استخراج فراصوتی رنگدانه‌های اسپیرولینا
ثابت شده است که استخراج فراصوتی برای جداسازی عصاره‌های ریزجلبکی با کیفیت ممتاز، کارایی بسیار بالایی دارد. رنگدانه‌های اسپیرولینا، مانند فیکوسیانین، به‌عنوان ابرغذا شناخته می‌شوند و به‌دلیل محتوای بالای آنتی‌اکسیدان‌ها، ویتامین‌ها و پروتئین‌ها، به سلامت کمک می‌کنند. برای تولید مکمل‌های بسیار غلیظ، مانند پودرها و قرص‌ها، باید رنگدانه‌های آبی از جلبک اسپیرولینا استخراج شوند.
اسپیرولینا
Arthrospira platensis (A. platensis) و Arthrospira maxima (A. maxima) با نام اسپیرولینا شناخته می‌شوند. اسپیرولینا جلبکی سبزآبی است که سرشار از اسیدهای آمینه و آنتی‌اکسیدان‌هاست. این جلبک‌ها به‌دلیل میزان بالای مواد مغذی، مانند پروتئین‌ها، آنزیم‌ها، مواد معدنی و ویتامین‌های A، K، B12، آهن و منگنز، در دستهٔ ابرغذاها قرار می‌گیرند. جنس جلبکی Arthrospira به‌ویژه محتوای پروتئینی بالایی دارد. محتوای پروتئین آن بر مبنای وزن خشک از 53 تا 68% متغیر است و طیف کامل تمام اسیدهای آمینهٔ ضروری را تأمین می‌کند. افزون بر این، Arthrospira مقادیر زیادی اسیدهای چرب چندغیراشباع (PUFAs) دارد که حدود 1٫5 تا 2% از محتوای کل لیپیدیِ 5 تا 6% را تشکیل می‌دهند. این PUFAs شامل اسید γ-لینولنیک (GLA)، یک اسید چرب ضروری امگا-6، هستند. سایر ترکیبات زیست‌فعال Arthrospira شامل ویتامین‌ها، مواد معدنی و رنگدانه‌های فتوسنتزی است.
نکته: از نظر علمی، نام صحیح Spirulina platensis (S. platensis) و Spirulina maxima (S. maxima)، به‌ترتیب Arthrospira platensis (A. platensis) و Arthrospira maxima (A. maxima) است. هر دو گونه زمانی در جنس Spirulina طبقه‌بندی می‌شدند و تا امروز در زبان رایج با نام اسپیرولینا شناخته می‌شوند. اگرچه معرفی دو جنس مجزای Arthrospira و Spirulina اکنون عموماً پذیرفته شده است، اصطلاح اسپیرولینا اغلب به‌عنوان نامی فراگیر به کار می‌رود.
استخراج فراصوتی اسپیرولینا
دستگاه‌های تخریب سلولی فراصوتی که استخراج‌گرهای فراصوتی نیز نامیده می‌شوند، به‌دلیل توانایی خود در باز کردن سلول‌ها برای آزادسازی مواد درون‌سلولی شناخته شده‌اند. هنگامی که امواج فراصوت شدید به سیالات کوپل می‌شوند، پدیدهٔ کاویتاسیون آکوستیکی رخ می‌دهد. نیروهای کاویتاسیونی دیواره‌های سلولی را تخریب می‌کنند و انتقال جرم را افزایش می‌دهند تا ترکیبات زیست‌فعال هدف از سلول به مایع منتقل شوند.
