Ultrasonication כדי לשפר את ההפרעה התא אצות ומיצוי

אצות, מאקרו ומיקרו-אצות, מכילים תרכובות יקרות ערך רבות, המשמשות כמזון תזונתי, תוספי מזון או כמאכלי דלק או דלק. על מנת לשחרר את חומרי היעד מתא האצות נדרשת טכניקה חזקה ויעילה להפרעה לתאים. מחלצי אולטרה סאונד יעילים מאוד ואמינים כשמדובר בהפקת תרכובות ביואקטיביות מצמחים, אצות ופטריות. זמין במעבדה, ספסל העליון בקנה מידה תעשייתי, מחלצי אולטראסאונד Hielscher הוקמה בייצור של תמציות שמקורן בתאים מזון, פארמה וייצור ביו-דלק.

אצות כמשאב בעל ערך לתזונה ודלק

תאי אצות הם מקור רב-תכליתי של תרכובות ביואקטיביות ועשירות באנרגיה, כגון חלבונים, פחמימות, שומנים וחומרים ביו-אקטיביים אחרים, כמו גם אלקנס. זה עושה אצות מקור של מזון ותרכובות תזונתיים, כמו גם עבור דלקים.
מיקרו-אצות הן מקור מוערך של שומנים, המשמשים לתזונה וכדלוץ ביולוגי (למשל, ביודיזל). זנים של פיטופלנקטון Dicrateria הימי, כגון Dicrateria rotunda, ידועים בשם אצות מייצרות בנפט, שיכול לסנתז סדרה של פחמימנים רוויים (n‐alkanes) מ C₁₀ח₂₂ ל- C₃₈ח₇₈המסווגים כדלק (C10-C15), שמני דיזל (C16-C20) ושמני דלק (C21-C38).
בשל הערך התזונתי שלהם, אצות משמשים "מזונות פונקציונליים" או "nutraceuticals". מיקרו-חומרים מזינים חשובים המופקים מאצות כוללים את קרוטנואידים astaxanthin, fucoxanthin וזאקסנטין, פוקוידאן, למינארי וגלוקנים אחרים בין חומרים ביואקטיביים רבים אחרים משמשים תוספי תזונה ו pharmceuticals. קרגינן, אלגינט והידרוקולואידים אחרים משמשים כתוספי מזון. שומני אצות משמשים כמקור אומגה 3 טבעוני ומשמשים גם כדלק או כמאכל לייצור ביודיזל.

הפרעה ותא אצות ומיצוי על ידי אולטראסאונד כוח

מחלצי אולטרה סאונד או פשוט ultrasonicators משמשים כדי לחלץ תרכובות יקרות ערך מדגימות קטנות במעבדה, כמו גם לייצור בקנה מידה מסחרי גדול.
תאי אצות מוגנים על ידי מטריצות מורכבות של דופן התא, המורכבות שומנים, תאית, חלבונים, גליקופרוטאין ופוליסכרידים. הבסיס של רוב קירות תאי האצות בנוי מרשת מיקרופייברילר בתוך מטריצת חלבון דמוית ג'ל; עם זאת, כמה microalgae מצוידים בקיר נוקשה אנאורגני המורכב פרוטולים סיליקה אופלין או סידן פחמתי. על מנת להשיג תרכובות ביואקטיביות מביומסה אצות, טכניקה יעילה הפרעה לתאים יש צורך. מלבד גורמי החילוץ הטכנולוגיים (כלומר, שיטת החילוץ והציוד), היעילות של שיבוש ותוצרית תאי אצות מושפעת מאוד גם מגורמים שונים התלויים באצות כגון הרכב דופן התא, מיקום הביומולקול הרצוי בתאי מיקרו-אצות, ושלב הצמיחה של מיקרו-אצות במהלך הקציר.

כיצד פועלים שיבושים וחילוץ תאי אצות אולטרה סאונד?

כאשר גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מצמידים באמצעות בדיקה קולית (הידוע גם בשם קרן קולית או sonotrode) לתוך נוזל או תרחיף, גלי הקול לנסוע דרך הנוזל וליצור ובכך לסירוגין מחזורים בלחץ גבוה / בלחץ נמוך. במהלך מחזורים אלה בלחץ גבוה / בלחץ נמוך, בועות ואקום דקות או חללים להתרחש. בועות cavitation להתרחש כאשר הלחץ המקומי נופל במהלך מחזורי הלחץ הנמוך מספיק הרבה מתחת ללחץ האדים הרווי, ערך שניתן על ידי כוח המתיחה של הנוזל בטמפרטורה מסוימת. אשר לגדול על פני מספר מחזורים. כאשר בועות ואקום אלה מגיעות לגודל, שבו הן אינן יכולות לספוג יותר אנרגיה, הבועה מתפרצת באלימות במהלך מחזור בלחץ גבוה. קריסת בועות cavitation הוא תהליך אלים, עתיר אנרגיה המייצר גלי הלם אינטנסיביים, מערבולות, מיקרו סילוני בנוזל. בנוסף, נוצרים לחצים גבוהים מאוד מקומיים וטמפרטורות גבוהות מאוד. תנאים קיצוניים אלה מסוגלים בקלות לשבש קירות התא ואת הממברנות ולשחרר תרכובות תאיות בצורה יעילה, יעילה ומהירה. תרכובות תאיות כגון חלבונים, פוליסכרידים, שומנים, ויטמינים, מינרלים ונוגדי חמצון יכולים ובכך ביעילות לחלץ באמצעות אולטרסוניקה כוח.

Cavitation אולטרה סאונד עבור הפרעה סלולרית ומיצוי

כאשר נחשף אנרגיה קולית אינטנסיבית, הקיר או הממברנה של כל סוג של תא (כולל בוטני, יונקים, אצות, פטריות, חיידקים וכו ') הוא קרוע לתוך שברים קטנים יותר על ידי הכוחות המכניים של cavitation קולי צפוף אנרגיה. כאשר דופן התא שבורה, המטבוליטים התאיים כגון חלבון, שומנים, חומצת גרעין וכלורופיל משתחררים מטריצת דופן התא, כמו גם מבפנים התא ומועברים למדיום התרבותי שמסביב או לממס.
המנגנון המתואר לעיל של cavitation קולי / אקוסטי משבש תאים אצות שלמות או גז וחלולי נוזלי בתוך תאים באופן חמור. cavitation קולי, רטט, מערבולות מיקרו הזרמה לקדם את העברת ההמונים בין פנים התא ואת הממס שמסביב, כך biomolecules (כלומר מטבוליטים) יעילים ומשוחררים במהירות. מאז sonication הוא טיפול מכני גרידא שאינו דורש כימיקלים קשים, רעילים ו / או יקרים.
אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ובתדר נמוך יוצר תנאים קיצוניים עתירי אנרגיה, הכוללים לחצים גבוהים, טמפרטורות וכוחות גיסה גבוהים. כוחות פיזיים אלה מקדמים את ההפרעה של מבני התאים על מנת לשחרר תרכובות תאיות למדיום. לכן, אולטרסאונד בתדר נמוך משמש בעיקר להפקת חומרים ביואקטיביים ודלקים מאצות. בהשוואה לשיטות מיצוי קונבנציונליות כגון מיצוי ממס, כרסום חרוזים או הומוגניזציה בלחץ גבוה, מיצוי קולי מצטיין על ידי שחרור רוב התרכובות הביואקטיביות (כגון שומנים, חלבונים, פוליסכרידים ומיקרו-חומרים מזינים) מהתא sonoporated ומושבש. החלת תנאי התהליך הנכון, מיצוי קולי נותן תשואות מיצוי מעולה בתוך משך תהליך קצר מאוד. לדוגמה, מחלצי אולטרה סאונד ביצועים גבוהים מראה ביצועי מיצוי מעולה מאצות, כאשר נעשה שימוש עם ממס מתאים. במדיום חומצי או אלקליין, דופן תא האצות מקבל נקבובי ומקומט, מה שמוביל לתפוקות מוגברות בטמפרטורה נמוכה (מתחת ל -60 מעלות צלזיוס) בזמן sonication קצר (פחות מ 3 שעות). משך החילוץ הקצר בטמפרטורות קלות מונע השפלה פוקודית, כך פוליסכריד ביואקטיבי מאוד מתקבל.
Ultrasonication היא גם שיטה להפוך פוקוידן במשקל מולקולרי גבוה לפוקואידן במשקל נמוך-מולקולרי, שהוא באופן משמעותי יותר ביואקטיבי בשל המבנה המושחז שלו. עם הביואקטיביות הגבוהה והביו-נגישות שלה, פוקודאן במשקל מולקולרי נמוך הוא תרכובת מעניינת עבור תרופות ומערכות אספקת תרופות.

מקרה מבדק: הפקה אולטרה סאונד של תרכובות אצות

יעילות החילוץ אולטרה סאונד ואת האופטימיזציה של פרמטרי החילוץ הקולי נחקרו בהרחבה. להלן, אתה יכול למצוא תוצאות למופת עבור תוצאות החילוץ באמצעות ultrasonication ממיני אצות שונים.

הפקת חלבון מספירולינה באמצעות מנו-תרמו-סוניקציה

קבוצת המחקר של פרופ ' Chemat (אוניברסיטת אביניון) חקרה את ההשפעות של manothermosonication (MTS) על הפקת חלבונים (כגון phycocyanin) מן ציאנובקטריה ארתרופיריה צלחת יבשה (הידוע גם בשם ספירולינה). Mano-Thermo-Sonication (MTS) הוא היישום של אולטרסוניקה בשילוב עם לחצים גבוהים וטמפרטורות על מנת להגביר את תהליך החילוץ הקולי.
"על פי תוצאות הניסוי, MTS קידם העברת מסה (דיפוזיה יעילה גבוהה, De) ואפשר לקבל 229% יותר חלבונים (28.42 ± 1.15 גרם / 100 גרם DW) מאשר תהליך קונבנציונאלי ללא אולטרסאונד (8.63 ± 1.15 גרם / 100 גרם DW). עם 28.42 גרם של חלבונים לכל 100 גרם של ביומסה ספירולינה יבשה בתמצית, שיעור התאוששות חלבון של 50% הושג ב 6 דקות יעילות עם תהליך MTS מתמשך. תצפיות מיקרוסקופיות הראו כי cavitation אקוסטי השפיע על חוטי ספירולינה על ידי מנגנונים שונים כגון פיצול, sonoporation, detexturation. תופעות שונות אלה מקלות על מיצוי, שחרור וסולוביליזציה של תרכובות ביואקטיביות ספירולינה." [Vernès et al., 2019]

תמונות מיקרוסקופיות אופטיות של חוטי ספיורולינה שלמים הכפופים לטיפול MTS לאורך זמן. סרגל קנה מידה (תמונה A) = 50 מיקרומטר עבור כל התמונות.
תמונה ולימוד: ©ברנס ואח' 2019

הפקת פוקוידן וגלוקן אולטרה סאונד מ למינריה דיגטה

קבוצת המחקר TEAGASC של ד"ר טיווארי חקרה את הפקת הפוליסכרידים, כלומר פוקוידאן, למינרין וגלוקנים מוחלטים, מהדיגיטה של מקרולגה למינריה באמצעות אולטרסוניקטור UIP500hdT. הפרמטרים מיצוי בסיוע באולטרסאונד (איחוד האמירויות הערביות) נחקר הראה השפעה משמעותית על רמות fucose, FRAP ו- DPPH. רמות של 1060.75 מ"ג/100 גרם ds, 968.57 מ"ג/100 גרם ds, 8.70 μM טרולוקס / מ"ג fde ו 11.02% הושגו עבור fucose, סך גלוקנים, FRAP ו- DPPH בהתאמה בתנאים אופטימליים של טמפרטורה (76◦C), זמן (10 דקות) ומשרעת קולית (100%) באמצעות 0.1 M HCl כממס. התנאים המתוארים באיחוד האמירויות הוחלו לאחר מכן בהצלחה על מקרולגות חומות רלוונטיות כלכלית אחרות (L. hyperborea ו- A. nodosum) כדי להשיג תמציות עשירות בפוליסכריד. מחקר זה מדגים את תחולתה של איחוד האמירויות הערביות כדי לשפר את החילוץ של פוליסכרידים ביואקטיביים ממינים מקרו-גלגליים שונים.

מיצוי פיטוכימי אולטרה סאונד מ פ. וסילקוס ו פ. קנליקולטה

צוות המחקר של García-Vaquero השווה טכניקות מיצוי חדשניות שונות כולל מיצוי קולי ביצועים גבוהים, מיצוי אולטרסאונד-מיקרוגל, מיצוי מיקרוגל, מיצוי בסיוע הידרותרמי ומיצוי בסיוע בלחץ גבוה על מנת להעריך את יעילות החילוץ ממיני המיקרו-אצות החומים פוקוס וסיקולוסוס ו Pelvetia canaliculata. עבור ultrasonication, הם השתמשו ב מחלץ אולטראסאונד Hielscher UIP500hdT. anylsis של תשואות החילוץ גילה כי מיצוי קולי השיג את התשואות הגבוהות ביותר של רוב פיטוכימיקלים משני F. vesiculosus. משמעות הדבר היא, התשואות הגבוהות ביותר של תרכובות המופקות F. vesiculosus באמצעות מחלץ קולי UIP500hdT היו: תוכן פנולי כולל (445.0 ± 4.6 מ"ג שווה ערך לחומצה גאלית/גרם), תכולת פלורוטנין כוללת (362.9 ± 3.7 מ"ג פרוגלוצינול שווה ערך/גרם), תכולת פלבנואידים כוללת (286.3 ± 7.8 מ"ג קוורצטין שווה ערך/גרם) ותכולת טאנין כוללת (189.1 ± 4.4 מ"ג המקבילות של קטצ'ין/גרם).
במחקר שלהם, הצוות הגיע למסקנה כי השימוש של מיצוי בסיוע באולטרסאונד "בשילוב עם פתרון אתנולי 50% כמו ממס מיצוי יכול להיות אסטרטגיה מבטיחה מיקוד החילוץ של TPC, TPhC, TFC ו- TTC, תוך הפחתת החילוץ המשותף של פחמימות לא רצויות הן F. vesiculosus ו P. canaliculata, עם יישומים מבטיחים בעת שימוש בתרכובות אלה כמו תרופות, "קוסמקוטיים וקומסוטיים." [García-Vaquero ואח ', 2021]

קנה מידה של מאנו-תרמו-sonication באוניברסיטת אביניון באמצעות אולטראסאונדטורים Hielscher: מציוד מעבדה UIP1000hdT (A) לציוד סולם טייס UIP4000hdT (ב, ג & ד. בתמונה D הוא סכמטי קטע רוחבי של תא הזרימה הקולי FC100K.
תמונה ולימוד: ©ברנס ואח' 2019

מחלצי אולטרה סאונד ביצועים גבוהים עבור הפרעות אצות

Hielscher של המדינה- of-the-art ציוד קולי מאפשר שליטה מלאה על פרמטרים תהליך כגון משרעת, טמפרטורה, לחץ קלט אנרגיה.
עבור מיצוי קולי, פרמטרים כגון גודל חלקיק חומר גלם, סוג ממס, יחס מוצק לממס, וזמן החילוץ יכול להיות מגוון ומותב לתוצאות הטובות ביותר.
מאז מיצוי קולי היא שיטת מיצוי לא תרמית, השפלה תרמית של החומרים ביואקטיביים נוכחים בחומר הגלם כגון אצות נמנע.
בסך הכל, יתרונות כגון תשואה גבוהה, זמן מיצוי קצר, טמפרטורת מיצוי נמוכה, ואת הכמויות הקטנות של ממס עושה sonication שיטת החילוץ מעולה.

הפקת אולטרה סאונד: הוקם במעבדה ובתעשייה

מיצוי אולטרה סאונד מוחל באופן נרחב להפקת כל סוג של תרכובת ביואקטיבית מצמחים, אצות, חיידקים ותאי יונקים. מיצוי אולטרה סאונד הוקם פשוט, חסכוני ויעיל מאוד המצטיין טכניקות מיצוי מסורתיות אחרות על ידי תשואות מיצוי גבוהות יותר ומשך עיבוד קצר יותר.
עם מעבדה, ספסל העליון ומערכות אולטראסאונד תעשייתי מלא זמין, מיצוי קולי הוא כיום טכנולוגיה מבוססת ומהימנה. מחלצי אולטראסאונד Hielscher מותקנים ברחבי העולם במתקני עיבוד תעשייתיים המייצרים תרכובות ביואקטיביות באיכות מזון ופארמה.

תהליך התקינה עם האלישר אולטרהיסונים

תמציות שמקורן באצות, המשמשות במזון, תרופות או קוסמטיקה, חייבות להיות מיוצרות בהתאם לשיטות ייצור טובות (GMP) ותחת מפרטי עיבוד סטנדרטיים. מערכות החילוץ הדיגיטליות של Hielscher Ultrasonics מגיעות עם תוכנה חכמה, מה שמקל על הגדרת ושליטה בתהליך sonication במדויק. הקלטת נתונים אוטומטית כותבת את כל הפרמטרים תהליך קולי כגון אנרגיית אולטרסאונד (סה"כ ואנרגיה נטו), משרעת, טמפרטורה, לחץ (כאשר חיישני טמפ ולחץ מותקנים) עם חותמת תאריך ושעה על כרטיס SD מובנה. זה מאפשר לך לתקן כל מגרש מעובד באולטרסאונד. יחד עם זאת, רבייה ואיכות מוצר גבוהה ברציפות מובטחים.

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: