Levien ultraääniuutto ravintolisiä varten

Ultraääniuutto on ylivertainen menetelmä leväsolujen tehokkaaseen ja nopeaan hajotukseen. Ultraäänikäsittely voi vapauttaa bioaktiiviset yhdisteet kokonaisuudessaan, mikä tekee ultraäänitekniikasta erittäin tehokkaan.

Proteiinien, lipidien ja fenoliyhdisteiden uuttaminen levistä ultraäänellä

Levä- ja mikrolevälajit sisältävät runsaasti biologisesti aktiivisia yhdisteitä, kuten proteiineja, lipidejä, karotenoideja, pigmenttejä (esim. fykosyaniineja, astaksantiinia jne.), fenoliyhdisteitä ja polysakkarideja (esim. karrageeneja). Siksi niitä käytetään laajalti luonnon raaka-aineena elintarvikkeisiin ja ravintolisiin tarkoitettujen uutteiden valmistuksessa. Ravintolisissä yleisesti käytettäviä levälajeja ovat Arthrospira maxima ja (tunnetaan myös nimellä spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis ja Ulva spp. Levien tiedetään olevan hyvä korkealaatuisten proteiinien, lipidien, pitkäketjuisten monityydyttymättömien rasvahappojen (PUFA, eli omega-3), polysakkaridien (esim. alginaatin, karrageenin ja β-glukaanien), vitamiinien ja antioksidanttien lähde.
Spirulina on yleisesti käytetty levätyyppi, joka sisältää runsaasti arvokkaita bioaktiivisia yhdisteitä, kuten proteiineja (50–70 % kuivapainosta). Koska FDA (Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto) on hyväksynyt spirulinan GRAS-luokitukseen (yleisesti turvalliseksi tunnustettu), spirulinaa ja spirulinauutteita voidaan käyttää kaupallisissa elintarvikkeissa tai ravintolisinä.

Levien ultraääniuuton edut

Ultraääniuutto päihittää vaihtoehtoiset uuttomenetelmät monessa suhteessa, kuten suuren saannon, luotettavuuden, turvallisuuden, yksinkertaisuuden ja ympäristöystävällisyyden osalta.

Täysi uuttosaanto

Tehokkaat ultraäänilaitteet rikkovat leväsolut ja hajottavat ne niin, että solunsisäinen materiaali vapautuu. Ultraääniuutto vapauttaa siten koko bioaktiivisten yhdisteiden kirjon, kuten fykobiliproteiinit, karotenoidit, lipidit ja fenoliyhdisteet.
Fykobiliproteiinit voidaan jakaa kolmeen pääryhmään: klorofykosyaniineihin, allofykosyaniineihin ja fykoerytriineihin. C-fykosyaniini on luonnollinen sininen pigmentti, jota käytetään laajalti elintarvikkeissa ja lääkevalmisteissa. Ultraääniuutto vapauttaa koko proteiinikirjon.

Suuri uuttotehokkuus

Duangsee ym. (2009) testasivat kahta eri menetelmää bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseksi Arthospira-biomassasta (ultraääniavusteista liuotinuuttoa ja toistuvaan jäädyttämiseen ja sulattamiseen perustuvaa uuttoa) ja havaitsivat, että ultraääniavusteisen liuotinuuton uuttotehokkuus oli suurempi (22,1 %) kuin jäädyttämisen ja sulattamisen (15,6 %). Solujen rikkoutumisen vertailu ultraäänikäsittelyn ja toistuvan jäädyttämisen ja sulattamisen välillä osoittaa, että ultraäänikäsittely on tehokkaampi. Ultraäänikavitaatio hajottaa leväsolut nopeasti ja tehokkaasti, mikä johtaa suurempaan solujen hajotukseen verrattuna toistuvasti jäädytettyihin ja sulatettuihin spirulinasoluihin.
Ultraäänikäsittely rikkoi solun vaipan tehokkaammin kuin toistuva jäädyttäminen ja sulattaminen. Fykosyaniinin uuttosaanto osoitti, että käsittelylämpötila vaikutti uuttotehokkuuteen.

Nopea uuttoprosessi

Tehokkaat ultraäänijärjestelmät voivat siirtää suuren ultraäänitehon leväsuspensioon suurilla amplitudeilla. Tämä tekee ultraääniuutosta erittäin nopean käsittelymenetelmän.

Lämpötilan hallinta

Ultraäänikäsittely on ei-terminen, puhtaasti mekaaninen uuttotekniikka. Uuttolämpötilaa voidaan säätää tarkasti liitettävällä lämpötila-anturilla, joka on kytketty johdolla digitaaliseen ultraäänilaitteeseen (Hielscher). Digitaalisten ultraäänilaitteiden (Hielscher) ohjelmistossa voidaan asettaa lämpötilarajat, jolloin ultraäänihomogenisaattori keskeyttää toimintansa lämpötilarajan saavuttamisen yhteydessä. Tarkka lämpötilan hallinta mahdollistaa lämpöherkkien aineiden, kuten fykobiliproteiinien, vitamiinien, polyfenolien, polysakkaridien, lipidien ja muiden bioaktiivisten yhdisteiden, lämpöhajoamisen estämisen.

Yhteensopivuus erilaisten liuottimien kanssa

Ultraäänikäsittely soveltuu käytettäväksi lähes minkä tahansa liuottimen kanssa. Ultraääniuutto yhdessä ympäristöystävällisten liuottimien, kuten veden tai etanolin, kanssa tuottaa puhtaita uutteita. Näitä ultraäänellä valmistettuja uutteita voidaan lisätä turvallisesti elintarvikkeisiin, sillä uuttoliuottimilla etanolilla ja vedellä on GRAS-status (yleisesti turvalliseksi tunnustettu).

Toistettavuus ja prosessin standardointi

Hielscherin digitaalisissa ultraäänilaitteissa on älykäs ohjelmisto ja monipuoliset asetukset ihanteellisten uuttoparametrien määrittämiseen. Ohjelmisto tallentaa kaikki ultraääniprosessin parametrit (esim. amplitudin, nettotehon, kokonaistehon, lämpötilan, paineen, ajan ja päivämäärän) ja kirjoittaa ultraäänikäsittelyn tiedot CSV-tiedostoon sisäänrakennetulle SD-kortille. Näin voit standardoida uuttoprosessisi ja seurata tarkasti ultraäänikäsittelyä ja tuotoksen laatua. Nämä ominaisuudet auttavat täyttämään prosessin standardointivaatimukset ja noudattamaan hyviä tuotantotapoja (GMP), jotka molemmat ovat erittäin tärkeitä valmistettaessa uutteita ravintolisiin, elintarvikkeisiin tai lääkevalmisteisiin.

Fykosyaniinin ultraääniuuton menetelmäohje

Mazumder ym. (2017) tutkivat optimaalisia käsittelyparametreja fykosyaniinin ja fenoliyhdisteiden ultraääniuuttoon Arthospira platensis -levästä. Fykosyaniinin suurin saanto (29,9 mg/g) ja fenoliyhdisteiden suurin kokonaissaanto (2,4 mg/g) saavutettiin 40 %:n etanolipitoisuudella ja 34,9 °C:n uuttolämpötilassa käyttämällä ultraäänilaitetta UP50H (50 wattia, 30 kHz) 95 %:n amplitudilla ja 104,7 sekunnin uuttoajalla.

Vernès ym. (2019) käyttivät ultraäänilaitetta UIP1000hdT (1 000 W, 20 kHz) proteiinien uuttamiseen spirulinasta. Ultraäänilaite oli varustettu sonotrodilla BS2d34 ja ultraäänivirtausreaktorilla (katso alla olevasta kuvasta tarkka ultraääniuuton laitteistokokoonpano, jossa on virtauskenno ja Seepex-pumppu).

UIP1000hdT – manotermisen ultraäänikäsittelyn (MTS) laitteisto ja proteiinien uuttomme spirulinasta laboratoriomittakaavassa
lähde: Vernes ym. 2019

