امواج فراصوت برای بهبود اختلال در سلول جلبک و استخراج

جلبک ها، ماکرو و ریز جلبک ها حاوی ترکیبات ارزشمند زیادی هستند که به عنوان غذاهای تغذیه ای، افزودنی های غذایی یا به عنوان خوراک سوخت یا سوخت مورد استفاده قرار می گیرند. به منظور آزاد کردن مواد هدف از سلول جلبک یک تکنیک اختلال سلول قوی و کارآمد مورد نیاز است. استخراج مافوق صوت بسیار کارآمد و قابل اعتماد زمانی که آن را به استخراج ترکیبات زیست فعال از گیاه شناسی می آید, جلبک ها و قارچ ها. موجود در آزمایشگاه، نیمکت بالا و مقیاس صنعتی، استخراج کننده های مافوق صوت Hielscher در تولید عصاره های مشتق از سلول در مواد غذایی، فارما و تولید سوخت زیستی تاسیس شده است.

جلبک به عنوان یک منبع ارزشمند برای تغذیه و سوخت

سلول های جلبک یک منبع همه کاره از ترکیبات زیست فعال و غنی از انرژی، مانند پروتئین ها، کربوهیدرات ها، لیپیدها و دیگر مواد زیست فعال و همچنین آلکان ها هستند. این امر جلبک ها را منبع مواد غذایی و ترکیبات تغذیه ای و همچنین برای سوخت ها می کند.
میکروالگاها منبع با ارزش چربی ها هستند که برای تغذیه و به عنوان سوخت های زیستی فو فیداستاک (به عنوان نمونه بیودیزل) مورد استفاده قرار می گیرند. سویه های فیتوپلانکتون های دریایی دیکرتریا مانند دیکرتریا روتوندا به جلبک های تولیدکننده بنزین معروفند که می توانند مجموعه ای از هیدروکربن های اشباع شده (n‐alkanes) را از C سنتز کنند₁₀ه₂₂ به C₃₈ه₇₈، که به عنوان بنزین (C10–C15)، روغن های دیزلی (C16–C20)، و روغن های سوخت (C21–C38) طبقه بندی می شوند.
جلبک ها به دلیل ارزش غذایی شان به عنوان «غذاهای کاربردی» یا «مواد مغذی» مورد استفاده قرار می گیرند. مواد مغذی مهم استخراج شده از جلبک ها شامل کاروتنوئیدها آستاکسانتین، فوکوکسانتین و زاکسانتین، فوکوئیدان، لامیناری و گلوکان های دیگر در میان مواد زیست فعال متعدد دیگر به عنوان مکمل های تغذیه ای و فارمکوتیکال استفاده می شود. کاراگینان، آلژینات و دیگر هیدروکلوئیدها به عنوان افزودنی های غذایی استفاده می شوند. لیپیدهای جلبک به عنوان منبع امگا ۳ وگان استفاده می شوند و همچنین به عنوان سوخت یا به عنوان فیداستوک برای تولید بیودیزل استفاده می شوند.

جلبک اختلال سلول و استخراج توسط سونوگرافی قدرت

استخراج مافوق صوت و یا به سادگی مافوق صوت استفاده می شود برای استخراج ترکیبات با ارزش از نمونه های کوچک در آزمایشگاه و همچنین برای تولید در مقیاس بزرگ تجاری.
سلول جلبک ها توسط ماتریک های پیچیده دیواره سلولی محافظت می شوند که از چربی ها، سلولز، پروتئین ها، گلیکوپروتئین ها، و پلی ساخاریدها تشکیل شده اند. پایه اکثر دیواره های سلول جلبک از یک شبکه میکروفیبریلار در داخل یک ماتریس پروتئین ژل مانند ساخته شده است; با این حال، برخی از ریز جلبک ها مجهز به یک دیوار سفت و سخت غیر عضوی تشکیل شده از فروستلز سیلیس اوپالین یا کربنات کلسیم هستند. به منظور به دست آوردن ترکیبات زیست فعال از زیست توده جلبکی، یک تکنیک اختلال سلول کارآمد لازم است. در کنار عوامل استخراج تکنولوژیک (به عنوان نمونه، روش استخراج و تجهیزات)، کارایی اختلال و استخراج سلول جلبک ها نیز به شدت تحت تأثیر عوامل مختلف وابسته به جلبک ها مانند ترکیب دیواره سلولی، محل زیست مولکول مورد نظر در سلول های میکرو جلبک، و مرحله رشد ریز جلبک ها در طول برداشت قرار می گیرد.

