Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina za veće prinose
- Astaksantin je vrlo snažan antioksidans koji se koristi u farmaceutskim proizvodima i dodacima prehrani.
- Kako bi se proizveo visokokvalitetni astaksantin iz prirodnih izvora kao što su alge, potrebna je visokoučinkovita tehnika ekstrakcije.
- Ultrazvučna ekstrakcija je mehanički tretman, koji daje visoke prinose astaksantina u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije.
Visokoučinkoviti sonikatori za visokokvalitetne ekstrakte astaksantina
Ultrazvučna ekstrakcija je tehnika ekstrakcije visokih performansi koja koristi intenzivne ultrazvučne valove za ekstrakciju astaksantina iz prirodnih izvora, kao što su mikroalge, kril ili rakovi. Astaksantin je prirodni karotenoidni pigment poznat po svojim snažnim antioksidativnim svojstvima i raznim zdravstvenim prednostima. Obično se koristi kao dodatak prehrani i bojilo za hranu. Saznajte kako sonikacija pomaže poboljšati vaš proces ekstrakcije astaksantina!
MultiSonoReactor za poboljšanu ekstrakciju astaksantina pomoću ultrazvuka velike snage
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina iz mikroalgi
Astaksantin za dodatke prehrani, koje konzumiraju ljudi i životinje radi dobrobiti za zdravlje, astaksantin se dobiva iz plodova mora ili se ekstrahira iz alge H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelena mikroalga, koja proizvodi visok sadržaj astaksantina kada se primjenjuju stresni uvjeti, npr. visoki salinitet, nedostatak dušika, visoka temperatura i svjetlost. S do 9,2 mg/g astaksantina po stanici alge (= do 3,8% na suhu težinu H. pluvialis), Haematococcus pluvialis nakuplja vrlo visok sadržaj prirodnog astaksantina i stoga je preferirani organizam za proizvodnju astaksantina.
Kako bi se oslobodio astaksantin iz zelenih mikroalgi, stanice algi moraju biti poremećene. Ultrasonication je dobro uspostavljen u svrhu prekidanja stanica, lize i izolacije bioaktivnih spojeva kao što su lipidi, antioksidansi, polifenoli i prirodni pigmenti. Ultrazvuk visokih performansi stvara čisto mehaničke sile koje razbijaju stanične stijenke silama smicanja i uzrokuju oslobađanje bioaktivnih tvari kao što je astaksantin.
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina iz kvasca
Phaffia rhodozyma je kvasac bogat astaksantinom. Međutim, debela stanična stijenka P. rhodozyma, koja se uglavnom sastoji od glukana i odgovorna je za krutost stanice, čini razbijanje stanica i izolaciju astaksantina zahtjevnim zadatkom. Istraživači (Gogate et al. 2015.) otkrili su da ultrazvučna ekstrakcija u kombinaciji s mliječnom kiselinom pojačava ometanje stanica i čini ekstrakciju astaksantina iz P. rhodozyma ekološki prihvatljivijim procesom. Koristili su mliječnu kiselinu kao medij za razbijanje i etanol kao otapalo za ekstrakciju. Maksimalni prinos astaksantina (90%) dobiven je pristupom ekstrakcije potpomognutim ultrazvukom koji se temelji na upotrebi 3 M mliječne kiseline, vrijeme prekida od 15 minuta. Snažni ultrazvučni ekstraktori kao što je UIP4000hd (4kW, vidi sliku lijevo) u kombinaciji s protočnim reaktorom pod tlakom omogućuju stvaranje vrlo intenzivne kavitacije. Kavitacijske sile smicanja ometaju stanične stijenke kvasca i potiču prijenos mase između unutrašnjosti stanice i otapala.
- Vrhunski prinos
- Ekstrakcija velikom brzinom – kroz nekoliko minuta
- Ekstrakti visoke kvalitete – Blaga, ne termalna
- Zelena otapala (npr. voda/etanol)
- Isplativ
- Jednostavan i siguran rad
- Niski investicijski i operativni troškovi
- Rad 24/7 pod teškim uvjetima
- Zelena, ekološki prihvatljiva metoda
Ultrazvučna ekstrakcija astaksantina – u šaržnom ili kontinuiranom načinu protoka
Astaksantin je lipofilni spoj i može se otopiti u otapalima (npr. 48,0% etanol u etil acetatu) i uljima (npr. sojino ulje).
serija: Procesi ultrazvučne ekstrakcije mogu se izvoditi kao jednostavni šaržni procesi ili kao inline obrada, gdje se medij kontinuirano dovodi kroz ultrazvučni protočni reaktor.