Tutkimustulokset osoittavat, että proteiinisaannon suhteen optimoiduissa ultraääniuutto-olosuhteissa lämpötila ja paine ovat hieman korotettuja (niin kutsuttu manoterminen ultraäänikäsittely, MTS). MTS edistää aineensiirtoa ja mahdollistaa 229 % suuremman proteiinimäärän saamisen (28,42 ± 1,15 g/100 g kuivapainoa) kuin tavanomainen prosessi ilman ultraääntä (8,63 ± 1,15 g/100 g kuivapainoa).
Kun uutteeseen saatiin 28,42 g proteiineja 100 g:sta kuivaa spirulinabiomassaa, proteiinien 50 %:n talteenottoaste saavutettiin vain 6 minuutissa jatkuvassa ultraäänikäsittelyprosessissa. Mikroskooppikuvaus osoittaa, että akustinen kavitaatio vaikuttaa spirulinaroihmoihin eri mekanismeilla, kuten pilkkoutumisella, sonoporaatiolla ja rakenteen hajottamisella. Nämä erilaiset vaikutukset helpottavat ja tehostavat spirulinan bioaktiivisten yhdisteiden uuttamista, vapautumista ja liukenemista, mikä johtaa korkealaatuisten proteiinien suureen saantoon.
Ultraäänellä uutettujen proteiinien laadun osalta aminohapot eivät hajonneet ultraäänikäsittelyssä, ja niitä esiintyy ultraäänikäsittelyn yhteydessä suurempia määriä kuin tavanomaisessa uutossa.
Kun manotermistä ultraäänikäsittelyä verrataan ultraääniuuttoon ilman korotettua painetta ja lämpötilaa, uuttosaannon ja tehokkuuden ero on vain vähäinen. Siksi pelkkää ultraääntä pidetään taloudellisimpana ja helpoimpana tekniikkana korkealaatuisen, runsaasti spirulinaproteiineja sisältävän uutteen tuottamiseen. Ultraääniuutto on ympäristöystävällinen uuttotekniikka, joka soveltuu proteiinien uuttamiseen spirulinasta laboratoriomittakaavassa ja joka voidaan helposti skaalata pilotti- ja teolliseen mittakaavaan. (vrt. Vernès ym. 2019)

Tehokkaat ultraääniuuttolaitteet

Kaikki pienessä mittakaavassa saavutetut uuttotulokset voidaan skaalata lineaarisesti suurempiin tuotantokapasiteetteihin. Hielscher Ultrasonicsin laaja tuotevalikoima laboratorion uuttojärjestelmistä teollisiin uuttojärjestelmiin sisältää suunnittelemaasi prosessikapasiteettiin parhaiten soveltuvan ultraäänilaitteen. Pitkään alalla toiminut henkilöstömme auttaa sinua toteutettavuustesteistä ja prosessin optimoinnista aina ultraäänijärjestelmäsi asentamiseen lopullisessa tuotantomittakaavassa.

Hielscher Ultrasonics – edistykselliset uuttolaitteet

Hielscher Ultrasonics -yhtiön tuotevalikoima kattaa koko tehokkaiden ultraääniuuttolaitteiden valikoiman pienestä suureen mittakaavaan. Lisävarusteiden avulla prosessiisi parhaiten soveltuva ultraäänilaitteiston kokoonpano on helppo koota. Optimaalinen ultraäänilaitteisto riippuu suunnitellusta kapasiteetista, tilavuudesta, raaka-aineesta, erä- tai läpivirtausprosessista ja aikataulusta. Hielscher-yhtiön ultraäänilaitteiden vankka rakenne mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä. Ultraääniuuttoprosessien lineaarinen skaalautuvuus mahdollistaa tuotannon yksinkertaisen ja luotettavan lisäämisen. Lue lisää ultraääniuuttoprosessien lineaarisesta skaalaamisesta suurempaan mittakaavaan!

Valitse erilaisista lisävarusteista, kuten:

• erikokoiset, halkaisijaltaan erilaiset ja erimuotoiset sonotrodit
• sonotrodit suurille, vähintään 200 µm:n amplitudeille
• tilavuudeltaan ja geometrialtaan erilaiset virtauskennoreaktorit
• lukuisat vahvistinsarvet amplitudin vahvistuskertoimen suurentamiseen tai pienentämiseen
• täydelliset ultraäänikäsittelylaitteistot, kuten SonoStation, jotka sisältävät ultraääniuuttolaitteen, säiliön, sekoittimen ja pumpun
• liitettävät lämpötila-anturit
• liitettävät paineanturit

Hyvin koulutettu, pitkään alalla toiminut henkilöstömme neuvoo sinua ja suosittelee uuttoprosessisi vaatimuksiin parhaiten soveltuvaa ultraäänijärjestelmää!

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: