पोषण पूरकों के लिए शैवाल का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण
शैवाल कोशिकाओं को प्रभावी ढंग से और तेज़ी से विघटित करने के लिए अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण श्रेष्ठ विधि है। सोनिकेशन जैवसक्रिय यौगिकों की पूरी मात्रा मुक्त कर सकता है, जिससे अल्ट्रासोनिक तकनीक अत्यधिक कुशल बनती है।
अल्ट्रासोनिक्स की सहायता से शैवाल से प्रोटीन, लिपिड और फीनॉलिक यौगिक कैसे निकालें
शैवाल और सूक्ष्मशैवाल की प्रजातियाँ प्रोटीन, लिपिड, कैरोटिनॉइड, वर्णक (जैसे फ़ाइकोसायनिन, एस्टैक्सैंथिन आदि), फीनॉलिक यौगिक और पॉलीसैकराइड (जैसे कैरेजीनन) जैसे जैविक रूप से सक्रिय यौगिकों से समृद्ध होती हैं। इस कारण इनका व्यापक रूप से खाद्य पदार्थों और आहार पूरकों के लिए अर्क बनाने की प्राकृतिक सामग्री के रूप में उपयोग होता है। पोषण पूरकों के लिए आम तौर पर उपयोग की जाने वाली शैवाल प्रजातियाँ Arthrospira maxima और (जिसे स्पिरुलिना के नाम से भी जाना जाता है), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis और Ulva spp. हैं। शैवाल को उच्च गुणवत्ता वाले प्रोटीन, लिपिड, लंबी शृंखला वाले PUFAs (अर्थात omega-3), पॉलीसैकराइड (जैसे एल्जिनेट, कैरेजीनन, β-ग्लूकैन), विटामिन और एंटीऑक्सिडेंट का अच्छा स्रोत माना जाता है।
Spirulina आम तौर पर उपयोग किया जाने वाला एक प्रकार का शैवाल है, जो प्रोटीन (शुष्क भार का 50–70%) जैसे उच्च मूल्य वाले जैवसक्रिय यौगिकों से समृद्ध होता है। चूँकि Spirulina को FDA (संयुक्त राज्य अमेरिका का खाद्य एवं औषधि प्रशासन) द्वारा GRAS (सामान्यतः सुरक्षित के रूप में मान्यता प्राप्त) के रूप में अनुमोदित किया गया है, इसलिए स्पिरुलिना और स्पिरुलिना के अर्क का उपयोग व्यावसायिक रूप से बेचे जाने वाले खाद्य पदार्थों में या खाद्य पूरकों के रूप में किया जा सकता है।
शैवाल के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के लाभ
अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण उच्च उपज, विश्वसनीयता, सुरक्षा, सरलता और पर्यावरण के अनुकूल होने जैसे अनेक पहलुओं में अन्य निष्कर्षण विधियों से बेहतर है।
पूर्ण निष्कर्षण उपज
उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर शैवाल कोशिकाओं को तोड़कर खोलते और विघटित करते हैं, जिससे कोशिकाओं के भीतर की सामग्री मुक्त हो जाती है। इस प्रकार अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण फ़ाइकोबिलिप्रोटीन, कैरोटिनॉइड, लिपिड और फीनॉलिक यौगिकों जैसे जैवसक्रिय यौगिकों की पूरी श्रृंखला मुक्त करता है।
फ़ाइकोबिलिप्रोटीन को तीन प्रमुख समूहों में विभाजित किया जा सकता है, अर्थात क्लोरो-फ़ाइकोसायनिन, एलोफ़ाइकोसायनिन और फ़ाइकोएरिथ्रिन। C-फ़ाइकोसायनिन एक प्राकृतिक नीला वर्णक है, जिसका खाद्य और औषधीय उत्पादों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण प्रोटीन की पूरी श्रृंखला मुक्त करता है।
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उच्च निष्कर्षण दक्षता
Duangsee et al. (2009) ने Arthospira बायोमास से जैवसक्रिय यौगिकों के निष्कर्षण की दो अलग-अलग विधियों (अल्ट्रासोनिक सहायता से विलायक निष्कर्षण और बार-बार जमाने तथा पिघलाने द्वारा निष्कर्षण) का परीक्षण किया और पाया कि अल्ट्रासोनिक विलायक निष्कर्षण से, जमाने और पिघलाने (15.6%) की तुलना में, अधिक निष्कर्षण दक्षता (22.1%) प्राप्त हुई। सोनिकेशन और बार-बार जमाने तथा पिघलाने के बीच कोशिका टूटने की तुलना से पता चलता है कि सोनिकेशन अधिक प्रभावी है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन शैवाल कोशिकाओं को तेज़ी से और प्रभावी ढंग से विघटित करता है, जिससे बार-बार जमाने और पिघलाने से उपचारित स्पिरुलिना कोशिकाओं की तुलना में अधिक कोशिका विघटन होता है।
बार-बार जमाने और पिघलाने की तुलना में सोनिकेशन कोशिका आवरण को तोड़ने में अधिक प्रभावी था। फ़ाइकोसायनिन की निष्कर्षण उपज से पता चला कि प्रसंस्करण तापमान ने निष्कर्षण दक्षता को प्रभावित किया।
तीव्र निष्कर्षण प्रक्रिया
उच्च प्रदर्शन वाली अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ उच्च आयामों के माध्यम से शैवाल निलंबन में उच्च अल्ट्रासाउंड शक्ति पहुँचा सकती हैं। इससे अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण एक बहुत तेज़ प्रसंस्करण विधि बन जाता है।
तापमान नियंत्रण
अल्ट्रासोनिकेशन एक गैर-तापीय, पूर्णतः यांत्रिक निष्कर्षण तकनीक है। निष्कर्षण तापमान को एक प्लग से जोड़े जा सकने वाले तापमान सेंसर का उपयोग करके सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, जो तार द्वारा डिजिटल Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर से जुड़ा होता है। Hielscher के डिजिटल अल्ट्रासोनिकेटरों का सॉफ़्टवेयर तापमान सीमाएँ निर्धारित करने की सुविधा देता है, जिससे तापमान सीमा तक पहुँचने पर अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र रुक जाता है। सटीक तापमान नियंत्रण फ़ाइकोबिलिप्रोटीन, विटामिन, पॉलीफीनॉल, पॉलीसैकराइड, लिपिड और अन्य जैवसक्रिय यौगिकों जैसी ताप-संवेदनशील सामग्रियों के तापीय अपघटन को रोकना संभव बनाता है।
विभिन्न विलायकों के साथ संगत
अल्ट्रासोनिकेशन लगभग किसी भी विलायक के साथ संगत है। जल या एथेनॉल जैसे पर्यावरण-अनुकूल विलायकों के साथ अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण से स्वच्छ अर्क प्राप्त होते हैं। इन अल्ट्रासोनिक अर्कों को खाद्य पदार्थों में सुरक्षित रूप से मिलाया जा सकता है, क्योंकि निष्कर्षण में प्रयुक्त विलायकों एथेनॉल और जल को GRAS (सामान्यतः सुरक्षित के रूप में मान्यता प्राप्त) दर्जा प्राप्त है।
पुनरुत्पादकता और प्रक्रिया मानकीकरण
Hielscher के डिजिटल अल्ट्रासोनिकेटर बुद्धिमान सॉफ़्टवेयर और आदर्श निष्कर्षण मापदंडों के लिए विस्तृत सेटिंग विकल्पों के साथ आते हैं। सॉफ़्टवेयर सभी अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मापदंडों (जैसे, आयाम, निवल शक्ति, कुल शक्ति, तापमान, दाब, समय, तारीख) को दर्ज करता है और सोनिकेशन डेटा को अंतर्निर्मित SD-कार्ड पर CSV फ़ाइल में लिखता है। इससे आप अपनी निष्कर्षण प्रक्रिया को मानकीकृत कर सकते हैं और सोनिकेशन तथा प्राप्त उत्पाद की गुणवत्ता की बारीकी से निगरानी कर सकते हैं। ये सुविधाएँ प्रक्रिया मानकीकरण की आवश्यकताओं के साथ-साथ उत्तम विनिर्माण पद्धतियों (GMP) की आवश्यकताओं को पूरा करने में आपकी सहायता करती हैं। जब अर्कों का उत्पादन पूरकों, खाद्य पदार्थों या औषधीय उत्पादों के लिए किया जाता है, तब ये दोनों अत्यंत महत्वपूर्ण होते हैं।
अल्ट्रासोनिक फ़ाइकोसायनिन निष्कर्षण प्रोटोकॉल
Mazumder et al. (2017) ने Arthospira platensis से फ़ाइकोसायनिन और फ़ीनॉलिक यौगिकों के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के लिए इष्टतम प्रसंस्करण मापदंडों की जाँच की। फ़ाइकोसायनिन (29.9 mg/g) और कुल फ़ीनॉलिक यौगिकों (2.4 mg/g) की अधिकतम उपज 40% एथेनॉल सांद्रता और 34.9°C निष्कर्षण तापमान पर, अल्ट्रासोनिकेटर UP50H (50 watts, 30kHz) का उपयोग करके 95% आयाम पर 104.7 sec. के निष्कर्षण समय में प्राप्त हुई।
Vernès et al. (2019) ने स्पिरुलिना से प्रोटीन निकालने के लिए UIP1000hdT (1000W, 20kHz) अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग किया। अल्ट्रासोनिकेटर में BS2d34 सोनोट्रोड और एक अल्ट्रासोनिक प्रवाह रिएक्टर लगा था (प्रवाह सेल और Seepex पंप सहित अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण की सटीक व्यवस्था के लिए नीचे दिया गया चित्र देखें)।
UIP1000hdT – मैनोथर्मोसोनिकेशन (MTS) की व्यवस्था और प्रयोगशाला स्तर पर स्पिरुलिना से हमारा प्रोटीन निष्कर्षण
स्रोत: Vernes et al. 2019
शोध के परिणाम दर्शाते हैं कि प्रोटीन उपज के लिए अनुकूलित अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण परिस्थितियों में थोड़ा बढ़ा हुआ तापमान और दाब शामिल होते हैं (जिसे मैनोथर्मोसोनिकेशन MTS कहा जाता है)। MTS द्रव्यमान अंतरण को बढ़ावा देता है और अल्ट्रासाउंड के बिना पारंपरिक प्रक्रिया (8.63 ± 1.15 g/100 g शुष्क भार) की तुलना में 229% अधिक प्रोटीन (28.42 ± 1.15 g/100 g शुष्क भार) प्राप्त करना संभव बनाता है।
अर्क में प्रति 100 g शुष्क स्पिरुलिना बायोमास से 28.42 g प्रोटीन प्राप्त होने के साथ, एक सतत सोनिकेशन प्रक्रिया में केवल 6 मिनट में 50% की प्रोटीन पुनर्प्राप्ति दर हासिल हुई। सूक्ष्मदर्शी इमेजिंग से पता चलता है कि ध्वनिक कैविटेशन स्पिरुलिना के तंतुओं को खंडन, सोनोपोरेशन और बनावट के विघटन जैसे विभिन्न तंत्रों से प्रभावित करता है। ये विभिन्न प्रभाव स्पिरुलिना के जैवसक्रिय यौगिकों के निष्कर्षण, मुक्त होने और विलेयीकरण को अधिक आसान तथा प्रभावी बनाते हैं, जिससे उच्च गुणवत्ता वाले प्रोटीन की उच्च उपज प्राप्त होती है।
अल्ट्रासोनिक रूप से निकाले गए प्रोटीनों की गुणवत्ता के संबंध में, अल्ट्रासाउंड उपचार से अमीनो अम्लों का अपघटन नहीं हुआ; साथ ही, पारंपरिक निष्कर्षण की तुलना में सोनिकेशन के मामले में वे अधिक मात्रा में मौजूद होते हैं।
जब मैनोथर्मोसोनिकेशन की तुलना बढ़े हुए दाब और तापमान के बिना अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण से की जाती है, तो निष्कर्षण उपज और दक्षता में अंतर बहुत मामूली ही होता है। इसलिए, केवल अल्ट्रासाउंड को स्पिरुलिना प्रोटीन से भरपूर उच्च गुणवत्ता वाला अर्क तैयार करने की सबसे किफ़ायती और सबसे आसान तकनीक माना जाता है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण एक हरित, पर्यावरण-अनुकूल निष्कर्षण तकनीक है, जो प्रयोगशाला स्तर पर स्पिरुलिना से प्रोटीन निष्कर्षण के लिए उपयुक्त है और जिसे आसानी से पायलट तथा औद्योगिक स्तर तक बढ़ाया जा सकता है। (देखें Vernès et al. 2019)
UP400St 8L बैच में शैवाल के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के लिए
उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक निष्कर्षक
छोटे पैमाने पर प्राप्त सभी निष्कर्षण परिणामों को रैखिक रूप से बड़ी उत्पादन क्षमताओं तक बढ़ाया जा सकता है। प्रयोगशाला से लेकर औद्योगिक निष्कर्षण प्रणालियों तक फैले Hielscher Ultrasonics के विस्तृत उत्पाद पोर्टफोलियो में आपकी परिकल्पित प्रक्रिया क्षमता के लिए सबसे उपयुक्त अल्ट्रासोनिकेटर उपलब्ध है। हमारे लंबे अनुभव वाले कर्मचारी व्यवहार्यता परीक्षणों और प्रक्रिया अनुकूलन से लेकर अंतिम उत्पादन स्तर पर आपकी अल्ट्रासोनिक प्रणाली की स्थापना तक आपकी सहायता करेंगे।
Hielscher Ultrasonics – परिष्कृत निष्कर्षण उपकरण
Hielscher Ultrasonics का उत्पाद पोर्टफोलियो छोटे से लेकर बड़े पैमाने तक के उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक निष्कर्षकों की पूरी श्रृंखला को समाहित करता है। अतिरिक्त सहायक उपकरण आपकी प्रक्रिया के लिए सबसे उपयुक्त अल्ट्रासोनिक उपकरण विन्यास को आसानी से संयोजित करने की सुविधा देते हैं। इष्टतम अल्ट्रासोनिक व्यवस्था परिकल्पित क्षमता, आयतन, कच्चे माल, बैच या इनलाइन प्रक्रिया और समयसीमा पर निर्भर करती है। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की मजबूती भारी कार्यभार और कठिन परिस्थितियों में 24/7 संचालन की अनुमति देती है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण प्रक्रियाओं की रैखिक मापनीयता उत्पादन में सरल और विश्वसनीय वृद्धि संभव बनाती है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण प्रक्रियाओं के पैमाने में रैखिक वृद्धि के बारे में और पढ़ें!
विभिन्न सहायक उपकरणों में से चुनें, जैसे:
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- 200µm और उससे अधिक के उच्च आयाम के लिए सोनोट्रोड
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- आयाम प्रवर्धन बढ़ाने या घटाने के लिए अनेक बूस्टर हॉर्न
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- प्लग से जोड़े जा सकने वाले तापमान सेंसर
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नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | अधिक | इन उपकरणों का समूह: UIP16000 |
हमसे संपर्क करें! / हमसे पूछें!
उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र – प्रयोगशाला से पायलट और औद्योगिक स्तर तक।
साहित्य / संदर्भ
- 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.
जानने योग्य तथ्य
Spirulina क्या है?
Spirulina एक प्रोकैरियोटिक जीवाणु है, जो कैरोटिनॉइड, क्लोरोफिल और फाइकोसायनिन जैसे वर्णकों से समृद्ध है। कैरोटिनॉइड (जैसे, β-कैरोटीन, एक नारंगी-पीला वर्णक), क्लोरोफिल और फाइकोसायनिन क्रमशः शुष्क भार के 0.4, 1.0 और 14% की मात्रा में पाए जा सकते हैं। फाइकोसायनिन एक नीला-हरा प्रोटीन है, जिसे बिलिप्रोटीन कहा जाता है और जो सायनोबैक्टीरिया की कोशिकाद्रव्य झिल्ली में स्थित प्रकाश-संश्लेषी पटलिकाओं में पाया जाता है।
इसका उपयोग खाद्य योजक और खाद्य रंग, पोषण पूरक तथा प्रतिरक्षा-निदान संबंधी अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।
शैवाल प्रसंस्करण में सोनिकेशन का उपयोग कैसे किया जाता है?
अल्ट्रासोनिकेशन अवसादन को बढ़ावा देकर शैवाल के संग्रहण को आसान बनाता है। शैवाल बायोमास का सोनिकेशन करने से शैवाल कोशिका के भीतर की गैस रिक्तिकाएँ विघटित होकर खाली हो जाती हैं, जो शैवाल के तैरने में सहायक होती हैं। रिक्तिकाओं से गैस निकल जाने पर शैवाल कोशिकाएँ तल पर बैठ जाती हैं, जिससे शैवाल बायोमास को सांद्रित करना और अलग करना आसान हो जाता है। अल्ट्रासोनिक शैवाल संग्रहण के बारे में और पढ़ें!
प्रक्रिया के अगले चरण में, शैवाल से पोषक तत्वों और जैवसक्रिय यौगिकों के निष्कर्षण के लिए सोनिकेशन एक स्थापित और अत्यधिक दक्ष तकनीक है। अल्ट्रासोनिक शैवाल निष्कर्षण के बारे में और पढ़ें!