Ultraäänellä tehostettu kolmifaasierotus
- Kolmifaasierotus (TPP) on menetelmä, jolla uutetaan, erotetaan ja puhdistetaan biologisesta materiaalista komponentteja, kuten lipidejä, entsyymejä, polysakkarideja ja muita biomolekyylejä.
- Ultraääniavusteinen kolmifaasierotus ylittää perinteisen kolmifaasierotuksen suuremman saannon, paremman puhtauden ja poikkeuksellisen nopeuden ansiosta.
- Ultraäänellä tehostettu kolmifaasierotus soveltuu pienille ja suurille tilavuuksille, ja se voidaan helposti skaalata teolliseen tuotantoon.
Ultraäänellä tehostettu kolmifaasierotus
Kolmifaasierotus
Kolmifaasierotus (TPP) on yksinkertainen ja tehokas yksivaiheinen prosessi, jolla erotetaan, puhdistetaan ja konsentroidaan biomolekyylejä, kuten entsyymejä, lipidejä ja polysakkarideja, monimutkaisista seoksista.
TPP toteutetaan lisäämällä peräkkäin riittävä määrä suolaa (tyypillisesti ammoniumsulfaattia) ja orgaanista liuotinta (pääasiassa t-butanolia/tert-butanolia). Suoloja, kuten ammoniumsulfaattia, käytetään tietyssä kyllästysasteessa proteiinin saostamiseen. Orgaanista liuotinta, kuten t-butanolia, lisätään kolmen faasikerroksen muodostamiseksi ja pienimolekyylisten yhdisteiden, kuten lipidien, fenolisten yhdisteiden ja joidenkin detergenttien, poistamiseksi. Koska t-butanolilla on korkea kiehumispiste mutta se on vähemmän syttyvää kuin etanoli ja metanoli, t-butanoli on ensisijainen liuotin TPP-menetelmässä.
Raakauutteen käsittelyn ja dekantoinnin jälkeen seos erottuu kolmeksi erilliseksi faasiksi: ylempi liuotinfaasi (t-butanoli) sisältää poolittomia yhdisteitä, jotka rajapinnan proteiinisaostuma erottaa alemmasta vesifaasista (joka sisältää poolisia yhdisteitä). Halutut proteiinit jakautuvat valikoivasti yhteen faasiin ja muut epäpuhtauksina esiintyvät proteiinit toiseen faasiin. Tämä johtaa proteiinin osittaiseen puhdistumiseen ja konsentroitumiseen. Uuttoprosessissa yhdistyvät proteiinien kosmotrooppinen saostuminen, suolaamalla saostaminen, isotonisen apuliuottimen aiheuttama saostuminen ja osmolyyttinen saostuminen.
Ultraäänellä tehostettu kolmifaasierotus
Ultraäänikäsittely tehostaa TPP-prosessia merkittävästi. Ultraääniavusteista kolmifaasierotusta käytetään menestyksekkäästi biomolekyylien erottamiseen ja puhdistamiseen. Monenlaisia biomolekyylejä on eristetty tehokkaammin ja lyhyemmässä ajassa. Esimerkiksi kasveista peräisin olevia entsyymejä (esim. bromelaiini, papaiini, invertaasi, polyfenolioksidaasi ja trypsiinin estäjät), eläinperäisiä entsyymejä (esim. trypsiini, α-kymotrypsiini, kymosiini, pepsiini ja lusiferaasi) ja mikrobiperäisiä entsyymejä (esim. lipaasi, α-amylaasi, α-galaktosidaasi, serratiopeptidaasi, syklodekstriiniglykosyylitransferaasi ja fibrinolyyttiset entsyymit) on puhdistettu ultraäänellä tehostetulla TPP-menetelmällä. Ultraäänellä tehostetun kolmifaasierotuksen lisäetuna on eri entsyymien aktiivisuuden lisääntyminen, mikä johtaa näennäisesti suurempiin saantoihin (noin 100 % suurempiin), koska kohde-entsyymi tai -proteiini saostuu orgaanisen faasin ja vesifaasin väliseen keskikerrokseen.
Ultraäänellä tehostettua kolmifaasierotusta voidaan käyttää tehokkaasti raakanäytteille, ja se voidaan helposti skaalata suurempaan mittakaavaan.
Ultraäänikäsittely parantaa kolmifaasierotusta merkittävästi ja tuottaa suuremman saannon ja paremman puhtauden huomattavasti lyhyemmässä prosessiajassa.
- suurempi saanto
- nopea talteenotto
- korkea puhtaus
- ajansäästö
- edullinen
- helppokäyttöinen
- ympäristöystävällinen
- laboratorioon ja teollisuuteen
Esimerkkejä ultraäänellä tehostetusta kolmifaasierotuksesta (US-TPP)
Ultraäänellä tehostettu TPP astaksantiinin uuttamiseen
Astaksantiinin (AX) uuttamisessa TPP-menetelmän ja Hielscher UP400S -ultraäänilaitteella tehtävän ultraäänikäsittelyn yhdistelmä on paitsi yksinkertainen ja helposti sovellettava myös erittäin tehokas menetelmä AX:n eristämiseen bakteerikannan Paracoccus NBRC 101723 biomassasta. Ultraäänikäsittelyn käyttömuuttujat voidaan optimoida parhaiden mahdollisten uuttotulosten saavuttamiseksi. Ultraäänikäsittelyn parametrit, kuten amplitudi, aika, lämpötila ja uuttoastia (koko, muoto), sekä biomassan hiukkaskoko vaikuttavat merkittävästi AX:n vapautumiseen biomassasta ultraäänen avulla. Märän biomassan ultraäänikäsittely antaa parempia tuloksia AX:n nopeassa ja tehokkaassa uuttamisessa kuin kuivatun biomassan ultraäänellä tehostettu TPP. Ultraäänellä tehostetulla TPP-menetelmällä saadaan talteen 37 % enemmän AX:ää kuin perinteisellä liuotinuutolla. (vrt. Chougle et al. 2013)
Ultraäänellä tehostettu TPP andrografolidin erottamiseen Andrographis paniculata -kasvista
Andrografolidi on labdaaniditerpenoidi, jota arvostetaan sen voimakkaiden tulehdusta ehkäisevien, antioksidatiivisten, maksaa suojaavien, syöpää ehkäisevien ja diabetesta ehkäisevien vaikutusten vuoksi. Vertailevat tutkimukset osoittavat, että ultraäänellä tehostettu TPP paitsi lisäsi andrografolidin saantoa myös parantaa antioksidatiivista aktiivisuutta perinteiseen TPP-menetelmään verrattuna.
