استخراج فراصوتی آستاگزانتین برای دستیابی به بازده بالاتر
- آستاگزانتین آنتی‌اکسیدانی بسیار قوی است که در داروها و مکمل‌های تغذیه‌ای استفاده می‌شود.
- برای تولید آستاگزانتین باکیفیت از منابع طبیعی مانند جلبک‌ها، به روشی با عملکرد بالا برای استخراج نیاز است.
- استخراج فراصوتی یک فرایند مکانیکی است که در زمانی بسیار کوتاه، بازده بالایی از آستاگزانتین به دست می‌دهد.
سونیکاتورهای با عملکرد بالا برای عصاره‌های آستاگزانتین باکیفیت
استخراج فراصوتی روشی با عملکرد بالا است که از امواج فراصوت شدید برای استخراج آستاگزانتین از منابع طبیعی مانند ریزجلبک‌ها، کریل یا سخت‌پوستان استفاده می‌کند. آستاگزانتین رنگدانه‌ای کاروتنوئیدی با منشأ طبیعی است که به‌دلیل خواص آنتی‌اکسیدانی قوی و فواید گوناگون برای سلامت شناخته می‌شود. این ماده معمولاً به‌عنوان مکمل غذایی و رنگ خوراکی استفاده می‌شود. بیاموزید که فراصوت‌دهی چگونه به بهبود فرایند استخراج آستاگزانتین شما کمک می‌کند!
MultiSonoReactor برای بهبود استخراج آستاگزانتین با استفاده از فراصوت پرتوان
استخراج فراصوتی آستاگزانتین از ریزجلبک‌ها
آستاگزانتین مورد استفاده در مکمل‌های غذایی، که انسان‌ها و حیوانات برای بهره‌مندی از فواید آن‌ها برای سلامت مصرف می‌کنند، از غذاهای دریایی به دست می‌آید یا از جلبک H. pluvialis استخراج می‌شود. Haematococcus pluvialis ریزجلبکی سبز است که در شرایط تنش، مانند شوری زیاد، کمبود نیتروژن، دمای بالا و نور، مقادیر زیادی آستاگزانتین تولید می‌کند. Haematococcus pluvialis با داشتن تا 9٫2mg/g آستاگزانتین به‌ازای هر سلول جلبک (= تا 3٫8% وزن خشک H. pluvialis)، مقدار بسیار زیادی آستاگزانتین طبیعی انباشته می‌کند و ازاین‌رو ارگانیسم ترجیحی برای تولید آستاگزانتین است.
برای آزادسازی آستاگزانتین از ریزجلبک‌های سبز، سلول‌های جلبک باید تخریب شوند. فراصوت‌دهی روشی تثبیت‌شده برای تخریب سلولی، لیز و جداسازی ترکیبات زیست‌فعال مانند لیپیدها، آنتی‌اکسیدان‌ها، پلی‌فنول‌ها و رنگدانه‌های طبیعی است. فناوری فراصوت با عملکرد بالا نیروهایی کاملاً مکانیکی ایجاد می‌کند که از طریق نیروهای برشی دیواره‌های سلولی را تخریب کرده و موجب آزادسازی مواد زیست‌فعال مانند آستاگزانتین می‌شوند.
استخراج فراصوتی آستاگزانتین از مخمر
Phaffia rhodozyma مخمری غنی از آستاگزانتین است. بااین‌حال، دیوارهٔ سلولی ضخیم P. rhodozyma که عمدتاً از گلوکان تشکیل شده و عامل صلبیت سلول است، تخریب سلولی و جداسازی آستاگزانتین را به کاری دشوار تبدیل می‌کند. پژوهشگران (Gogate et al. 2015) دریافتند که استخراج فراصوتی در ترکیب با اسید لاکتیک، تخریب سلولی را تشدید می‌کند و استخراج آستاگزانتین از P. rhodozyma را به فرایندی سبزتر و سازگارتر با محیط‌زیست تبدیل می‌کند. آن‌ها از اسید لاکتیک به‌عنوان محیط تخریب و از اتانول به‌عنوان حلال استخراج استفاده کردند. بیشترین بازده آستاگزانتین (90%) با روش استخراج به کمک فراصوت، بر پایهٔ استفاده از اسید لاکتیک 3 M و زمان تخریب 15 min به دست آمد. استخراج‌کننده‌های فراصوتی قدرتمند مانند UIP4000hd (4kW، تصویر سمت چپ را ببینید) در ترکیب با راکتور جریان‌گذر قابل‌فشاردهی، امکان ایجاد کاویتاسیون بسیار شدید را فراهم می‌کنند. نیروهای برشی ناشی از کاویتاسیون دیواره‌های سلولی مخمر را تخریب کرده و انتقال جرم بین داخل سلول و حلال را تقویت می‌کنند.
