Astaksantiinin ultraääniuutto suurempien saantojen saavuttamiseksi
- Astaksantiini on erittäin voimakas antioksidantti, jota käytetään lääkkeissä ja ravintolisissä.
- Laadukkaan astaksantiinin tuottaminen luonnollisista lähteistä, kuten levistä, edellyttää tehokasta uuttotekniikkaa.
- Ultraääniuutto on mekaaninen käsittely, jolla saavutetaan suuria astaksantiinisaantoja hyvin lyhyessä uuttoajassa.
Tehokkaat ultraäänilaitteet laadukkaiden astaksantiiniuutteiden valmistukseen
Ultraääniuutto on tehokas uuttotekniikka, jossa voimakkailla ultraääniaalloilla uutetaan astaksantiinia luonnollisista lähteistä, kuten mikrolevistä, krillistä tai äyriäisistä. Astaksantiini on luonnossa esiintyvä karotenoidipigmentti, joka tunnetaan voimakkaista antioksidanttisista ominaisuuksistaan ja erilaisista terveyshyödyistään. Sitä käytetään yleisesti ravintolisänä ja elintarvikevärinä. Tutustu siihen, miten ultraäänikäsittely auttaa parantamaan astaksantiinin uuttoprosessia!
MultiSonoReactor astaksantiinin uuton tehostamiseen suuritehoisella ultraäänellä
Astaksantiinin ultraääniuutto mikrolevistä
Astaksantiini ravintolisiin, joita ihmiset ja eläimet käyttävät niiden terveyshyötyjen vuoksi, saadaan merenelävistä tai uutetaan H. pluvialis -levästä. Haematococcus pluvialis on vihreä mikrolevä, joka tuottaa suuria astaksantiinipitoisuuksia altistuessaan stressiolosuhteille, kuten suurelle suolapitoisuudelle, typen puutteelle, korkealle lämpötilalle ja valolle. Haematococcus pluvialis kerää erittäin suuren määrän luonnollista astaksantiinia, jopa 9,2mg/g astaksantiinia leväsolua kohden (= jopa 3,8% H. pluvialis -levän kuivapainosta), ja on siksi ensisijainen organismi astaksantiinin tuotantoon.
Astaksantiinin vapauttaminen vihreistä mikrolevistä edellyttää leväsolujen hajottamista. Ultraäänikäsittely on vakiintunut menetelmä solujen hajotukseen, lyysiin sekä bioaktiivisten yhdisteiden, kuten lipidien, antioksidanttien, polyfenolien ja luonnollisten pigmenttien, eristämiseen. Tehokas ultraääni synnyttää puhtaasti mekaanisia voimia, jotka hajottavat soluseinät leikkausvoimien avulla ja vapauttavat bioaktiivisia aineita, kuten astaksantiinia.
Astaksantiinin ultraääniuutto hiivasta
Phaffia rhodozyma on runsaasti astaksantiinia sisältävä hiiva. P. rhodozyma -hiivan paksu soluseinä, joka koostuu pääasiassa glukaanista ja vastaa solun jäykkyydestä, tekee kuitenkin solujen hajotuksesta ja astaksantiinin eristämisestä vaativan tehtävän. Tutkijat (Gogate et al. 2015) havaitsivat, että ultraääniuutto yhdessä maitohapon kanssa tehostaa solujen hajotusta ja tekee astaksantiinin uuttamisesta P. rhodozyma -hiivasta ekologisemman ja ympäristöystävällisemmän prosessin. He käyttivät maitohappoa hajotuksen väliaineena ja etanolia uuton liuottimena. Astaksantiinin suurin saanto (90%) saavutettiin ultraääniavusteisella uuttomenetelmällä, jossa käytettiin 3 M maitohappoa ja 15 min hajotusaikaa. Tehokkaat ultraääniuuttolaitteet, kuten UIP4000hd (4kW, katso kuva vasemmalla), yhdessä paineistettavan läpivirtausreaktorin kanssa mahdollistavat erittäin voimakkaan kavitaation synnyttämisen. Kavitaation leikkausvoimat hajottavat hiivasolujen seinämät ja edistävät aineensiirtoa solun sisäosan ja liuottimen välillä.
- Erinomainen saanto
- Nopea uutto – muutamassa minuutissa
- Laadukkaat uutteet – hellävarainen, ei-terminen käsittely
- Ekologiset liuottimet (esim. vesi/etanoli)
- Kustannustehokas
- Helppo ja turvallinen käyttö
- Pienet investointi- ja käyttökustannukset
- Käyttö 24/7 raskaassa kuormituksessa
- Ekologinen, ympäristöystävällinen menetelmä
Astaksantiinin ultraääniuutto – eräprosessina tai jatkuvassa virtauksessa
Astaksantiini on lipofiilinen yhdiste, joka voidaan liuottaa liuottimiin (esim. 48,0% etanolia etyyliasetaatissa) ja öljyihin (esim. soijaöljyyn).
Eräprosessi: Ultraääniuuttomenetelmiä voidaan käyttää yksinkertaisina eräprosesseina tai linjassa tapahtuvana käsittelynä, jossa väliainetta syötetään jatkuvasti ultraääniläpivirtausreaktorin läpi.