چگونه سونوگرافی جلبک سلول اختلال و استخراج کار?

هنگامی که امواج سونوگرافی با شدت بالا از طریق یک کاوشگر مافوق صوت (همچنین به عنوان شاخ مافوق صوت یا sonotrode شناخته می شود) را به مایع یا دوغاب همراه, امواج صوتی را از طریق مایع سفر و ایجاد در نتیجه متناوب فشار بالا / چرخه کم فشار. در طول این چرخه های پر فشار / کم فشار، حباب خلاء دقیقه یا حفره ها رخ می دهد. حباب های حفره زمانی رخ می دهند که فشار محلی در طول چرخه های کم فشار به اندازه کافی پایین تر از فشار بخار اشباع می افتد، مقداری که با قدرت کششی مایع در دمای خاصی داده می شود. که در طول چندین چرخه رشد می کنند. هنگامی که این حباب های خلاء به اندازه ای می رسند، جایی که نمی توانند انرژی بیشتری را جذب کنند، حباب در طول یک چرخه با فشار بالا با خشونت نفوذ می کند. نفوذ حباب های حفره ای یک فرایند خشن و متراکم انرژی است که امواج شوک شدید، اغتشاشات، و میکروجت ها را در مایع تولید می کند. علاوه بر این، فشارهای بسیار بالا محلی شده و دماهای بسیار بالا ایجاد می شوند. این شرایط شدید به راحتی قادر به برهم زدن دیواره های سلولی و غشاها و آزاد کردن ترکیبات داخل سلولی به شیوه ای موثر، اثربخش و سریع است. ترکیبات داخل سلولی مانند پروتئین ها، پلی ساکریدها، لیپیدها، ویتامین ها، مواد معدنی، و آنتی اکسیدان ها می توانند در نتیجه به طور موثر با استفاده از مافوق صوت قدرت استخراج.

حفره مافوق صوت برای اختلال سلول و استخراج

هنگامی که در معرض انرژی شدید مافوق صوت، دیواره یا غشای هر نوع سلول (از جمله گیاه شناسی، پستانداران، جلبک، قارچی، باکتریایی و غیره) مختل می شود و سلول توسط نیروهای مکانیکی حفره مافوق صوت متراکم انرژی به قطعات کوچکتر پاره می شود. هنگامی که دیواره سلولی شکسته می شود، متاولیت های سلولی مانند پروتئین، لیپید، اسید نکلیک و کلروفیل از ماتریس دیواره سلولی و همچنین از فضای داخلی سلول آزاد می شوند و به محیط کشت اطراف یا حلال منتقل می شوند.
مکانیسم فوق شرح داده شده از حفره مافوق صوت / صوتی مختل سلول های جلبک کامل و یا گاز و واکول مایع در داخل سلول ها به شدت. حفره مافوق صوت، لرزش، اغتشاشات و جریان میکرو ترویج انتقال جرم بین داخلی سلول و حلال اطراف به طوری که مولکول های زیستی (به عنوان یکی از متابولیت ها) کارآمد و به سرعت منتشر شد. از آنجا که فراصوت یک درمان کاملا مکانیکی است که نیاز به مواد شیمیایی خشن، سمی و / یا گران قیمت است.
با شدت بالا، سونوگرافی با فرکانس پایین شرایط شدید متراکم انرژی را ایجاد می کند که شامل فشارهای بالا، دما و نیروهای براری بالا است. این نیروهای فیزیکی اختلال در ساختارهای سلولی را به منظور آزاد کردن ترکیبات داخل سلولی به محیط ترویج می کنند. بنابراین سونوگرافی با فرکانس پایین تا حد زیادی برای استخراج مواد زیست فعال و سوخت از جلبک ها استفاده می شود. هنگامی که در مقایسه با روش های استخراج معمولی مانند استخراج حلال، آسیاب مهره یا همگن سازی با فشار بالا، استخراج مافوق صوت برتری با آزاد کردن بسیاری از ترکیبات زیست فعال (مانند چربی ها، پروتئین ها، پلی ساکریدها و مواد مغذی میکرو) از سلول sonoporated و مختل. با استفاده از شرایط فرایند مناسب، استخراج مافوق صوت می دهد بازده استخراج برتر در مدت زمان فرایند بسیار کوتاه است. به عنوان مثال، استخراج مافوق صوت با عملکرد بالا نشان می دهد عملکرد استخراج عالی از جلبک، زمانی که با حلال مناسب استفاده می شود. در یک محیط اسیدی یا قلیایی، دیواره سلولی جلبکی متخلخل و چروکیده می شود که منجر به افزایش بازده در دمای پایین (زیر ۶۰ درجه سانتی گراد) در یک زمان فراصوت کوتاه (کمتر از ۳ ساعت) می شود. مدت زمان استخراج کوتاه در دماهای ملایم مانع از تخریب فوکویدان می شود، به طوری که یک پلی ساکرید بسیار زیست فعال به دست می آید.
امواج فراصوت همچنین روشی برای تبدیل فوکویدان با وزن مولکولی بالا به فوکویدان با وزن کم مولکولی است که به دلیل ساختار دبرانچ شده اش به طور قابل توجهی زیست فعال تر است. فوکویدان با زیست فعالی و زیست دسترسی بالا، ترکیب جالبی برای داروسازی و سیستم های تحویل دارو است.

مطالعات موردی: استخراج مافوق صوت از ترکیبات جلبک

بهره وری استخراج مافوق صوت و بهینه سازی پارامترهای استخراج مافوق صوت به طور گسترده ای مورد مطالعه قرار گرفته است. در زیر، شما می توانید نتایج نمونه ای برای نتایج استخراج از طریق امواج فراصوت از گونه های مختلف جلبک پیدا کنید.

استخراج پروتئين از اسپيرولينا با استفاده از مانو ترمو- فراصوت

گروه تحقیقاتی پروفسور چمات (دانشگاه آویگنون) به بررسی اثرات مانوترمسوناسیون (MTS) بر استخراج پروتئین ها (مانند فیکوسیانین) از سیانوباکتری های خشک آرتروسپیرا پلاتنسیس (که با نام اسپیرولینا نیز شناخته می شود) تحقیق کردند. مانو ترمو فراصوت (MTS) استفاده از مافوق صوت همراه با فشار بالا و درجه حرارت به منظور تشدید فرایند استخراج مافوق صوت است.
"بر اساس نتایج تجربی، MTS انتقال جرم (انتشار موثر بالا، De) را ترویج کرد و قادر به دریافت ۲۲۹٪ پروتئین های بیشتر (۲۸٫۴۲ ± ۱٫۱۵ گرم در ۱۰۰ گرم دویچه وله) نسبت به فرایند معمولی بدون سونوگرافی (۸٫۶۳ ± ۱٫۱۵ گرم در ۱۰۰ گرم دویچه وله) شد. با 28.42 گرم پروتئین در هر 100 گرم از زیست توده اسپیروسلینا خشک در عصاره، نرخ بازیابی پروتئین 50٪ در 6 دقیقه موثر با یک فرایند MTS مداوم به دست آمد. مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که حفره صوتی بر فیلامنت های اسپیروولینا توسط مکانیسم های مختلف مانند تکه تکه شدن، سونوپراسیون، دتمانتوراسیون تأثیر گذاشت. این پدیده های مختلف استخراج، آزادسازی و محلول سازی ترکیبات بیواکتیو اسپیروسلینا را آسان تر می کنند.» [Vernès et al., 2019]

تصاویر میکروسکوپی نوری از فیلامنت های کامل اسپیورولینا در طول زمان تحت درمان MTS قرار گرفتند. نوار مقیاس (تصویر A) = 50 میکرومتر برای تمام تصاویر.
تصویر و مطالعه: ©Vernès et al. 2019

فوکوئیدان مافوق صوت و استخراج گلوکان از لامیناریا دیجیتاتا

گروه تحقیقاتی TEAGASC دکتر تیواری به بررسی استخراج پلی ساکریدها، فوکوئیدان، لامینرین و گلوکان های کل از ماکروالگائ لامیناریا دیجیتاتا با استفاده از سونوگرافی UIP500hdT. پارامترهای استخراج به کمک مافوق صوت (امارات متحده عربی) مورد مطالعه تاثیر قابل توجهی بر سطوح فوکوز، FRAP و DPPH نشان داد. سطح 1060.75 میلی گرم در 100 گرم دسی لیتر، 968.57 میلی گرم در 100 گرم دسی لیتر، 8.70 میکرومتر ترولواکس / میلی گرم fde و 11.02 ٪ برای فوکوز ، گلوکان کل ، FRAP و DPPH به ترتیب در شرایط بهینه سازی دما (76 درجه C) ، زمان (10 دقیقه) و دامنه مافوق صوت (100٪) با استفاده از 0.1 M HCl به عنوان حلال به دست آمد. شرایط امارات متحده عربی توصیف شد و سپس با موفقیت به دیگر ماکروالگاهای قهوه ای مربوطه اقتصادی (L. hyperborea و A. nodosum) برای به دست آوردن عصاره های غنی از پلی ساکرید اعمال شد. این مطالعه نشان دهنده قابلیت اجرا امارات متحده عربی برای افزایش استخراج پلی ساخاریدهای زیست فعال از گونه های مختلف ماکروگال است.

استخراج فیتوشیمیایی مافوق صوت از F. vesiculosus . پی کانالیکولاتا

تیم تحقیقاتی García-Vaquero تکنیک های مختلف استخراج رمان از جمله استخراج مافوق صوت با عملکرد بالا، استخراج سونوگرافی مایکروویو، استخراج مایکروویو، استخراج به کمک هیدروترمال و استخراج با فشار بالا به کمک به منظور ارزیابی بهره وری استخراج از گونه های میکرو جلبک قهوه ای Fucus vesiculosus و Pelvetia canaliculata مقایسه کرد. برای امواج فراصوت، آنها با استفاده از Hielscher UIP500hdT استخراج مافوق صوت. آنلسیس از بازده استخراج نشان داد که استخراج مافوق صوت به دست آورد بالاترین بازده از اکثر فیتوشیمیایی از هر دو F. vesiculosus. این بدان معنی است که بیشترین بازده ترکیبات استخراج شده از وسی کولوسوس F. با استفاده از استخراج مافوق صوت UIP500hdT بودند: محتوای فنلی کل (0/445 ± 6/4 میلی گرم معادل اسید گالیک در گرم)، محتوای کل فلروتاننین (9/362 ± 7/3 میلی گرم معادل کلروگلوسینول g) ، محتوای فلاونوئید کل (286.3 ± 7.8 میلی گرم معادل کوئرستین / گرم) و محتوای تانن کل (189.1 ± 4.4 میلی گرم معادل کاتچین / گرم).
در مطالعه پژوهشی خود، این تیم به این نتیجه رسید که استفاده از استخراج به کمک مافوق صوت "همراه با محلول اتانولیک 50٪ به عنوان حلال استخراج می تواند یک استراتژی امیدوار کننده هدف قرار دادن استخراج TPC، TPhC، TFC و TTC، در حالی که کاهش استخراج مشترک کربوهیدرات های نامطلوب از هر دو F. vesiculosus و P. canaliculata، با برنامه های کاربردی امیدوار کننده در هنگام استفاده از این ترکیبات به عنوان داروسازی، nutraceuticals and cosmeceuticals." [García-Vaquero et al., 2021]