- بازده برتر
- استخراج سریع – در عرض چند دقیقه
- عصاره‌های باکیفیت – فرایندی ملایم و غیرحرارتی
- حلال‌های سبز (مانند آب/اتانول)
- مقرون‌به‌صرفه
- کاربری آسان و ایمن
- هزینه‌های پایین سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری
- کارکرد 24/7 در شرایط کاری سنگین
- روشی سبز و سازگار با محیط‌زیست
استخراج فراصوتی آستاگزانتین – به‌صورت ناپیوسته یا جریان پیوسته
آستاگزانتین ترکیبی چربی‌دوست است و می‌تواند در حلال‌ها (مانند اتانول 48٫0% در اتیل استات) و روغن‌ها (مانند روغن سویا) حل شود.
ناپیوسته: فرایندهای استخراج فراصوتی را می‌توان به‌صورت فرایندهای سادهٔ ناپیوسته یا تیمار درون‌خطی اجرا کرد؛ در حالت درون‌خطی، محیط به‌طور پیوسته از یک راکتور فراصوتی جریان‌گذر عبور داده می‌شود.
پردازش ناپیوسته روشی آسان است که در آن استخراج، بچ‌به‌بچ انجام می‌شود. Hielscher Ultrasonics پردازشگرهای فراصوتی برای بچ‌های کوچک تا بزرگ، یعنی از 1L تا 120L، عرضه می‌کند.
برای پردازش بچ‌های 5 تا 10L، دستگاه پیشنهادی ما UP400ST همراه با سونوتْرود S24d22L2D است (تصویر سمت چپ را ببینید).
برای پردازش بچ‌های حدود 120L، دستگاه پیشنهادی ما سونیکاتور UIP2000hdT همراه با سونوتْرود RS4d40L4 است.
جریان‌گذر: برای حجم‌های بیشتر و استخراج تجاری در مقیاس کامل، جریان پیوسته‌ای از مایع از یک راکتور فراصوتی عبور داده می‌شود که در آن دوغاب حلال/مواد گیاهی تحت فراصوت‌دهی شدید قرار می‌گیرد.
برای حجم عبوری حدود 8L/min.، دستگاه پیشنهادی ما UIP4000hdT همراه با سونوتْرود RS4d40L3 و سلول جریان قابل‌فشاردهی FC130L4-3G0 است
UIP2000hdT (2kW) برای استخراج ناپیوسته در مقیاس بزرگ
دستگاه‌های فراصوت با عملکرد بالا برای استخراج
Hielscher Ultrasonics در ساخت سونیکاتورهای با عملکرد بالا برای تولید عصاره‌های باکیفیت از گیاهان، مخمرها و سلول‌ها تخصص دارد. مجموعهٔ گستردهٔ محصولات Hielscher Ultrasonics از دستگاه‌های فراصوت آزمایشگاهی کوچک و قدرتمند تا سامانه‌های رومیزی مقاوم و کاملاً صنعتی را در بر می‌گیرد که فراصوت با شدت بالا را برای استخراج و جداسازی کارآمد اجزای زیست‌فعال مانند آستاگزانتین، کوئرستین، کافئین، کورکومین، ترپن‌ها و غیره فراهم می‌کنند. همهٔ سونیکاتورهای دیجیتال از 200W تا 16٬000W دارای منویی با کاربری آسان و تنظیمات قابل‌برنامه‌ریزی، نمایشگر لمسی رنگی برای کاربری راحت، کارت SD داخلی برای ثبت خودکار داده‌ها، کنترل از راه دور از طریق مرورگر و بسیاری قابلیت‌های کاربرپسند دیگر هستند. سونوتْرودها و سلول‌های جریان (قطعاتی که با محیط در تماس هستند) را می‌توان اتوکلاو کرد و تمیز کردن آن‌ها آسان است. همهٔ دستگاه‌های فراصوت ما برای کارکرد 24/7 ساخته شده‌اند، به نگهداری کمی نیاز دارند و کاربری آن‌ها آسان و ایمن است.
نمایشگر رنگی دیجیتال، کنترل کاربرپسند تجهیزات فراصوت را امکان‌پذیر می‌کند. سامانه‌های ما قادرند دامنه‌های ارتعاشی کم تا بسیار بالا را فراهم کنند. برای استخراج ترکیبات شیمیایی مانند آستاگزانتین، سونوتْرودهای فراصوتی ویژه‌ای (که با نام پروب یا هورن فراصوتی نیز شناخته می‌شوند) عرضه می‌کنیم که برای جداسازی با حفظ حساسیت مواد مؤثرهٔ باکیفیت بهینه شده‌اند. Hielscher سونوتْرودهای ویژه‌ای برای دامنه‌های ارتعاشی بالا در ترکیب با سلول‌های جریان قابل‌فشاردهی عرضه می‌کند که قادرند نیروهای برشی بسیار شدید ناشی از کاویتاسیون ایجاد کنند و حتی سلول‌های بسیار مقاوم مخمر را تخریب کنند. استحکام تجهیزات فراصوت Hielscher، کارکرد 24/7 را در شرایط کاری سنگین و محیط‌های دشوار امکان‌پذیر می‌کند.
کنترل دقیق پارامترهای فرایند فراصوتی، تکرارپذیری و استانداردسازی فرایند را تضمین می‌کند. سامانه‌های خودکار استخراج فراصوتی Hielscher در مقیاس صنعتی برای تولید عصاره‌های با کیفیت برتر با ظرفیت تولید بالا طراحی شده‌اند و هم‌زمان نیروی کار، هزینه و انرژی مورد نیاز را کاهش می‌دهند.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
منابع/مراجع
- 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.
دانستنی‌های مفید
استخراج با فراصوت
استخراج فراصوتی یا استخراج با فراصوت بر اصل کاویتاسیون آکوستیکی استوار است.
هنگامی که امواج فراصوت شدید به سامانه‌های مایع اعمال می‌شوند، کاویتاسیون آکوستیکی رخ می‌دهد؛ پدیده‌ای که شامل تشکیل، رشد و در نهایت فروپاشی حباب‌های خلأ است (تصویر زیر را ببینید). در حین انتشار امواج فراصوت، حباب‌های خلأ نوسان می‌کنند و رشد می‌کنند تا به نقطه‌ای برسند که دیگر نتوانند انرژی بیشتری جذب کنند. حباب‌ها در اوج رشد خود به‌شدت فرو می‌پاشند و به‌صورت موضعی آثار حرارتی، مکانیکی و شیمیایی ایجاد می‌کنند. آثار مکانیکی شامل فشارهای بالا تا 1000atm، آشفتگی و نیروهای برشی شدید است. این نیروها دیواره‌های سلولی را تخریب کرده و انتقال جرم بین داخل سلول و حلال را تقویت می‌کنند و در نتیجه ترکیبات زیست‌فعال را در مایع اطراف (یعنی حلال) آزاد می‌کنند.
کاویتاسیون آکوستیکی که با فراصوت با شدت بالا و فرکانس پایین ایجاد می‌شود، نیروهای برشی شدید و اختلاف‌های زیاد و موضعی فشار و دما ایجاد می‌کند که اثر لازم برای تخریب سلولی، اختلاط شدید و انتقال جرم را فراهم می‌آورند. این نیروهای برشی فراصوتی با موفقیت برای استخراج از شاهدانه به کار گرفته می‌شوند.
استخراج فراصوتی ترکیبات از مواد گیاهی و بافت سلولی به‌خوبی بررسی شده است. استفاده از امواج فراصوت با شدت بسیار بالا، فرایندهای استخراج را به‌طور چشمگیری تقویت می‌کند. علاوه بر تشدید فرایند – که به بازده بالاتر و زمان استخراج کوتاه‌تر منجر می‌شود – از تخریب حرارتی و از دست رفتن اجزای حساس به دما نیز جلوگیری می‌شود، زیرا فراصوت‌دهی تیماری غیرحرارتی است. همچنین استخراج فراصوتی هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری پایینی دارد، مصرف حلال‌ها را کاهش می‌دهد و/یا استفاده از حلال‌های سبزتر را امکان‌پذیر می‌کند و به‌این‌ترتیب روشی اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست برای استخراج است. استخراج به کمک فراصوت، با عملکردی برتر از روش‌های متداول استخراج (UAE) در صنعت غذا برای تولید ترکیبات زیست‌فعال با منافع اقتصادی به کار گرفته شده است.