Serijska obrada je jednostavan postupak, gdje se ekstrakcija izvodi lot po lot. Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučne procesore za male do velike serije, tj. 1L do 120L.
Za obradu serija od 5 do 10L, preporučujemo UP400St sa sonotrodom S24d22L2D (vidi sliku lijevo).
Za obradu serija od cca. 120L, preporučujemo Sonikator UIP2000hdT sa sonotrodom RS4d40L4.
Protočno: Za veće količine i potpunu komercijalnu ekstrakciju, kontinuirani tok tekućine dovodi se kroz ultrazvučni reaktor, gdje se otapalo/botanička suspenzija intenzivno sonificira.
Za volumen od cca. 8L/min., preporučujemo UIP4000hdT sa sonotrodom RS4d40L3 i protočnom ćelijom pod pritiskom FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) za ekstrakciju velikih serija
Ultrazvučni uređaji visokih performansi za ekstrakciju
Hielscher Ultrasonics je specijaliziran za proizvodnju visokoučinkovitih sonikatora za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz biljaka, kvasaca i stanica. Široki portfelj proizvoda tvrtke Hielscher Ultrasonics kreće se od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i potpuno industrijskih sustava, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za učinkovitu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih komponenti kao što su astaksantin, kvercetin, kofein, kurkumin, terpeni itd. Svi digitalni sonikatori od 200 W do 16 000 W imaju intuitivan izbornik s programibilnim postavkama, zaslon u boji osjetljiv na dodir za ugodan rad, integriranu SD karticu za automatsko snimanje podataka, daljinsko upravljanje preglednikom i mnoge druge značajke jednostavne za korištenje. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste. Svi naši ultrazvučni uređaji napravljeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja i jednostavni su i sigurni za rukovanje.
Digitalni zaslon u boji omogućuje jednostavnu kontrolu ultrazvučne opreme. Naši sustavi su sposobni isporučivati od niskih do vrlo visokih amplituda. Za ekstrakciju kemijskih spojeva kao što je astaksantin, nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (poznate i kao ultrazvučne sonde ili rogovi) koje su optimizirane za osjetljivu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih tvari. Hielscher nudi posebne sonotrode za visoke amplitude u kombinaciji s protočnim ćelijama pod pritiskom koje mogu generirati ekstremne kavitacijske sile smicanja, koje ometaju čak i vrlo čvrste stanice kvasca. Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola parametara ultrazvučnog procesa osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa. Hielscher industrijski automatizirani ultrazvučni sustavi za ekstrakciju dizajnirani su za visoke proizvodne kapacitete ekstrakata vrhunske kvalitete, dok u isto vrijeme smanjuju rad, troškove i energiju.
Kontaktirajte nas!? Pitajte nas!
Literatura/Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
sono-vađenje
Ultrazvučna ekstrakcija ili sono-ekstrakcija temelji se na principu akustične kavitacije.
Kada se intenzivni ultrazvučni valovi primijene na tekuće sustave, dolazi do akustične kavitacije, što je fenomen stvaranja, rasta i konačnog kolapsa vakuumskih mjehurića (vidi sliku dolje). Tijekom širenja ultrazvučnih valova, vakuumski mjehurići osciliraju i rastu sve dok ne dosegnu točku kada ne mogu apsorbirati više energije. Na vrhuncu rasta mjehurića oni se snažno kolabiraju, što uzrokuje lokalne toplinske, mehaničke i kemijske učinke. Mehanički učinci uključuju visoke tlakove do 1000 atm, turbulencije i intenzivne sile smicanja. Te sile ometaju stanične stijenke i potiču prijenos mase između unutrašnjosti stanice i otapala oslobađajući bioaktivne spojeve u okolnu tekućinu (tj. otapalo).