استخراج فراصوتی از سلول‌ها: مقطع عرضی میکروسکوپی (TS)، سازوکارهای عمل را طی استخراج فراصوتی از سلول‌ها نشان می‌دهد (بزرگ‌نمایی 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]
مزایای استخراج فراصوتی
- بازده بالا
- کیفیت ممتاز عصاره
- استخراج سریع
- فرایند ملایم و غیرحرارتی
- حلال‌های گوناگون
- ایمن
- کاربری آسان
- افزایش مقیاس خطی
- نیاز اندک به نگهداری
- بازگشت سریع سرمایه
دستورالعمل استخراج
Prabuthas et al. (2011) دستورالعمل استخراج زیر را برای دستیابی به عصارهٔ فیکوسیانین با کیفیت بالا تدوین کرده‌اند: استخراج فیکوسیانین با استفاده از آب مقطر و محلول 1% CaCl2، از نظر غلظت فیکوسیانین ارزیابی شد. جلبک دریایی اسپیرولینا به‌صورت خشک‌شده استفاده می‌شود، زیرا زیست‌تودهٔ مرطوب به‌دلیل ترکیب تغذیه‌ای خود بلافاصله مورد استفادهٔ باکتری‌ها قرار می‌گیرد و تجزیهٔ آن آغاز می‌شود. بنابراین، برای جلوگیری از این مشکلات، استفاده از زیست‌تودهٔ خشک‌شدهٔ جلبک توصیه می‌شود. استخراج با مخلوط کردن 0٫1g زیست‌تودهٔ خشک‌شده با مقداری حلال انجام شد و زمان و دامنهٔ فراصوت‌دهی مطابق با طرح آزمایش تعیین شد. سوسپانسیون‌های نمونه با استفاده از دستگاه تخریب سلولی فراصوتی UP50H ساخت Hielscher تحت فراصوت‌دهی قرار گرفتند و سپس با سانتریفیوژ یخچال‌دار، به‌مدت 15 min در 13٬500rpm سانتریفیوژ شدند. محتوای فیکوسیانین و پروتئین طی استخراج با حلال‌های مختلف، یعنی کلرید کلسیم و آب مقطر، بررسی شد.
بیشترین مقدار فیکوسیانین، برابر با 0٫3116mg/ml، در محلول کلرید کلسیم به دست آمد و پس از آن، مقدار 0٫299mg/ml در آب مقطر حاصل شد. بیشترین مقدار پروتئین، برابر با 63٫63%، در حلال آب مقطر و مقدار 54٫69% در محلول کلرید کلسیم به دست آمد. بنابراین، محلول CaCl2 به‌عنوان بهترین حلال برای استخراج فیکوسیانین به کمک فراصوت شناخته شد.
استخراج‌گرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای استخراج اسپیرولینا
Hielscher با تجربه‌ای طولانی، شریک شما در استخراج فراصوتی قدرتمند و قابل‌اعتماد ترکیبات زیست‌فعال از زیست‌تودهٔ گیاهان و دیگر منابع گیاهی است. تمام استخراج‌گرهای فراصوتی قابلیت کارکرد 24/7 دارند و برای تولید تجاری عصاره‌های مورد استفاده در مکمل‌های غذایی مناسب هستند. سبد محصولات ما طیف کاملی از دستگاه‌های کوچک‌تر تخریب زیستی که در دست نگه داشته می‌شوند تا دستگاه‌های فراصوت پایلوت و سامانه‌های فراصوت صنعتی را پوشش می‌دهد. لوازم جانبی گوناگون، مانند سونوتْرودهای مختلف و راکتورهای سلول جریان، امکان انطباق بهینه با نیازهای فرایند شما را فراهم می‌کنند. تمام پردازشگرهای فراصوتی Hielscher مستحکم هستند، کاربری آسانی دارند و با هدف سهولت استفاده طراحی شده‌اند. دستگاه‌های فراصوت ما با کنترل دیجیتال، به کارت SD داخلی برای ثبت خودکار داده‌های فراصوت‌دهی مجهز هستند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000 |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
- تجربهٔ طولانی در فراصوت‌دهی
- کیفیت بالا
- استحکام
- کارکرد 24/7
- محافظت در برابر کارکرد خشک
- مقیاس‌پذیری خطی
- خدمات عالی به مشتریان
- نیاز اندک به نگهداری
- خدمات آموزش و نصب
- مرکز فنی
- توسعهٔ فرایند
- تجهیزات فراصوتی سفارشی
کارکنان آموزش‌دیدهٔ ما ارائهٔ خدمات باکیفیت به مشتریان و مشاورهٔ حرفه‌ای را تضمین می‌کنند.
همین امروز با ما تماس بگیرید! با کمال میل مناسب‌ترین استخراج‌گر فراصوتی را برای کاربرد شما پیشنهاد می‌کنیم.
استخراج‌گرهای فراصوتی پرتوان، از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی.
منابع و مراجع
- 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.
دانستنی‌ها
اسپیرولینا
اسپیرولینا نوعی سیانوباکتری است. سیانوباکتری‌ها که سیانوفیتا نیز نامیده می‌شوند، شاخه‌ای از باکتری‌ها هستند که انرژی خود را از طریق فتوسنتز به دست می‌آورند. آن‌ها تنها پروکاریوت‌های فتوسنتزکننده‌ای هستند که می‌توانند اکسیژن تولید کنند. نام سیانوباکتری از رنگ این باکتری‌ها گرفته شده است (یونانی: κυανός، آوانویسی: kyanós، به‌معنای آبی). به‌دلیل رنگشان، جلبک‌های سبزآبی نیز نامیده می‌شوند، هرچند اصطلاح جلبک در کاربرد امروزی به یوکاریوت‌ها محدود است. Spirulina platensis (S. platensis) یک سیانوباکتری پروکاریوتی چندرشته‌ای است که به‌آسانی می‌توان آن را به‌صورت کشت خالص در حوضچه‌های روباز یا زیست‌راکتورهای بسته پرورش داد. C-فیکوسیانین (C-PC) فیکوبیلی‌پروتئین اصلی اسپیرولینا است.
عصاره‌های اسپیرولینا
اسپیرولینا یک مکمل غذایی پرطرفدار است که از زیست‌تودهٔ سیانوباکتری‌های دریایی (جلبک‌های سبزآبی) به دست می‌آید. دو گونهٔ اسپیرولینا که برای تهیهٔ مکمل‌های پروتئینی و رنگدانه‌ای وگان استفاده می‌شوند، Arthrospira platensis و Arthrospira maxima هستند. عصارهٔ آزادشده از این ریزجلبک‌ها سرشار از آنتی‌اکسیدان‌ها، اسیدهای آمینه و ویتامین‌هاست. ازاین‌رو، پودر آبی این عصاره به آب‌میوه‌ها، اسموتی‌ها، شیک‌ها و نوشیدنی‌ها افزوده می‌شود و رنگ آبی زیبا و پررنگی به آن‌ها می‌بخشد. همچنین می‌توان عصارهٔ اسپیرولینا را به‌شکل قرص مصرف کرد.
فیکوسیانین، آلوفیکوسیانین و فیکواریترین کمپلکس‌های رنگدانه–پروتئین از خانوادهٔ فیکوبیلی‌پروتئین‌های جذب‌کنندهٔ نور هستند که به‌خاطر رنگ آبی روشن و پررنگ خود شناخته می‌شوند. فیکوسیانین یک رنگدانهٔ کمکی برای کلروفیل است. از آنجا که تمام فیکوبیلی‌پروتئین‌ها محلول در آب هستند، درون غشا حضور ندارند؛ در عوض، به‌صورت تجمعاتی موسوم به فیکوبیلی‌زوم به غشای سلولی متصل می‌شوند.
استخراج فراصوتی و تخریب سلولی
استخراج به کمک فراصوت (UAE) برای آزادسازی و جداسازی ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی و نیز بافت به کار می‌رود.
در فرایندهای استخراج فراصوتی، امواج فراصوت شدید به یک محیط کوپل می‌شوند و در آن فشردگی و انبساط متناوب ایجاد می‌کنند. طی چرخه‌های فشردگی / انبساط، حباب‌های خلأ تشکیل می‌شوند که در چندین چرخه رشد می‌کنند تا دیگر نتوانند انرژی بیشتری جذب کنند؛ در این مرحله، با شدت فرومی‌پاشند. فروپاشی حباب حالتی بسیار پرانرژی ایجاد می‌کند که با دماهای موضعی تا 5000K، اختلاف فشارهای 1000atm، نرخ‌های گرمایش و سرمایش بالاتر از 1010 K/s و همچنین جت‌های مایع با سرعت‌های 280m/s همراه است. این پدیده کاویتاسیون آکوستیکی نام دارد.
استخراج فراصوتی بر کاویتاسیون آکوستیکی و نیروهای برشی هیدرودینامیکی آن استوار است