מיצוי אצות אולטראסוני לתוספי תזונה

מיצוי על-קולי הוא השיטה הטובה ביותר לשבש תאי אצות ביעילות ובמהירות. סוניקציה יכולה לשחרר את הכמות המלאה של התרכובות הביו-אקטיביות, מה שהופך את הטכניקה העל-קולית ליעילה ביותר.

כיצד לחלץ חלבונים, שומנים ופנולים מאצות עם אולטרסאונד

מיני אצות ומיקרו-אצות עשירים בתרכובות פעילות ביולוגית כגון חלבונים, שומנים, קרוטנואידים, פיגמנטים (למשל, פיקוציאנינים, אסטקסנטין וכו'), פנולים ורב-סוכרים (למשל, קרגיננים). זה הופך אותם לחומר טבעי בשימוש נרחב לייצור תמציות למזונות ותוספי תזונה. מיני אצות נפוצים לתוספי תזונה הם Arthrospira maxima ו-(הידוע גם בשם spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis, ו-Ulva spp. אצות ידועות כמקור טוב לחלבונים, שומנים, PUFA ארוכי שרשרת (כלומר אומגה 3), רב-סוכרים (למשל אלגינט, קרגינן, β-גלוקנים), ויטמינים ונוגדי חמצון.
ספירולינה היא סוג נפוץ של אצות, העשירות בתרכובות ביו-אקטיביות בעלות ערך גבוה כגון חלבונים (עם 50-70% wt יבש). מאחר שספירולינה מאושרת על ידי ה-FDA (מנהל התרופות האמריקאי) כ-GRAS (מוכר בדרך כלל כבטוח), ניתן להשתמש בתמציות ספירולינה וספירולינה במזונות ממוסחרים או כתוספי מזון.

היתרונות של מיצוי אצות קולי

מיצוי אולטראסוני מצטיין בשיטות חילוץ חלופיות בנקודות סעפת, כגון תפוקה גבוהה, אמינות, בטיחות, פשטות וידידותיות לסביבה.

תפוקת מיצוי מלאה

אולטרה-סאונד בעל ביצועים גבוהים שובר את תאי האצות ומפריע להם כך שהחומר התוך-תאי משתחרר. מיצוי אולטראסוני משחרר ובכך את כל הספקטרום של תרכובות ביו-אקטיביות, כגון חלבוני פיקובילין, קרוטנואידים וליפידים ופנולים.
ניתן לחלק חלבוני פיקובילין לשלוש קבוצות עיקריות, כלומר כלורו-פיקוציאנינים, אלופיקוציאנינים ופיקואריתרינים. C-Phycocyanin הוא פיגמנט כחול טבעי, אשר נמצא בשימוש נרחב מזון ומוצרי תרופות. מיצוי קולי משחרר את כל ספקטרום החלבונים.

יעילות מיצוי גבוהה

Duangsee et al. (2009) בדקו שתי שיטות שונות של מיצוי (מיצוי ממס בסיוע אולטרה-סאונד ומיצוי על ידי הקפאה והפשרה חוזרות ונשנות) של תרכובות ביו-אקטיביות מביומסה Arthospira ומצאו כי מיצוי ממס על-קולי הביא ליעילות מיצוי גבוהה יותר (22.1%) מאשר הקפאה והפשרה (15.6%). השוואת קרע תאים בין סוניקציה לבין הקפאה והפשרה חוזרות מראה כי סוניקציה יעילה יותר. קוויטציה על-קולית משבשת את תאי האצות במהירות וביעילות, מה שגורם לשיבוש תאים גבוה יותר בהשוואה לתאי הספירולינה המטופלים בהקפאה והפשרה חוזרות ונשנות.
הסוניקציה הייתה יעילה יותר בשבירת מעטפת התא בהשוואה להקפאה והפשרה חוזרות ונשנות. תפוקת המיצוי של פיקוציאנין הראתה כי טמפרטורת העיבוד השפיעה על יעילות המיצוי.

תהליך חילוץ מהיר

מערכות אולטרסאונד בעלות ביצועים גבוהים יכולות להפעיל עוצמת אולטרסאונד גבוהה באמצעות אמפליטודות גבוהות לתוך תרחיף האצות. זה עושה את מיצוי קולי שיטת עיבוד מהירה מאוד.

בקרת טמפרטורה

Ultrasonication is a non-thermal, purely mechanical extraction technique. The extraction temperature can be precisely controlled using a pluggable temperature sensor, which is wired to the digital Hielscher ultrasonicator. The software of Hielscher’s digital ultrasonicators allow to set temperature limits, so that the ultrasonic homogeniser pauses when the temperature limit is reached. The precise temperature control allows to prevent the thermal degradation of heat-sensitive materials such as phycobiliproteins, vitamins, polyphenols, polysaccharides, lipids and other bioactive compounds.

תואם לממיסים שונים

Ultrasonication תואם כמעט כל ממס. מיצוי קולי בשילוב עם ממיסים ירוקים כגון מים או אתנול מייצרים תמציות נקיות. תמציות על-קוליות אלה יכולות להיות משולבות בבטחה במזונות מכיוון שלממיסי המיצוי, אתנול ומים יש מעמד GRAS (מוכר בדרך כלל כבטוח).

שכפול ותקינה של תהליכים

Hielscher’s digital ultrasonicators come with an intelligent software and an elaborated variety of settings for the ideal extraction parameters. The software protocols all ultrasonic process parameter (e.g., amplitude, net power, total power, temperature, pressure, time, date) and writes the sonication data into a CSV file on the built-in SD-card. This allows you to standardise your extraction process and to monitor sonication and quality output closely. These features help you fulfil process stadandization requirements as well as Good Manufacturing Practices (GMP), which are both highly important when the extracts are produced for supplements, food or pharmaceutical products.

פרוטוקול מיצוי פיקוציאנין קולי

Mazumder et al. (2017) חקרו את פרמטרי העיבוד האופטימליים למיצוי קולי של פיקוציאנין ופנולים מ- Arthospira platensis. התפוקה המרבית של פיקוציאנין (29.9 מ"ג/גרם) וסך הפנולים (2.4 מ"ג/גרם) התקבלה בריכוז אתנול של 40%, טמפרטורת מיצוי של 34.9 מעלות צלזיוס באמצעות האולטרסוניקטור UP50H (50 וואט, 30kHz) במשרעת של 95% למשך זמן מיצוי של 104.7 שניות.

Vernès et al. (2019) השתמשו באולטרסוניקטור UIP1000hdT (1000W, 20kHz) כדי לחלץ חלבונים מספירולינה. האולטרה-סאונד היה מצויד בסונוטרודה BS2d34 ובכור זרימה על-קולי (ראה תמונה למטה עבור מערך החילוץ העל-קולי המדויק עם תא זרימה ומשאבת Seepex).

UIP1000hdT – מערך Manothermosonication (MTS) ומיצוי החלבונים שלנו מספירולינה בקנה מידה מעבדתימקור: Vernes et al. 2019

תוצאות המחקר מראות כי תנאי מיצוי על-קוליים הממוטבים לתפוקת חלבון כרוכים בטמפרטורה ולחץ מעט גבוהים (מה שמכונה manothermosonication MTS). MTS מקדם העברת מסה ומאפשר לקבל 229% יותר חלבונים (28.42 ± 1.15 גרם? 100 גרם WT יבש) מאשר תהליך קונבנציונלי ללא אולטרסאונד (8.63 ± 1.15 גרם? 100 גרם WT יבש).
עם 28.42 גרם חלבונים המתקבלים לכל 100 גרם של ביומסה יבשה של ספירולינה בתמצית, הושג קצב התאוששות חלבון של 50% תוך 6 דקות בלבד בתהליך סוניקציה מתמשך. הדמיה מיקרוסקופית מגלה כי קוויטציה אקוסטית משפיעה על חוטי הספירולינה על ידי מנגנונים שונים כגון פיצול, סונופורציה, דה-טקסטורציה. השפעות שונות אלה הופכות את המיצוי, השחרור והמסיסות של תרכובות ביו-אקטיביות של ספירולינה לקלים ויעילים יותר, מה שמביא לתפוקת חלבון גבוהה באיכות גבוהה.
באשר לאיכות החלבונים שחולצו באולטרסאונד, חומצות אמינו לא התפרקו על ידי טיפול אולטרסאונד, אך הן נמצאות בכמות גדולה יותר במקרה של סוניקציה בהשוואה למיצוי קונבנציונלי.
כאשר משווים בין מנותרמוסוסוניזציה לבין מיצוי על-קולי ללא לחץ וטמפרטורה גבוהים, ההבדל בתפוקת החילוץ וביעילות הוא מינימלי בלבד. לכן, אולטרסאונד לבדו נחשב לטכניקה החסכונית והקלה ביותר לייצר תמצית איכותית עשירה בחלבוני ספירולינה. מיצוי על-קולי הוא טכניקת מיצוי ירוקה וידידותית לסביבה המתאימה למיצוי חלבונים מספירולינה בקנה מידה מעבדתי, שניתן להתאים בקלות לקנה מידה ניסיוני ותעשייתי. (ראה: Vernès et al. 2019)

מחלצים קוליים בעלי ביצועים גבוהים

כל תוצאות המיצוי שהושגו בקנה מידה קטן, ניתנות להרחבה ליניארית ליכולות ייצור גדולות יותר. Hielscher Ultrasonics תיק מוצרים גדול ממעבדה למערכות מיצוי תעשייתי יש את ultrasonicator המתאים ביותר עבור יכולת התהליך החזוי שלך. הצוות הוותיק והמנוסה שלנו יסייע לכם החל מבדיקות היתכנות ואופטימיזציה של תהליכים ועד להתקנת המערכת האולטרסונית שלכם ברמת הייצור הסופי.

Caution: Video "duration" is missing

Hielscher Ultrasonics – ציוד חילוץ מתוחכם

Hielscher Ultrasonics product portfolio covers the full range of high-performance ultrasonic extractors from small to large scale. Additional accessories allow for the easy assembly of the most suitable ultrasonic device configuration for your process. The optimal ultrasonic setup depends on the envisaged capacity, volume, raw material, batch or inline process and timeline. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.The linear scalability of ultrasonic extraction processes allow the simple and reliable increase in production. קרא עוד על קנה מידה ליניארי של תהליכי מיצוי קולי!

בחרו מבין אביזרים שונים כגון:

• סונוטרודים עם גדלים, קטרים וצורות שונות
• סונוטרודים למשרעת גבוהה של 200μm ומעלה
• כורי תאי זרימה עם נפחים וגיאומטריות שונות
• קרני מאיץ רבות כדי להגדיל או להקטין רווחים
• מערכי סוניקציה מלאים כגון SonoStation, הכוללים מחלץ קולי, מיכל, תועמלן ומשאבה
• חיישני טמפרטורה הניתנים לחיבור
• חיישני לחץ הניתנים לחיבור

הצוות המיומן והמנוסה שלנו יתייעץ איתך וימליץ לך על המערכת האולטרסונית המתאימה ביותר לדרישות תהליך החילוץ שלך!

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: