מיצוי אולטרסוני של אסטקסנטין לתפוקות גבוהות יותר
- אסטקסנטין הוא נוגד חמצון רב עוצמה המשמש בתרופות ובתוספי תזונה.
- כדי להפיק אסטקסנטין באיכות גבוהה ממקורות טבעיים כגון אצות, נדרשת טכניקת מיצוי בעלת ביצועים גבוהים.
- מיצוי אולטרסוני הוא טיפול מכני המניב תפוקות גבוהות של אסטקסנטין בזמן מיצוי קצר מאוד.
מכשירי סוניקציה בעלי ביצועים גבוהים לתמציות אסטקסנטין באיכות גבוהה
מיצוי אולטרסוני הוא טכניקת מיצוי בעלת ביצועים גבוהים, המשתמשת בגלי אולטרסאונד עזים למיצוי אסטקסנטין ממקורות טבעיים כגון מיקרו־אצות, קריל או סרטנאים. אסטקסנטין הוא פיגמנט קרוטנואידי המצוי בטבע, הידוע בתכונותיו החזקות כנוגד חמצון וביתרונותיו הבריאותיים השונים. הוא משמש בדרך כלל כתוסף תזונה וכצבע מאכל. למדו כיצד סוניקציה מסייעת לשפר את תהליך מיצוי האסטקסנטין שלכם!
MultiSonoReactor לשיפור מיצוי אסטקסנטין באמצעות אולטרסאונד בהספק גבוה
מיצוי אולטרסוני של אסטקסנטין ממיקרו־אצות
אסטקסנטין לתוספי תזונה, הנצרכים על ידי בני אדם ובעלי חיים בשל יתרונותיהם הבריאותיים, מופק ממזון מן הים או ממוצה מהאצה H. pluvialis. האצה Haematococcus pluvialis היא מיקרו־אצה ירוקה המייצרת תכולות גבוהות של אסטקסנטין כאשר היא נחשפת לתנאי עקה, כגון מליחות גבוהה, מחסור בחנקן, טמפרטורה גבוהה ואור. עם עד 9.2mg/g אסטקסנטין לכל תא אצה (= עד 3.8% מהמשקל היבש של H. pluvialis), האצה Haematococcus pluvialis צוברת תכולה גבוהה מאוד של אסטקסנטין טבעי, ולכן היא האורגניזם המועדף להפקת אסטקסנטין.
כדי לשחרר אסטקסנטין ממיקרו־אצות ירוקות, יש לפרק את תאי האצות. השימוש בסוניקציה מבוסס היטב לצורך פירוק תאים, ליזיס ובידוד תרכובות פעילות ביולוגית כגון ליפידים, נוגדי חמצון, פוליפנולים ופיגמנטים טבעיים. אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים יוצר כוחות מכניים בלבד, המפרקים את דופנות התאים באמצעות כוחות גזירה וגורמים לשחרור חומרים פעילים ביולוגית כגון אסטקסנטין.
מיצוי אולטרסוני של אסטקסנטין משמרים
Phaffia rhodozyma הוא שמר עשיר באסטקסנטין. עם זאת, דופן התא העבה של P. rhodozyma, המורכבת בעיקר מגלוקן ואחראית לקשיחות התא, הופכת את פירוק התאים ואת בידוד האסטקסנטין למשימה תובענית. חוקרים (Gogate et al. 2015) מצאו כי מיצוי אולטרסוני בשילוב חומצה לקטית מגביר את פירוק התאים והופך את מיצוי האסטקסנטין מ־P. rhodozyma לתהליך ירוק וידידותי יותר לסביבה. הם השתמשו בחומצה לקטית כתווך לפירוק ובאתנול כממס למיצוי. התפוקה המרבית של אסטקסנטין (90%) התקבלה בשיטת המיצוי בסיוע אולטרסאונד, שהתבססה על שימוש בחומצה לקטית בריכוז 3 M וזמן פירוק של 15 min. מכשירי מיצוי אולטרסוניים רבי עוצמה כגון UIP4000hd (4kW, ראו תמונה משמאל), בשילוב ריאקטור זרימה שניתן להפעיל בלחץ, מאפשרים יצירת קוויטציה עזה מאוד. כוחות גזירה הנוצרים בקוויטציה מפרקים את דופנות תאי השמרים ומקדמים את מעבר המסה בין פנים התא לממס.
- תפוקה מעולה
- מיצוי מהיר – בתוך דקות
- תמציות באיכות גבוהה – מיצוי עדין, ללא טיפול תרמי
- ממסים ירוקים (למשל מים/אתנול)
- כדאיות כלכלית
- הפעלה קלה ובטוחה
- עלויות השקעה ותפעול נמוכות
- הפעלה 24/7 בתנאי עבודה תובעניים
- שיטה ירוקה וידידותית לסביבה
מיצוי אולטרסוני של אסטקסנטין – באצוות או במצב זרימה רציפה
אסטקסנטין הוא תרכובת ליפופילית וניתן להמיסו בממסים (למשל 48.0% אתנול באתיל אצטט) ובשמנים (למשל שמן סויה).
אצווה: ניתן לבצע תהליכי מיצוי אולטרסוני כתהליכים פשוטים באצוות או כטיפול בקו, שבו התווך מוזן ברציפות דרך ריאקטור אולטרסוני לזרימה רציפה.
עיבוד באצוות הוא הליך פשוט שבו המיצוי מתבצע אצווה אחר אצווה. Hielscher Ultrasonics מציעה מעבדים אולטרסוניים לאצוות קטנות עד גדולות, כלומר מ־1L עד 120L.
לעיבוד אצוות של 5 עד 10L, אנו ממליצים על UP400ST עם סונוטרודה S24d22L2D (ראו תמונה משמאל).
לעיבוד אצוות של כ־120L, אנו ממליצים על מכשיר הסוניקציה UIP2000hdT עם סונוטרודה RS4d40L4.
זרימה רציפה: לנפחים גדולים יותר ולמיצוי מסחרי בקנה מידה מלא, זרם נוזל רציף מוזן דרך ריאקטור אולטרסוני, שבו התרחיף המורכב מממס ומחומר צמחי עובר סוניקציה אינטנסיבית.
לנפח של כ־8L/min., אנו ממליצים על UIP4000hdT עם סונוטרודה RS4d40L3 ותא זרימה FC130L4-3G0 שניתן להפעיל תחת לחץ
UIP2000hdT (2kW) למיצוי באצוות בקנה מידה גדול
מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים למיצוי
Hielscher Ultrasonics מתמחה בייצור מכשירי סוניקציה בעלי ביצועים גבוהים להפקת תמציות באיכות גבוהה מצמחים, משמרים ומתאים. מגוון המוצרים הרחב של Hielscher Ultrasonics נע ממכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קטנים ורבי עוצמה ועד מערכות שולחניות עמידות ומערכות תעשייתיות מלאות, המספקות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה למיצוי ולבידוד יעילים של רכיבים ביו־אקטיביים כגון אסטקסנטין, קוורצטין, קפאין, כורכומין, טרפנים ועוד. כל מכשירי הסוניקציה הדיגיטליים מ־200W עד 16,000W כוללים תפריט אינטואיטיבי עם הגדרות הניתנות לתכנות, צג מגע צבעוני לתפעול נוח, כרטיס SD מובנה לרישום נתונים אוטומטי, שליטה מרחוק באמצעות דפדפן ותכונות רבות נוספות הידידותיות למשתמש. ניתן לעקר באוטוקלב את הסונוטרודות ואת תאי הזרימה (החלקים הבאים במגע עם התווך), והם קלים לניקוי. כל המכשירים האולטרסוניים שלנו בנויים לפעולה 24/7, דורשים תחזוקה מועטה וקלים ובטוחים לתפעול.
צג צבעוני דיגיטלי מאפשר שליטה ידידותית למשתמש בציוד האולטרסוני. המערכות שלנו מסוגלות לספק אמפליטודות נמוכות ועד גבוהות מאוד. למיצוי תרכובות כימיות כגון אסטקסנטין, אנו מציעים סונוטרודות אולטרסוניות מיוחדות (המוכרות גם כגשושיות או כקרניים אולטרסוניות), המותאמות לבידוד זהיר של חומרים פעילים באיכות גבוהה. Hielscher מציעה סונוטרודות מיוחדות לאמפליטודות גבוהות בשילוב עם תאי זרימה שניתן להפעיל תחת לחץ, המסוגלים ליצור כוחות גזירה קיצוניים כתוצאה מקוויטציה, המפרקים אפילו תאי שמרים עמידים מאוד. העמידות של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת פעולה 24/7 בעומס עבודה כבד ובסביבות תובעניות.
השליטה המדויקת בפרמטרים של התהליך האולטרסוני מבטיחה הדירות וסטנדרטיזציה של התהליך. מערכות המיצוי האולטרסוני האוטומטיות של Hielscher בקנה מידה תעשייתי מיועדות לתפוקות ייצור גבוהות של תמציות באיכות מעולה, ובו בזמן מפחיתות את העבודה, העלות וצריכת האנרגיה.
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
ספרות/מקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
מיצוי אולטרסוני
מיצוי אולטרסוני, המכונה גם סונו־מיצוי, מבוסס על עקרון הקוויטציה האקוסטית.
כאשר מפעילים גלי אולטרסאונד עזים על מערכות נוזליות, מתרחשת קוויטציה אקוסטית – תופעה של היווצרות בועות ריק, גדילתן ולבסוף קריסתן (ראו תמונה להלן). במהלך התפשטות גלי האולטרסאונד, בועות הריק מתנודדות וגדלות עד שהן מגיעות לנקודה שבה אינן יכולות לספוג עוד אנרגיה. בשיא גדילתן, הבועות קורסות בעוצמה, וגורמות להשפעות תרמיות, מכניות וכימיות מקומיות. ההשפעות המכניות כוללות לחצים גבוהים של עד 1000atm, מערבולות וכוחות גזירה עזים. כוחות אלה מפרקים את דופנות התאים ומקדמים מעבר מסה בין פנים התא לממס, תוך שחרור תרכובות ביו־אקטיביות אל הנוזל שמסביב (כלומר הממס).
קוויטציה אקוסטית, הנוצרת באמצעות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ובתדר נמוך, יוצרת כוחות גזירה עזים והפרשי לחץ וטמפרטורה גבוהים המתרחשים באופן מקומי, ומספקים את ההשפעה הנדרשת לפירוק תאים, לערבוב אינטנסיבי ולהעברת מסה. כוחות גזירה אולטרסוניים אלה מיושמים בהצלחה למיצוי קנאביס.
מיצוי אולטרסוני של תרכובות מחומרים צמחיים ומרקמות תאים נחקר היטב. השימוש בגלים אולטרסוניים בעוצמה גבוהה מאוד מקדם במידה ניכרת תהליכי מיצוי. נוסף על הגברת יעילות התהליך – המביאה לתפוקות גבוהות יותר ולזמן מיצוי קצר יותר – נמנעים פירוק תרמי ואובדן של רכיבים רגישים לטמפרטורה, משום שסוניקציה היא טיפול שאינו תרמי. יתר על כן, למיצוי אולטרסוני עלויות השקעה ותפעול נמוכות, והוא מפחית את השימוש בממסים ו/או מאפשר שימוש בממסים ירוקים יותר, ובכך הוא מהווה טכניקת מיצוי חסכונית וידידותית לסביבה. בהיותו עדיף בביצועיו על שיטות המיצוי המקובלות, מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE) אומץ מתעשיית המזון לייצור תרכובות פעילות ביולוגית תוך השגת רווחים כלכליים.
גלי אולטרסאונד רבי עוצמה מפרקים את המטריצה התאית של מבנים ביולוגיים ומשחררים את התרכובות הפעילות ביולוגית. העברת המסה בין החומר הצמחי לממס מוגברת. בזכות מנגנונים אלה, מיצוי אולטרסוני יעיל ביותר למיצוי קנאביס.
אסטקסנטין
אסטקסנטין מתאפיין בצבע אדום עמוק. זהו פיגמנט מסיס בשומן המצוי באצות (למשל Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), בשמרים (למשל Phaffia rhodozyma), בסלמון, בטרוטה, בקריל, בחסילונים ובסרטני נהרות. אסטקסנטין נחשב לנוגד חמצון־על, שכן עוצמת פעילותו נוגדת החמצון גבוהה פי עשרה עד עשרים מזו של קרוטנואידים רבים אחרים, כגון בטא־קרוטן, לוטאין וזאקסנטין, ופי מאה מזו של אלפא־טוקופרול (ויטמין E).
אסטקסנטין (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) הוא קטו־קרוטנואיד ומשתייך לקבוצה רחבה יותר של תרכובות כימיות המכונות טרפנים (כטטרה־טרפנואיד), המורכבות מחומרי מוצא בעלי חמישה אטומי פחמן, איזופנטניל דיפוספט ודימתילאליל דיפוספט. אסטקסנטין מסווג כסוג של תרכובות קרוטנואידיות בעלות רכיבים המכילים חמצן, כלומר הידרוקסיל (-OH) או קטון (C=O), בדומה לזאקסנטין ולקנתקסנטין. אסטקסנטין הוא מטבוליט של זאקסנטין ו/או קנתקסנטין, המכיל הן קבוצות פונקציונליות של הידרוקסיל והן של קטון. בדומה לקרוטנואידים רבים, אסטקסנטין הוא פיגמנט מסיס בשומנים ומתאפיין בצבעו האדום. קרוטנואידים, ובהם אסטקסנטין, מוכרים היטב בזכות יכולתם נוגדת החמצון.
אסטקסנטין הוא פיגמנט אדום שמקורו הטבעי במיקרו־אצות של מי גשמים (Haematococcus pluvialis) ובשמרים המכונים Xanthophyllomyces dendrorhous (המוכרים גם בשם Phaffia rhodozyma). האצה נחשפת לעקה באמצעות תנאי אחד או שילוב של תנאים, החל ממחסור בחומרי הזנה, דרך מליחות מוגברת ועד לחשיפה מופרזת לאור שמש, כדי לייצר אסטקסנטין. המינים הצורכים מיקרו־אצות אלה של מים מתוקים הנתונות בעקה, כגון סלמון, טרוטה אדומה, דניס אדום, פלמינגו וסרטנאים (למשל חסילונים, קריל, סרטנים, לובסטרים וסרטני נהרות), מפגינים במראם את הפיגמנטציה בגוונים האדומים־כתומים.
כתוסף, אסטקסנטין ניתן בשל השפעותיו המקדמות בריאות והמטפלות במחלות. אסטקסנטין הוא רכיב תזונתי בעל השפעה רפואית שהשימוש בו מבוסס היטב, והוא ניתן לשיפור בריאות העור (למשל להפחתת קמטים, נזקי כוויות שמש וכו').
יתר על כן, אסטקסנטין זוכה לתשומת לב גוברת בשל השימוש בו לטיפול במחלת אלצהיימר, במחלת פרקינסון, במחלות לב וכלי דם, בכולסטרול גבוה, במחלות כבד ובניוון מקולרי הקשור לגיל, וכן למניעת סרטן.