Tehokkaat ultraäänilaitteet kolmifaasierotukseen
Hielscher Ultrasonics on erikoistunut suuritehoisten ultraäänijärjestelmien suunnitteluun ja valmistukseen uuttamista sekä monia muita prosesseja varten.
Tuotevalikoimaamme kuuluu pieniä, tehokkaita laboratorioiden ultraäänilaitteita, vankkarakenteisia pöytähomogenisaattoreita ja teollisuuden suorituskykyisiä ultraäänijärjestelmiä. Monipuoliset lisävarusteet mahdollistavat ultraäänijärjestelmän ihanteellisen mukauttamisen prosessisi erityisvaatimuksiin. Kaikki ultraäänilaitteet, joita Hielscher valmistaa, on rakennettu toimimaan 24/7 täydellä kuormituksella.
Pitkä kokemuksemme ultraäänikäsittelystä auttaa meitä neuvomaan asiakkaitamme ensimmäisistä ultraäänikokeista prosessin optimoinnin eri vaiheisiin ja teollisen mittakaavan käyttöönottoon asti.
Kerro meille prosessistasi alla olevalla lomakkeella! Annamme mielellämme suosituksia ja keskustelemme ultraäänikäsittelyn mahdollisuuksista ja eduista sovelluksessasi.
Ultraäänihomogenisaattori UP400St kolmifaasierotuksen tehostamiseen
Kirjallisuus/lähteet
- Chougle, J.A: et al. (2013): Ultraääniavusteinen kolmifaasierotus (UATPP): Uusi menetelmä, joka on kehitetty astaksantiinin uuttamiseen bakteerikannasta Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – vuosikonferenssi University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Faasierotus entsyymien erottamiseen: Yleiskatsaus ja viimeaikaiset sovellukset. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Oleoresiinin tehostettu uuttaminen inkiväärin (Zingiber officinale) juurakkojauheesta entsyymiavusteisella kolmifaasierotuksella. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Ultraäänen ja kolmifaasierotuksen yhteisvaikutus Corbicula fluminea -simpukan polysakkaridien uuttamisessa ja erottamisessa sekä mahdolliset siihen liittyvät mekanismit. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.
Hyödyllistä tietoa
Kolmifaasierotus (TPP)
TPP on biologisten aineiden erotusmenetelmä, joka perustuu poolisten aineosien, proteiinien ja hydrofobisten aineosien jakautumiseen kolmeen faasiin, jotka koostuvat vedestä, ammoniumsulfaatista ja t-butanolista.
Kolmifaasierotuksella puhdistetaan monia tärkeitä terapeuttisia ja teollisia entsyymejä (esim. α-galactocidase, α-amylaasin estäjät ja proteaasi) sekä luonnonyhdisteitä (esim. diterpeenejä, kuten forskoliinia ja andrografolidia). Pigmentit, lipidit ja entsyymien estäjät kertyvät ylempään liuotinfaasiin, jonka välissä oleva saostunut proteiinikerros erottaa alemmasta vesifaasista, johon pooliset komponentit, kuten sakkaridit, kertyvät. Koska t-butanoli sitoo TPP-menetelmällä saostettuja proteiineja, jotka esiintyvät proteiinin ja t-butanolin yhteissaostumina, se kelluu orgaanisen kerroksen ja vesikerroksen välissä ja voidaan helposti erottaa ja puhdistaa. Yleensä biomolekyylit otetaan talteen puhdistetussa muodossa rajapinnalta, kun taas epäpuhtaudet jakautuvat pääasiassa t-butanoliin (yläfaasi) ja vesifaasiin (alafaasi).
Astaksantiini
Astaksantiini (3, 3´-dihydroxy-ß, ß-carotene 4, 4´-dione) on ketokarotenoidi, joka kuuluu terpeenien luokkaan. Tetraterpenoidina se muodostuu viisi hiiliatomia sisältävistä lähtöaineista, isopentenyylidifosfaatista ja dimetyyliallyylidifosfaatista. Astaksantiini on keltaoranssi kasvipigmentti, ja siksi se luokitellaan ksantofylliksi. Astaksantiinia esiintyy pääasiassa mikrolevissä, hiivassa, lohikaloissa, taimenissa, krillissä, katkaravuissa, ravuissa ja äyriäisissä. Erittäin tehokkaana vapaiden radikaalien sieppaajana, ihon suojaajana, syöpää ehkäisevänä aineena ja immuunijärjestelmän tehostajana astaksantiinia käytetään ravintolisänä sekä lisäaineena elintarvikkeissa, lääkkeissä ja kosmetiikassa. Ultraäänellä tehostettu TPP parantaa astaksantiinin uutto- ja erotusprosessia luonnollisista lähteistä ja mahdollistaa sen taloudellisen tuotannon teollisessa mittakaavassa.
UIP1000hdT – 1 kW:n teollinen ultraäänilaite