تقسیم‌بندی سه‌فازی تقویت‌شده با فراصوت

• تقسیم‌بندی سه‌فازی (TPP) روشی برای استخراج، جداسازی و خالص‌سازی اجزایی مانند لیپیدها، آنزیم‌ها، پلی‌ساکاریدها و سایر زیست‌مولکول‌ها از مواد زیستی است.
• تقسیم‌بندی سه‌فازی به کمک فراصوت، با بازده بالاتر، خلوص بهتر و سرعت فوق‌العاده، از تقسیم‌بندی سه‌فازی متداول برتر است.
• تقسیم‌بندی سه‌فازی فراصوتی برای حجم‌های کوچک و بزرگ کاربرد دارد و به‌آسانی می‌توان مقیاس آن را تا تولید صنعتی افزایش داد.

تقسیم‌بندی سه‌فازی فراصوتی

تقسیم‌بندی سه‌فازی

تقسیم‌بندی سه‌فازی (TPP) فرایندی ساده، کارآمد و تک‌مرحله‌ای برای جداسازی، خالص‌سازی و تغلیظ زیست‌مولکول‌هایی مانند آنزیم‌ها، لیپیدها، پلی‌ساکاریدها و غیره از مخلوط‌های پیچیده است.
TPP با افزودن متوالی مقدار کافی نمک (معمولاً سولفات آمونیوم) و یک حلال آلی (عمدتاً t-بوتانول/tert-بوتانول) انجام می‌شود. نمک‌هایی مانند سولفات آمونیوم در درجهٔ اشباع معینی برای رسوب‌دهی پروتئین به کار می‌روند. یک حلال آلی مانند t-بوتانول برای تشکیل لایه‌های سه‌فازی و حذف ترکیبات با وزن مولکولی پایین، مانند لیپیدها، ترکیبات فنولی و برخی شوینده‌ها، افزوده می‌شود. از آنجا که t-بوتانول نقطه‌جوش بالایی دارد، اما نسبت به اتانول و متانول کمتر اشتعال‌پذیر است، t-بوتانول حلال ترجیحی برای TPP است.
پس از تیمار عصارهٔ خام و سرریزکردن، مخلوط به سه فاز مجزا تفکیک می‌شود: فاز بالایی حلال (t-بوتانول) حاوی ترکیبات غیرقطبی است که به‌وسیلهٔ رسوب پروتئینی در سطح مشترک، از فاز آبی پایینی (حاوی ترکیبات قطبی) جدا می‌شوند. پروتئین‌های موردنظر به‌طور انتخابی در یک فاز و سایر پروتئین‌های آلاینده در فاز دیگر توزیع می‌شوند. این امر موجب خالص‌سازی نسبی و تغلیظ پروتئین می‌شود. فرایند استخراج، تلفیقی از رسوب‌دهی پروتئین‌ها به روش‌های کاسموتروپیک، نمک‌زنی، کمک‌حلال ایزوتونیک و اسمولیتی است.

تقسیم‌بندی سه‌فازی تقویت‌شده با فراصوت

فراصوت‌دهی فرایند TPP را به‌طور چشمگیری تشدید می‌کند. تقسیم‌بندی سه‌فازی به کمک فراصوت با موفقیت برای جداسازی و خالص‌سازی زیست‌مولکول‌ها به کار می‌رود. طیف گسترده‌ای از زیست‌مولکول‌ها با کارایی بیشتر و در زمان کوتاه‌تر جداسازی شده‌اند. برای مثال، آنزیم‌های گیاهی (مانند بروملائین، پاپائین، اینورتاز، پلی‌فنل اکسیداز و مهارکننده‌های تریپسین)، جانوری (مانند تریپسین، α-کیموتریپسین، کیموزین، پپسین و لوسیفراز) و میکروبی (مانند لیپاز، α-آمیلاز، α-گالاکتوزیداز، سراتیوپپتیداز، سیکلودکسترین گلیکوزیل‌ترانسفراز و آنزیم‌های فیبرینولیتیک) با TPP فراصوتی خالص‌سازی شده‌اند. مزیت دیگر تقسیم‌بندی سه‌فازی فراصوتی، افزایش فعالیت آنزیم‌های مختلف است که به افزایش بازده ظاهری (به میزان حدود 100%) می‌انجامد، زیرا آنزیم یا پروتئین هدف در لایهٔ میانی بین فازهای آلی و آبی رسوب می‌کند.
تقسیم‌بندی سه‌فازی فراصوتی را می‌توان به‌طور مؤثر برای نمونه‌های خام به کار برد و مقیاس آن را به‌آسانی افزایش داد.