مقیاس تا از مانو ترمو فراصوت در دانشگاه آویگنون با استفاده از سونوگرافی Hielscher: از تجهیزات آزمایشگاهی UIP1000hdT (A) به خلبان تجهیزات مقیاس UIP4000hdT (B, C & D). در تصویر D شمات یک بخش ترانسور از سلول جریان مافوق صوت اف سی۱۰۰کی.
تصویر و مطالعه: ©Vernès et al. 2019

با عملکرد بالا استخراج مافوق صوت برای اختلال جلبک

تجهیزات اولتراسونیک از لحاظ پیشرفته Hielscher اجازه می دهد تا برای کنترل کامل بر پارامترهای فرایند مانند دامنه، دما، فشار و انرژی ورودی.
برای استخراج مافوق صوت، پارامترهایی مانند اندازه ذرات مواد اولیه، نوع حلال، نسبت جامد به حلال، و زمان استخراج را می توان متنوع و بهینه سازی برای بهترین نتایج.
از آنجا که استخراج مافوق صوت یک روش استخراج غیر حرارتی است، تخریب حرارتی مواد زیست فعال موجود در مواد اولیه مانند جلبک اجتناب می شود.
به طور کلی، مزایایی مانند عملکرد بالا، زمان استخراج کوتاه، دمای استخراج پایین، و مقادیر کمی حلال، فراصوت را به روش استخراج برتر می سازد.

استخراج مافوق صوت : تاسیس در آزمایشگاه و صنعت

استخراج مافوق صوت به طور گسترده ای برای استخراج هر نوع ترکیب زیست فعال از گیاه شناسی، جلبک ها، باکتری ها و سلول های پستانداران اعمال می شود. استخراج مافوق صوت شده است به عنوان یک ساده، مقرون به صرفه و بسیار کارآمد است که برتری دیگر تکنیک های استخراج سنتی توسط بازده استخراج بالاتر و مدت زمان پردازش کوتاه تر تاسیس شده است.
با آزمایشگاه، نیمکت بالا و به طور کامل صنعتی سیستم های مافوق صوت به آسانی در دسترس، استخراج مافوق صوت است که امروزه به خوبی تاسیس و فن آوری مورد اعتماد است. استخراج Hielscher مافوق صوت در سراسر جهان در تاسیسات پردازش صنعتی که تولید مواد غذایی و فارما درجه ترکیبات زیست فعال نصب شده است.

استاندارد سازی فرآیند با Hielscher Ultrasonics

عصاره های مشتق از جلبک که در مواد غذایی، دارویی یا لوازم آرایشی مورد استفاده قرار می گیرند، باید مطابق با شیوه های تولید خوب (GMP) و تحت مشخصات پردازش استاندارد شده تولید شوند. سیستم های استخراج دیجیتال Hielscher Ultrasonics با نرم افزار هوشمند می آیند, که باعث می شود آن را آسان برای تنظیم و کنترل فرایند فراصوت دقیقا. ضبط خودکار داده ها می نویسد تمام پارامترهای فرایند مافوق صوت مانند انرژی سونوگرافی (انرژی کل و خالص) ، دامنه ، دما ، فشار (زمانی که سنسورهای دما و فشار نصب شده است) با تاریخ و تمبر زمان بر روی ساخته شده در SD کارت. این اجازه می دهد تا شما را به تجدید نظر در هر سونوگرافی پردازش زیادی. در عین حال، تکرارپذیری و کیفیت محصول به طور مداوم بالا تضمین می شود.

جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما: