Spirulinan pigmenttien ultraääniuutto
Ultraääniuuton on osoitettu olevan erittäin tehokas menetelmä korkealaatuisten uutteiden eristämiseen mikrolevistä. Spirulinan pigmentit, kuten fikosyaniini, tunnetaan superruokana, joka edistää terveyttä suuren antioksidantti-, vitamiini- ja proteiinipitoisuutensa ansiosta. Jotta voidaan valmistaa erittäin väkeviä ravintolisiä, kuten jauheita ja tabletteja, siniset pigmentit on uutettava spirulinalevästä.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) ja Arthrospira maxima (A. maxima) tunnetaan nimellä spirulina. Spirulinat ovat sinileviä, jotka sisältävät runsaasti aminohappoja ja antioksidantteja. Ne luokitellaan superruoaksi, koska ne sisältävät runsaasti ravintoaineita, kuten proteiineja, entsyymejä, kivennäisaineita, A-, K- ja B12-vitamiineja, rautaa ja mangaania. Arthrospira-leväsuvun proteiinipitoisuus on erityisen suuri. Sen proteiinipitoisuus on 53–68 % kuivapainosta, ja se sisältää kaikki välttämättömät aminohapot. Lisäksi Arthrospira sisältää runsaasti monityydyttymättömiä rasvahappoja (PUFA), joiden osuus on noin 1,5–2 % kokonaislipidipitoisuudesta, joka on 5–6 %. Näihin monityydyttymättömiin rasvahappoihin kuuluu γ-linoleenihappo (GLA), joka on välttämätön omega-6-rasvahappo. Arthrospiran muita bioaktiivisia yhdisteitä ovat vitamiinit, kivennäisaineet ja fotosynteettiset pigmentit.
Huomautus: Tieteellisesti Spirulina platensis (S. platensis) ja Spirulina maxima (S. maxima) ovat oikeilta nimiltään Arthrospira platensis (A. platensis) ja Arthrospira maxima (A. maxima). Molemmat lajit luokiteltiin aikoinaan Spirulina-sukuun, ja ne tunnetaan edelleen yleiskielessä nimellä spirulina. Vaikka jako kahteen erilliseen sukuun, Arthrospiraan ja Spirulinaan, on nykyisin yleisesti hyväksytty, spirulinaa käytetään usein kattoterminä.
Spirulinan ultraääniuutto
Ultraäänikäyttöiset solujen hajotuslaitteet (joita kutsutaan myös ultraääniuuttolaitteiksi) tunnetaan hyvin kyvystään avata soluja solunsisäisen materiaalin vapauttamiseksi. Kun voimakkaita ultraääniaaltoja kytketään nesteisiin, syntyy akustiseksi kavitaatioksi kutsuttu ilmiö. Kavitaatiovoimat hajottavat soluseinämiä ja tehostavat aineensiirtoa, jolloin bioaktiiviset kohdeyhdisteet siirtyvät solusta nesteeseen.
Ultraääniuutto soluista: mikroskooppinen poikkileikkaus (TS) näyttää soluista tapahtuvan ultraääniuuton toimintamekanismin (suurennos 2000x) [lähde: Vilkhu et al. 2011]
Ultraääniuuton edut
- Suuri saanto
- Erinomainen uutteen laatu
- Nopea uutto
- Hellävarainen, ei-terminen prosessi
- Erilaiset liuottimet
- Turvallinen
- Helppokäyttöinen
- Lineaarinen skaalaus suurempaan mittakaavaan
- Vähäinen huoltotarve
- Nopea sijoitetun pääoman tuotto
Uuttomenettely
Prabuthas et al. (2011) ovat kehittäneet seuraavan uuttomenettelyn korkealaatuisen fikosyaniiniuutteen saamiseksi: fikosyaniinin uuttoa arvioitiin fikosyaniinipitoisuuden perusteella käyttäen tislattua vettä ja 1 %:n CaCl2-liuosta. Spirulina-merilevää käytetään kuivattuna, sillä bakteerit alkavat välittömästi hyödyntää märkää biomassaa, joka alkaa hajota ravintoainekoostumuksensa vuoksi. Näiden ongelmien välttämiseksi suositellaan siksi kuivatun leväbiomassan käyttöä. Uutto tehtiin sekoittamalla 0,1g kuivattua biomassaa liuotinmäärään, ja ultraäänikäsittely tehtiin koesuunnitelman mukaisella kestolla ja amplitudilla. Näytesuspensiot käsiteltiin ultraäänellä Hielscher UP50H -ultraäänikäyttöisellä solujen hajotuslaitteella, minkä jälkeen niitä sentrifugoitiin 15 min nopeudella 13 500rpm jäähdytetyssä sentrifugissa. Uuton aikaista fikosyaniini- ja proteiinipitoisuutta tutkittiin eri liuottimilla, kalsiumkloridilla ja tislatulla vedellä.
Suurin fikosyaniinipitoisuus, 0,3116mg/ml, saatiin kalsiumkloridiliuoksessa, ja seuraavaksi suurin, 0,299mg/ml, tislatulla vedellä. Suurin proteiinipitoisuus, 63,63 %, saatiin käytettäessä tislattua vettä liuottimena, ja kalsiumkloridiliuoksessa pitoisuus oli 54,69 %. Näin ollen CaCl2-liuoksen todettiin olevan paras liuotin ultraääniavusteiseen fikosyaniinin uuttoon.
Suorituskykyiset ultraääniuuttolaitteet spirulinan uuttoon
Hielscher on kumppanisi, jolla on pitkä kokemus bioaktiivisten aineiden tehokkaasta ja luotettavasta ultraääniuutosta kasvi- ja muusta kasviperäisestä biomassasta. Kaikkia ultraääniuuttolaitteita voidaan käyttää 24/7, ja ne soveltuvat ravintokäyttöön tarkoitettujen uutteiden kaupalliseen tuotantoon. Tuotevalikoimamme kattaa koko kirjon pienistä kädessä pidettävistä biologisen materiaalin hajotuslaitteista pilottilaitteisiin ja teollisiin ultraäänijärjestelmiin. Erilaiset lisävarusteet, kuten erilaiset sonotrodit ja virtauskennoreaktorit, mahdollistavat optimaalisen mukauttamisen prosessisi vaatimuksiin. Kaikki Hielscherin ultraääniprosessorit ovat kestäviä, helppokäyttöisiä ja käyttäjäystävällisiksi suunniteltuja. Digitaalisesti ohjatuissa ultraäänilaitteissamme on sisäänrakennettu SD-kortti ultraäänikäsittelyn tietojen automaattista tallentamista varten.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2 000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000 |
- Pitkä kokemus ultraäänikäsittelystä
- Korkea laatu
- Kestävyys
- 24/7-käyttö
- Kuivakäyntisuojaus
- Lineaarinen skaalautuvuus
- Erinomainen asiakaspalvelu
- Vähäinen huoltotarve
- Koulutus- ja asennuspalvelu
- Tekninen keskus
- Prosessikehitys
- Räätälöidyt ultraäänilaitteet
Hyvin koulutettu henkilöstömme takaa korkeatasoisen asiakaspalvelun ja ammattimaisen neuvonnan.
Ota meihin yhteyttä jo tänään! Suosittelemme mielellämme käyttökohteeseesi parhaiten soveltuvaa ultraääniuuttolaitetta.
Suuritehoiset ultraääniuuttolaitteet laboratorio-, pilotti- ja teolliseen mittakaavaan.
Kirjallisuus/viitteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Spirulina
Spirulina on syanobakteeri (syanobakteerit tunnetaan myös nimellä Cyanophyta). Syanobakteerit muodostavat bakteerien pääjakson, jonka jäsenet saavat energiansa fotosynteesin avulla. Ne ovat ainoat fotosynteettiset prokaryootit, jotka pystyvät tuottamaan happea. Nimi syanobakteeri tulee bakteerien väristä (kreikaksi κυανός, translitteroituna kyanós, kirjaimellisesti sininen). Värinsä vuoksi niitä kutsutaan myös sinileviksi, vaikka levä-termi on nykyisessä käytössä rajattu eukaryootteihin. Spirulina platensis (S. platensis) on monirihmainen prokaryoottinen syanobakteeri, jota voidaan helposti kasvattaa monokulttuurina avoimissa altaissa tai suljetuissa bioreaktoreissa. C-fikosyaniini (C-PC) on spirulinan tärkein fykobiliproteiini.
Spirulinauutteet
Spirulina on suosittu ravintolisä, jota saadaan merellisten syanobakteerien (sinilevien) biomassasta. Vegaanisten proteiini- ja pigmenttilisien valmistuksessa käytettävät kaksi spirulinalajia ovat Arthrospira platensis ja Arthrospira maxima. Näistä mikrolevistä vapautuva uute sisältää runsaasti antioksidantteja, aminohappoja ja vitamiineja. Siksi sinistä uutejauhetta lisätään mehuihin, smoothieihin, pirtelöihin ja juomiin, joille se antaa kauniin, voimakkaan sinisen värin. Vaihtoehtoisesti spirulinauutetta voidaan nauttia tabletteina.
Fikosyaniini, allofikosyaniini ja fykoerytriini ovat valoa keräävään fykobiliproteiiniperheeseen kuuluvia pigmentti-proteiinikomplekseja, jotka tunnetaan voimakkaasta vaaleansinisestä väristään. Fikosyaniini on klorofyllin apupigmentti. Koska kaikki fykobiliproteiinit ovat vesiliukoisia, niitä ei esiinny kalvon sisällä, vaan ne ovat kiinnittyneet solukalvoon aggregaatteina (niin sanottuina fykobilisomeina).
Ultraääniuutto ja solujen hajotus
Ultraääniavusteista uuttoa (UAE) käytetään bioaktiivisten yhdisteiden vapauttamiseen ja eristämiseen kasviperäisestä materiaalista sekä kudoksista.
Ultraääniuuttoprosesseissa voimakkaita ultraääniaaltoja kytketään väliaineeseen, jossa aallot synnyttävät vuorottelevaa puristumista ja laajenemista. Puristumis- ja laajenemissyklien aikana syntyy tyhjiökuplia, jotka kasvavat useiden syklien ajan, kunnes ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa ja luhistuvat siksi rajusti. Kuplien luhistuminen synnyttää erittäin energisen tilan, jossa esiintyy paikallisesti jopa 5 000K:n lämpötiloja, 1 000atm:n paine-eroja, yli 1010 K/s:n kuumenemis- ja jäähtymisnopeuksia sekä nestesuihkuja, joiden nopeus on 280m/s. Tämä ilmiö tunnetaan akustisena kavitaationa.
Ultraääniuutto perustuu akustiseen kavitaatioon ja sen hydrodynaamisiin leikkausvoimiin