Akustična kavitacija, koju stvara ultrazvuk visokog intenziteta, niske frekvencije, stvara intenzivne sile smicanja i lokalne razlike visokog tlaka i temperature, koje osiguravaju neophodan učinak za ometanje stanica, intenzivno miješanje i prijenos mase. Ove ultrazvučne sile smicanja uspješno se primjenjuju za ekstrakciju kanabisa.
Ultrazvučna ekstrakcija spojeva iz biljaka i staničnih tkiva dobro je istražena. Primjena visoko intenzivnih ultrazvučnih valova značajno potiče procese ekstrakcije. Osim intenzifikacije procesa – što rezultira većim prinosima i kraćim vremenom ekstrakcije – spriječena je toplinska degradacija i gubitak sastojaka osjetljivih na temperaturu budući da je sonikacija netermalna obrada. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija ima niske investicijske i operativne troškove, smanjuje upotrebu otapala i/ili omogućuje korištenje ekološki prihvatljivijih otapala, što je čini ekonomičnom i ekološki prihvatljivom tehnikom ekstrakcije. Nadmašujući konvencionalne metode ekstrakcije, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) usvojena je iz prehrambene industrije za proizvodnju bioaktivnih spojeva s ekonomskom dobiti.
Snažni ultrazvučni valovi remete stanični matriks bioloških struktura i oslobađaju bioaktivne spojeve. Intenzivira se prijenos mase između biljnog materijala i otapala. Zbog ovih mehanizama, ultrazvučna ekstrakcija je vrlo učinkovita za ekstrakciju kanabisa.
astaksantin
Astaksantin se odlikuje dubokom crvenom bojom. To je pigment topljiv u mastima koji se nalazi u algama (npr. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvascima (npr. Phaffia rhodozyma), lososu, pastrvi, krilu, škampima i rakovima. Astaksantin se smatra super-antioksidansom jer je njegova antioksidativna moć deset do dvadeset puta jača od mnogih drugih karotenoida, kao što su beta-karoten, lutein i zeaksantin, i stotinu puta jača od alfa-tokoferola (vitamina E). .
Astaksantin (3,3′-dihidroksi-β, β′-karoten-4,4′-dion) je keto-karotenoid i pripada široj klasi kemijskih spojeva poznatih kao terpeni (kao tetraterpenoid), koji se sastoje od pet prekursora ugljika, izopentenil difosfat i dimetilalil difosfat. Astaksantin je klasificiran kao vrsta karotenoidnih spojeva s komponentama koje sadrže kisik, naime hidroksil (-OH) ili keton (C=O), kao što su zeaksantin i kantaksantin. Astaksantin je metabolit zeaksantina i/ili kantaksantina, koji sadrži i hidroksilne i ketonske funkcionalne skupine. Kao i mnogi karotenoidi, astaksantin je pigment topljiv u lipidima i razlikuje se po svojoj crvenoj boji. Karotenoidi, uključujući astaksantin, dobro su poznati po svom antioksidativnom kapacitetu.
Astaksantin je crveni pigment i prirodno potječe iz mikroalgi kišnice (Haematococcus pluvialis) i kvasca zvanog Xanthophyllomyces dendrorhous (također poznatog kao Phaffia rhodozyma). Alge su podvrgnute stresu zbog jednog ili kombinacije uvjeta u rasponu od nedostatka hranjivih tvari, povećane slanosti i pretjeranog sunčevog zračenja kako bi stvorile astaksantin. Vrste koje konzumiraju te ugrožene slatkovodne mikroalge, kao što su losos, crvena pastrva, crvena morska orada, flamingo, rakovi (npr. škampi, kril, rakovi, jastozi, rakovi), odražavaju pigmentaciju crveno-narančastih nijansi u svom izgledu.
Kao dodatak, astaksantin se daje zbog njegovih učinaka koji promiču zdravlje i liječe bolesti. Astaksantin je dobro uspostavljen nutraceutik koji se primjenjuje za poboljšanje stanja kože (npr. smanjenje bora, oštećenja izazvanih opeklinama od sunca itd.).
Furthermore, astaxanthin gets increasing attention for its use to treat Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, cardio-vascular deaseses, high cholesterol, liver diseases, age-related macular degeneration, and preventing cancer.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.