نمونه‌هایی از تقسیم‌بندی سه‌فازی فراصوتی (US-TPP)

TPP فراصوتی برای استخراج آستاگزانتین

برای استخراج آستاگزانتین (AX)، تیمار ترکیبی TPP و فراصوت‌دهی با سونیکاتور UP400S شرکت Hielscher، نه‌تنها ساده و به‌آسانی قابل‌اجراست، بلکه روشی بسیار کارآمد برای جداسازی AX از زیست‌تودهٔ باکتریایی Paracoccus NBRC 101723 نیز محسوب می‌شود. متغیرهای عملیاتی فراصوت‌دهی را می‌توان برای دستیابی به نتایج بهینهٔ استخراج تنظیم کرد. پارامترهای فرایند فراصوتی مانند دامنه، زمان، دما و ظرف استخراج (اندازه و شکل)، همراه با اندازهٔ ذرات زیست‌توده، تأثیر چشمگیری بر آزادسازی فراصوتی AX از زیست‌توده دارند. برای استخراج سریع و کارآمد AX، فراصوت‌دهی زیست‌تودهٔ مرطوب نتایج بهتری نسبت به TPP فراصوتی زیست‌تودهٔ خشک‌شده ایجاد می‌کند. TPP فراصوتی موجب بازیابی 37% بیشتر AX نسبت به استخراج متداول با حلال می‌شود. (رجوع کنید به Chougle et al. 2013)

TPP فراصوتی برای جداسازی آندروگرافولید از Andrographis paniculata

آندروگرافولید یک دی‌ترپنوئید از نوع لابدان است که به‌دلیل اثرات قوی ضدالتهابی، آنتی‌اکسیدانی، محافظت‌کنندهٔ کبد، ضدسرطان‌زایی و ضد‌دیابتی ارزشمند است. مطالعات مقایسه‌ای نشان می‌دهند که TPP فراصوتی در مقایسه با TPP متداول، نه‌تنها بازده آندروگرافولید را افزایش می‌دهد، بلکه فعالیت آنتی‌اکسیدانی را نیز بهبود می‌بخشد.

سونیکاتورهای پربازده برای تقسیم‌بندی سه‌فازی

Hielscher Ultrasonics در طراحی و ساخت سامانه‌های فراصوتی پرتوان برای استخراج و بسیاری از فرایندهای دیگر تخصص دارد.
مجموعهٔ محصولات ما شامل سونیکاتورهای آزمایشگاهی کوچک و قدرتمند، هموژنایزرهای رومیزی مستحکم و سامانه‌های فراصوتی صنعتی پربازده است. لوازم جانبی متنوع، امکان تطبیق ایدئال سامانهٔ فراصوتی با نیازهای خاص فرایند شما را فراهم می‌کنند. تمام سونیکاتورهای Hielscher برای کارکرد 24/7 تحت بار کامل ساخته شده‌اند.
تجربهٔ طولانی ما در فرایندهای فراصوتی به ما امکان می‌دهد از نخستین آزمایش‌های مشتریان با فراصوت تا مراحل بهینه‌سازی فرایند و اجرای آن در مقیاس صنعتی، به آن‌ها مشاوره دهیم.
لطفاً با استفاده از فرم زیر، فرایند خود را برای ما شرح دهید! خوشحال می‌شویم پیشنهادهایی ارائه دهیم و دربارهٔ فرصت‌ها و مزایای فراصوت‌دهی برای کاربرد شما گفت‌وگو کنیم.

منابع و مراجع

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound assisted three phase partitioning (UATPP): A novel technique developed for extraction of astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Annual Conference University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
• Ketnawa، S. et al (2017): تقسیم بندی فاز برای جداسازی آنزیم: یک نمای کلی و کاربردهای اخیر. مجله بین المللی تحقیقات مواد غذایی 24(1)، 2017. 1-24.
• Varakumar، S. et al. (2017): استخراج پیشرفته اولئورزین از پودر ریزوم زنجبیل (Zingiber officinale) با استفاده از پارتیشن بندی سه فاز به کمک آنزیم. شیمی مواد غذایی 216 ، 2017. 27–36.
• یان جی کی. و همکاران (2018): سونوگرافی با پارتیشن بندی سه فاز برای استخراج و جداسازی پلی ساکاریدهای Corbicula fluminea و مکانیسم های مربوطه احتمالی هم افزایی شده است. سونوشیمی سونوگرافی جلد 40 ، قسمت A ، 2018. 128-134.