Eräkäsittely on helppo menetelmä, jossa uutto tehdään erä kerrallaan. Hielscher Ultrasonics tarjoaa ultraääniprosessoreita pienille ja suurille erille eli 1L–120L:n erille.
5–10L:n erien käsittelyyn suosittelemme laitetta UP400ST ja sonotrodia S24d22L2D (katso kuva vasemmalla).
Noin 120L:n erien käsittelyyn suosittelemme ultraäänilaitetta UIP2000hdT ja sonotrodia RS4d40L4.
Läpivirtaus: Suurempia tilavuuksia ja täysimittaista kaupallista uuttoa varten jatkuva nestevirta syötetään ultraäänireaktorin läpi, jossa liuottimen ja kasvimateriaalin lietettä käsitellään voimakkaasti ultraäänellä.
Noin 8L/min. tilavuudelle suosittelemme laitetta UIP4000hdT sekä sonotrodia RS4d40L3 ja paineistettavaa virtauskennoa FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) suuren mittakaavan eräuuttoon
Tehokkaat ultraäänilaitteet uuttoon
Hielscher Ultrasonics on erikoistunut tehokkaiden ultraäänilaitteiden valmistukseen laadukkaiden uutteiden tuottamiseksi kasveista, hiivoista ja soluista. Hielscher Ultrasonicsin laaja tuotevalikoima ulottuu pienistä, tehokkaista laboratorion ultraäänilaitteista vankkoihin pöytämalleihin ja täysin teollisiin järjestelmiin, jotka tuottavat voimakasta ultraääntä bioaktiivisten ainesosien, kuten astaksantiinin, kversetiinin, kofeiinin, kurkumiinin ja terpeenien, tehokkaaseen uuttoon ja eristämiseen. Kaikissa digitaalisissa ultraäänilaitteissa 200W:sta 16 000W:iin on intuitiivinen valikko ja ohjelmoitavat asetukset, värillinen kosketusnäyttö helppoa käyttöä varten, integroitu SD-kortti automaattiseen tiedontallennukseen, etäohjaus selaimella ja monia muita käyttäjäystävällisiä ominaisuuksia. Sonotrodit ja virtauskennot (osat, jotka ovat kosketuksissa väliaineen kanssa) voidaan autoklavoida, ja ne on helppo puhdistaa. Kaikki ultraäänilaitteemme on rakennettu 24/7-käyttöön, ne vaativat vain vähän huoltoa ja ovat helppoja ja turvallisia käyttää.
Digitaalinen värinäyttö mahdollistaa ultraäänilaitteiston käyttäjäystävällisen ohjauksen. Järjestelmämme pystyvät tuottamaan amplitudeja pienistä aina erittäin suuriin asti. Kemiallisten yhdisteiden, kuten astaksantiinin, uuttoon tarjoamme erityisiä ultraäänisonotrodeja (joita kutsutaan myös ultraääniantureiksi tai -torviksi), jotka on optimoitu laadukkaiden vaikuttavien aineiden varovaiseen eristämiseen. Hielscher tarjoaa erityisiä sonotrodeja suurille amplitudeille yhdessä paineistettavien virtauskennojen kanssa. Ne pystyvät synnyttämään äärimmäisiä kavitaation leikkausvoimia, jotka hajottavat jopa erittäin kestävät hiivasolut. Hielscherin ultraäänilaitteiston vankkuus mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.
Ultraääniprosessin parametrien tarkka hallinta varmistaa toistettavuuden ja prosessin standardoinnin. Hielscherin teollisen mittakaavan automatisoidut ultraääniuuttolaitteistot on suunniteltu tuottamaan laadultaan erinomaisia uutteita suurella tuotantokapasiteetilla ja vähentämään samalla työmäärää, kustannuksia ja energiankulutusta.
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Kirjallisuus/viitteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Ultraääniuutto
Ultraääniuutto perustuu akustisen kavitaation periaatteeseen.
Kun nestejärjestelmiin kohdistetaan voimakkaita ultraääniaaltoja, syntyy akustista kavitaatiota eli tyhjiökuplien muodostumista, kasvua ja lopulta luhistumista (katso kuva alla). Ultraääniaaltojen edetessä tyhjiökuplat värähtelevät ja kasvavat, kunnes ne saavuttavat pisteen, jossa ne eivät voi enää absorboida lisää energiaa. Kasvunsa huipussa kuplat luhistuvat rajusti, mikä aiheuttaa paikallisia lämpövaikutuksia sekä mekaanisia ja kemiallisia vaikutuksia. Mekaanisiin vaikutuksiin kuuluvat suuret, jopa 1000atm:n paineet, turbulenssi ja voimakkaat leikkausvoimat. Nämä voimat hajottavat soluseinät ja edistävät aineensiirtoa solun sisäosan ja liuottimen välillä, jolloin bioaktiivisia yhdisteitä vapautuu ympäröivään nesteeseen (eli liuottimeen).
Voimakkaan, matalataajuisen ultraäänen synnyttämä akustinen kavitaatio tuottaa voimakkaita leikkausvoimia sekä paikallisia suuria paine- ja lämpötilaeroja, jotka saavat aikaan solujen hajotukseen, tehokkaaseen sekoittamiseen ja aineensiirtoon tarvittavan vaikutuksen. Näitä ultraäänen leikkausvoimia hyödynnetään onnistuneesti kannabiksen uutossa.
Yhdisteiden ultraääniuuttoa kasvimateriaaleista ja solukudoksesta on tutkittu perusteellisesti. Erittäin voimakkaiden ultraääniaaltojen käyttö edistää uuttoprosesseja merkittävästi. Prosessin tehostumisen lisäksi – mikä johtaa suurempiin saantoihin ja lyhyempään uuttoaikaan – lämpöherkkien ainesosien lämpöhajoaminen ja hävikki estyvät, koska ultraäänikäsittely on ei-terminen käsittely. Lisäksi ultraääniuuton investointi- ja käyttökustannukset ovat pienet, se vähentää liuottimien käyttöä ja/tai mahdollistaa ekologisempien liuottimien käytön, mikä tekee siitä taloudellisen ja ympäristöystävällisen uuttotekniikan. Perinteisiä uuttomenetelmiä tehokkaampi ultraääniavusteinen uutto (UAE) on otettu käyttöön elintarviketeollisuudesta bioaktiivisten yhdisteiden tuottamiseksi taloudellista hyötyä saavuttaen.
Voimakkaat ultraääniaallot hajottavat biologisten rakenteiden solumatriisin ja vapauttavat bioaktiiviset yhdisteet. Aineensiirto kasvimateriaalin ja liuottimen välillä tehostuu. Näiden mekanismien ansiosta ultraääniuutto on erittäin tehokas menetelmä kannabiksen uuttoon.
Astaksantiini
Astaksantiinille on ominaista syvänpunainen väri. Se on rasvaliukoinen pigmentti, jota esiintyy levissä (esim. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), hiivassa (esim. Phaffia rhodozyma), lohessa, taimenessa, krillissä, katkaravuissa ja ravuissa. Astaksantiinia pidetään superantioksidanttina, sillä sen antioksidanttinen teho on kymmenestä kahteenkymmeneen kertaa suurempi kuin monien muiden karotenoidien, kuten beetakaroteenin, luteiinin ja zeaksantiinin, ja sata kertaa suurempi kuin alfatokoferolin (E-vitamiinin).
Astaksantiini (3,3′-dihydroksi-β, β′-karoteeni-4,4′-dioni) on ketokarotenoidi ja kuuluu tetraterpenoidina laajempaan terpeeneiksi kutsuttuun kemiallisten yhdisteiden luokkaan. Nämä yhdisteet koostuvat viisihiilisistä esiasteista, isopentenyylidifosfaatista ja dimetyyliallyylidifosfaatista. Astaksantiini luokitellaan karotenoidiyhdisteisiin, joissa on happea sisältäviä osia eli hydroksyyli- (-OH) tai ketoniryhmiä (C=O), kuten zeaksantiinissa ja kantaksantiinissa. Astaksantiini on zeaksantiinin ja/tai kantaksantiinin metaboliitti, joka sisältää sekä hydroksyyli- että ketonifunktionaalisia ryhmiä. Monien karotenoidien tavoin astaksantiini on lipidiliukoinen pigmentti, ja sille on ominaista punainen väri. Karotenoidit, astaksantiini mukaan lukien, tunnetaan hyvin antioksidanttisesta kapasiteetistaan.
Astaksantiini on punainen pigmentti, jota syntyy luonnostaan sadeveden mikrolevissä (Haematococcus pluvialis) ja Xanthophyllomyces dendrorhous -nimisessä hiivassa (tunnetaan myös nimellä Phaffia rhodozyma). Levä altistuu stressille yhden tai useamman olosuhteen vaikutuksesta, kuten ravinteiden puutteen, lisääntyneen suolapitoisuuden ja liiallisen auringonpaisteen vuoksi, ja tuottaa astaksantiinia. Näitä stressaantuneita makean veden mikroleviä syövien lajien, kuten lohen, punaisen taimenen, punaisen merilahnan, flamingon ja äyriäisten (esim. katkarapu, krilli, taskurapu, hummeri, rapu), ulkonäössä näkyy punaoranssi pigmentaatio.
Ravintolisänä astaksantiinia annetaan sen terveyttä edistävien ja sairauksia hoitavien vaikutusten vuoksi. Astaksantiini on vakiintunut nutraseuttinen valmiste, jota annetaan ihon terveyden parantamiseksi (esim. ryppyjen ja auringonpolttamien aiheuttamien vaurioiden vähentämiseksi jne.).
Lisäksi astaksantiinin käyttö Alzheimerin taudin, Parkinsonin taudin, sydän- ja verisuonisairauksien, korkean kolesterolin, maksasairauksien ja ikään liittyvän silmänpohjan rappeuman hoitoon sekä syövän ehkäisyyn saa yhä enemmän huomiota.
Hielscher Ultrasonics valmistaa tehokkaita ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriokoosta aina teolliseen kokoon asti.