امواج فراصوت قدرتمند، ماتریس سلولی ساختارهای زیستی را تخریب کرده و ترکیبات زیست‌فعال را آزاد می‌کنند. انتقال جرم بین مادهٔ گیاهی و حلال تشدید می‌شود. به‌دلیل این سازوکارها، استخراج فراصوتی برای استخراج از شاهدانه بسیار کارآمد است.
آستاگزانتین
آستاگزانتین با رنگ قرمز تیرهٔ خود متمایز می‌شود. این ماده رنگدانه‌ای محلول در چربی است که در جلبک‌ها (مانند Haematococcus pluvialis، Chlorella zofingiensis، Chlorococcum)، مخمرها (مانند Phaffia rhodozyma)، ماهی سالمون، قزل‌آلا، کریل، میگو و شاه‌میگوی آب شیرین یافت می‌شود. آستاگزانتین یک اَبَرآنتی‌اکسیدان محسوب می‌شود، زیرا قدرت آنتی‌اکسیدانی آن ده تا بیست برابر بیشتر از بسیاری از کاروتنوئیدهای دیگر، مانند بتاکاروتن، لوتئین و زآگزانتین، و صد برابر بیشتر از آلفا‌توکوفرول (ویتامین E) است.
آستاگزانتین (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) یک کتوکاروتنوئید است و به‌عنوان یک تتراترپنوئید به ردهٔ بزرگ‌تری از ترکیبات شیمیایی به نام ترپن‌ها تعلق دارد که از پیش‌سازهای پنج‌کربنه، ایزوپنتنیل دی‌فسفات و دی‌متیل‌آلیل دی‌فسفات، تشکیل می‌شوند. آستاگزانتین، مانند زآگزانتین و کانتاگزانتین، در گروه ترکیبات کاروتنوئیدی دارای اجزای حاوی اکسیژن، یعنی هیدروکسیل (-OH) یا کتون (C=O)، طبقه‌بندی می‌شود. آستاگزانتین متابولیتی از زآگزانتین و/یا کانتاگزانتین است که هر دو گروه عاملی هیدروکسیل و کتون را دارد. آستاگزانتین مانند بسیاری از کاروتنوئیدها رنگدانه‌ای محلول در لیپید است و با رنگ قرمز خود متمایز می‌شود. کاروتنوئیدها، از جمله آستاگزانتین، به‌خوبی به‌خاطر ظرفیت آنتی‌اکسیدانی خود شناخته شده‌اند.
آستاگزانتین رنگدانه‌ای قرمز است که به‌طور طبیعی در ریزجلبک آب باران (Haematococcus pluvialis) و مخمری به نام Xanthophyllomyces dendrorhous (که با نام Phaffia rhodozyma نیز شناخته می‌شود) تولید می‌شود. این جلبک برای تولید آستاگزانتین، تحت تنش ناشی از یک یا ترکیبی از شرایط، از کمبود مواد مغذی و افزایش شوری گرفته تا تابش بیش‌ازحد خورشید، قرار می‌گیرد. گونه‌هایی که این ریزجلبک‌های آب شیرینِ تحت تنش را مصرف می‌کنند، مانند سالمون، قزل‌آلای قرمز، شانک قرمز، فلامینگو و سخت‌پوستان (مانند میگو، کریل، خرچنگ، لابستر و شاه‌میگوی آب شیرین)، این رنگدانه‌ها را به‌صورت طیف‌های قرمز–نارنجی در ظاهر خود نشان می‌دهند.
آستاگزانتین به‌عنوان مکمل، به‌دلیل آثار ارتقادهندهٔ سلامت و درمان‌کنندهٔ بیماری تجویز می‌شود. آستاگزانتین یک مادهٔ تغذیه‌ای‌دارویی تثبیت‌شده است که برای بهبود سلامت پوست (مانند کاهش چین‌وچروک، آسیب‌های ناشی از آفتاب‌سوختگی و غیره) تجویز می‌شود.
علاوه بر این، استفاده از آستاگزانتین برای درمان بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون، بیماری‌های قلبی‌عروقی، کلسترول بالا، بیماری‌های کبدی، دژنراسیون ماکولای وابسته به سن و پیشگیری از سرطان، توجه روزافزونی را به خود جلب می‌کند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.