõhkujaga UP50H, millele järgnes tsentrifuugimine 15 min jooksul kiirusel 13 500rpm jahutatud tsentrifuugis. Fükotsüaniini ja valgu sisaldust ekstraktsiooni ajal erinevate lahustitega – kaltsiumkloriidi ja destilleeritud veega – uuriti.
Fükotsüaniini maksimaalne kogus, 0,3116mg/ml, saadi kaltsiumkloriidi lahuses, millele järgnes 0,299mg/ml destilleeritud vees. Valgu maksimaalne kogus, 63,63%, saadi destilleeritud vee lahustis ja 54,69% kaltsiumkloriidi lahuses. Seega leiti, et CaCl2 lahus on parim lahusti fükotsüaniini ekstraheerimiseks ultraheli abil.
Suure jõudlusega ultraheliekstraktorid spirulina ekstraheerimiseks
Hielscher on teie pikaajalise kogemusega partner, kui tegemist on bioaktiivsete ainete võimsa ja töökindla ultraheliekstraktsiooniga taimsest ja fütobiomassist. Kõiki ultraheliekstraktoreid saab käitada 24/7 ja need sobivad toidulisandite ekstraktide kaubanduslikuks tootmiseks. Meie tootevalik hõlmab kogu spektrit väiksematest käeshoitavatest biolõhkujatest kuni pilootmahu ultraheliseadmete ja tööstuslike ultraheliseadmeteni. Erinevad lisatarvikud, näiteks erinevad sonotroodid ja läbivoolukambriga reaktorid, võimaldavad seadet optimaalselt kohandada teie protsessi nõuetele. Kõik Hielscheri ultraheliprotsessorid on töökindlad, lihtsasti kasutatavad ja loodud kasutajasõbralikuks. Meie digitaalselt juhitavad ultraheliseadmed on varustatud sisseehitatud SD-kaardiga ultraheli töötluse (sonikeerimise) andmete automaatseks salvestamiseks.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster, mis koosneb seadmetest UIP16000 |
- Pikaajaline kogemus ultraheli töötluses (sonikeerimises)
- Kõrge kvaliteet
- Töökindlus
- 24/7 töö
- Kuivalt töötamise kaitse
- Lineaarne skaleeritavus
- Suurepärane klienditeenindus
- Väike hooldusvajadus
- Koolitus- ja paigaldusteenus
- Tehnikakeskus
- Protsessiarendus
- Kohandatud ultraheliseadmed
Meie hästi koolitatud töötajad tagavad kõrgetasemelise klienditeeninduse ja professionaalse nõustamise.
Võtke meiega täna ühendust! Soovitame hea meelega teie rakenduse jaoks kõige sobivama ultraheliekstraktori.
Suure võimsusega ultraheliekstraktorid laborist pilootmahuni ja tööstusliku mahuni.
Kirjandus/viited
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): An efficient extraction of phycocyanin by ultrasonication and separation using ‘sugaring out’. Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
- Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Standardization of rapid and economical method for neutraceuticals extraction from algae. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, May 2011.
Teadmist väärt fakte
Spirulina
Spirulina on teatud tüüpi tsüanobakter (tuntud ka kui tsüanofüüt), mis on bakterite hõimkond, kes saavad oma energia fotosünteesi teel. Nad on ainsad fotosünteesivad prokarüoodid, kes on võimelised hapnikku tootma. Nimetus tsüanobakterid pärineb bakterite värvist (kreeka keeles: κυανός, translit. kyanós, lit. sinine). Oma värvi tõttu nimetatakse neid ka sinivetikateks, kuigi mõiste vetikad on tänapäevases kasutuses piiratud eukarüootidega. Spirulina platensis (S. platensis) on mitmeharuline prokarüootne tsüanobakter, mida saab hõlpsasti kasvatada monokultuurina avatud tiikides või suletud bioreaktorites. C-fükotsüaniin (C-PC) on spirulina peamine fükobiliproteiin.
Spirulina ekstraktid
Spirulina on populaarne toidulisand, mis on saadud mere tsüanobakterite (sinivetikate) biomassist. Kaks spirulina liiki, mida kasutatakse veganvalgu- ja pigmenditoidulisandite valmistamiseks, on Arthrospira platensis ja Arthrospira maxima. Nendest mikrovetikatest vabanev ekstrakt on rikas antioksüdantide, aminohapete ja vitamiinide poolest. Seetõttu lisatakse sinist ekstraktipulbrit mahlade, smuutide, kokteilide ja jookide hulka ning see annab neile kauni intensiivse sinise värvuse. Teise võimalusena saab spirulina ekstrakti tarbida tableti kujul.
Fükotsüaniin, allofükotsüaniin ja fükoerütriin on pigment-valgukompleksid valgust koguvate fükobiliproteiinide perekonnast, mis on tuntud oma intensiivse helesinise värvuse poolest. Fükotsüaniin on klorofülli abipigment. Kuna kõik fükobiliproteiinid on vees lahustuvad, ei esine nad membraanis, vaid on seotud rakumembraaniga agregaatidena (nn fükobilisoomidena).
Ultraheliekstraktsioon ja rakkude lõhkumine (desintegreerimine)
Ultraheli abil ekstraheerimist (UAE) kasutatakse bioaktiivsete ühendite vabastamiseks ja eraldamiseks fütomaterjalist ja koest.
Ultraheliekstraktsiooni protsessides suunatakse intensiivsed ultraheli lained keskkonda, kus lained tekitavad vahelduvat kokkusurumist ja paisumist. Kokkusurumis- ja paisumistsüklite käigus tekivad vaakumpullid, mis kasvavad mitme tsükli jooksul, kuni nad ei suuda enam energiat neelata ja plahvatuslikult implodeerivad. Pulli implosioon tekitab kõrge energiaga oleku, kus kohapeal esinevad temperatuurid kuni 5000K, rõhkude vahed 1000atm, kuumenemis- ja jahtumiskiirused üle 1010 K/s ning vedelikujoad kiirusega 280m/s. Seda nähtust nimetatakse akustiliseks kavitatsiooniks.
Ultraheliekstraktsioon põhineb akustilisel kavitatsioonil ja selle hüdrodünaamilistel nihkejõududel