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.
סונוסטיישן – מערכת קולית עם 2x 2kW ultrasonicators, מיכל ערבוב ומשאבה – היא מערכת ידידותית למשתמש לחילוץ.
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
אולטרה-סוניקציה היא טכניקת מיצוי לא תרמית, מכנית גרידא. ניתן לשלוט במדויק בטמפרטורת החילוץ באמצעות חיישן טמפרטורה הניתן לחיבור, המחובר לאולטראסוניק הדיגיטלי של היילשר. התוכנה של Ultrasonicators דיגיטלי של Hielscher מאפשרים להגדיר גבולות טמפרטורה, כך homogeniser קולי משהה כאשר מגבלת הטמפרטורה הוא הגיע. בקרת הטמפרטורה המדויקת מאפשרת למנוע התפרקות תרמית של חומרים רגישים לחום כגון חלבוני פיקובילין, ויטמינים, פוליפנולים, פוליסכרידים, שומנים ותרכובות ביו-אקטיביות אחרות.
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
האולטרסוניקטורים הדיגיטליים של Hielscher מגיעים עם תוכנה אינטליגנטית ומגוון מפורט של הגדרות עבור פרמטרי החילוץ האידיאליים. התוכנה פרוטוקולים כל פרמטר תהליך קולי (למשל, משרעת, כוח נטו, כוח כולל, טמפרטורה, לחץ, זמן, תאריך) וכותב את נתוני סוניקציה לתוך קובץ CSV על כרטיס SD מובנה. זה מאפשר לך לתקנן את תהליך החילוץ שלך ולנטר סוניקציה ופלט איכות מקרוב. תכונות אלה עוזרות לך לעמוד בדרישות סטדנדיזציה של תהליכים, כמו גם שיטות ייצור נאותות (GMP), שתיהן חשובות מאוד כאשר התמציות מיוצרות עבור תוספי מזון, מזון או מוצרים פרמצבטיים.
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 מעבדתי
מקור: 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)
UP400ST למיצוי על-קולי של אצות באצווה 8L
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.
Hielscher Ultrasonics – ציוד חילוץ מתוחכם
תיק המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את כל מגוון המחלצים האולטרסוניים בעלי הביצועים הגבוהים בקנה מידה קטן עד גדול. אביזרים נוספים מאפשרים הרכבה קלה של תצורת המכשיר העל-קולי המתאימה ביותר לתהליך שלך. ההתקנה הקולית האופטימלית תלויה בקיבולת החזויה, נפח, חומר גלם, תהליך אצווה או מוטבע וציר זמן. החוסן של הציוד הקולי של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בחובה כבדה ובסביבות תובעניות. המדרגיות הליניארית של תהליכי מיצוי קוליים מאפשרת עלייה פשוטה ואמינה בייצור. 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:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
ספרות / מקורות
- Anupriya Mazumder; P. Prabuthas; Hari Niwas Mishra (2017): Optimization of ultrasound-assisted solvent extraction of phycocyanin and phenolics from Arthospira platensis var. ‘lonor’ biomass. Nutrafoods (2017) 16:231-239.
- Vernès L., Abert-Vian M., El Maâtaoui M., Tao Y., Bornard I., Chemat F. (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry 54, 2019. 48-60.
- 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. - Rachen Duangsee, Natapas Phoopat, Suwayd Ningsanond (2009): Phycocyanin extraction from Spirulina platensis and extract stability under various pH and temperature. Asian Journal of Food and Agro-Industry 2009, 2(04), 819-826.
עובדות שכדאי לדעת
מהי ספירולינה?
ספירולינה, שהיא חיידק פרוקריוטי, עשירה בפיגמנטים כמו קרוטנואידים, כלורופיל ופיקוציאנין. קרוטנואידים (למשל, β-קרוטן, פיגמנט כתום-צהוב), כלורופיל ופיקוציאנין נמצאים ברמות של 0.4, 1.0 ו-14% WT יבש, בהתאמה. Phycocyanin הוא חלבון כחול-ירוק, מה שנקרא biliprotein, אשר ממוקם lamellas photosynthetic בקרום cytoplasmic של cyanobacteria.
הוא משמש כתוסף מזון וצבעי מאכל, תוספי תזונה וליישומים אימונו-דיאגנוסטיים.
כיצד משתמשים בסוניקציה בעיבוד אצות?
אולטראסוניקציה מקלה על קצירת האצות על ידי קידום השקיעה. באמצעות סוניקציה של ביומסת האצות, ואקואולות הגז בתוך תאי האצות, המסייעות לצף האצות, מופרעות ומתרוקנות. עם ואקואולות נטולות גז, תאי האצות שוקעים לקרקעית, מה שמקל על ריכוז והפרדת ביומסת האצות. קרא עוד על קצירת אצות באמצעות גלי קול!
בשלב הבא בתהליך, סוניקציה היא טכניקה מוכחת ויעילה ביותר להפקת חומרים מזינים ותרכובות ביו-אקטיביות מאצות. קרא עוד על מיצוי אצות באמצעות אולטרסאונד!