Ultrazvučna ekstrakcija pigmenata spiruline
Dokazano je da je ultrazvučna ekstrakcija vrlo učinkovita za izdvajanje ekstrakata mikroalgi vrhunske kvalitete. Pigmenti spiruline, poput fikocijanina, poznati su kao superhrana koja doprinosi zdravstvenim dobrobitima zahvaljujući visokom sadržaju antioksidansa, vitamina i proteina. Za proizvodnju visoko koncentriranih dodataka prehrani, poput prašaka i tableta, plavi se pigmenti moraju ekstrahirati iz algi spiruline.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) i Arthrospira maxima (A. maxima) poznate su pod nazivom spirulina. Spiruline su modrozelene alge bogate aminokiselinama i antioksidansima. Zbog visokog sadržaja hranjivih tvari poput proteina, enzima, minerala i vitamina A, K, B12, željeza i mangana, svrstavaju se u superhranu. Rod algi Arthrospira ima osobito visok sadržaj proteina. Njegov sadržaj proteina iznosi od 53 do 68% suhe mase i pruža puni spektar svih esencijalnih aminokiselina. Nadalje, Arthrospira sadrži velike količine višestruko nezasićenih masnih kiselina (PUFA), koje čine približno 1,5 do 2% ukupnog sadržaja lipida od 5 do 6%. Te višestruko nezasićene masne kiseline uključuju γ-linolensku kiselinu (GLA), esencijalnu omega-6 masnu kiselinu. Ostali bioaktivni spojevi roda Arthrospira uključuju vitamine, minerale i fotosintetske pigmente.
Napomena: Znanstveno ispravni nazivi za Spirulina platensis (S. platensis) i Spirulina maxima (S. maxima) jesu Arthrospira platensis (A. platensis) i Arthrospira maxima (A. maxima). Obje su vrste nekada bile svrstane u rod Spirulina te su i danas kolokvijalno poznate pod nazivom spirulina. Iako je uvođenje dvaju zasebnih rodova, Arthrospira i Spirulina, danas općenito prihvaćeno, naziv spirulina često se upotrebljava kao krovni pojam.
Ultrazvučna ekstrakcija spiruline
Ultrazvučni uređaji za razaranje stanica (koji se nazivaju i ultrazvučnim ekstraktorima) dobro su poznati po svojoj sposobnosti otvaranja stanica radi oslobađanja unutarstaničnog materijala. Kada se intenzivni ultrazvučni valovi prenesu u tekućine, javlja se pojava akustične kavitacije. Kavitacijske sile razaraju stanične stijenke i pospješuju prijenos tvari, tako da se ciljni bioaktivni spojevi prenose iz stanice u tekućinu.
Ultrazvučna ekstrakcija iz stanica: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tijekom ultrazvučne ekstrakcije iz stanica (povećanje 2000x) [izvor: Vilkhu i sur. 2011]
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije
- Visok prinos
- Vrhunska kvaliteta ekstrakta
- Brza ekstrakcija
- Blag, netoplinski postupak
- Različita otapala
- Sigurnost
- Jednostavno rukovanje
- Linearno povećanje mjerila
- Mala potreba za održavanjem
- Brz povrat ulaganja
Protokol ekstrakcije
Prabuthas i sur. (2011) razvili su sljedeći protokol ekstrakcije radi dobivanja visokokvalitetnog ekstrakta fikocijanina: ekstrakcija fikocijanina procijenjena je s obzirom na koncentraciju fikocijanina uz upotrebu destilirane vode i 1% otopine CaCl2. Morska alga spirulina upotrebljava se u osušenom obliku jer bakterije odmah počinju iskorištavati vlažnu biomasu, koja se zbog svojeg hranjivog sastava počinje razgrađivati. Stoga se radi izbjegavanja tih problema preporučuje upotreba osušene biomase algi. Ekstrakcija je provedena miješanjem 0,1g osušene biomase s određenom količinom otapala, a trajanje i amplituda sonikacije određeni su prema planu pokusa. Suspenzije uzoraka sonicirane su ultrazvučnim uređajem za razaranje stanica Hielscher UP50H, nakon čega su centrifugirane 15 min pri 13.500rpm u hlađenoj centrifugi. Ispitivan je sadržaj fikocijanina i proteina tijekom ekstrakcije različitim otapalima, odnosno kalcijevim kloridom i destiliranom vodom.
Najveća količina fikocijanina, 0,3116mg/ml, dobivena je u otopini kalcijeva klorida, a zatim 0,299mg/ml u destiliranoj vodi. Najveća količina proteina, 63,63%, dobivena je upotrebom destilirane vode kao otapala, a 54,69% u otopini kalcijeva klorida. Stoga je utvrđeno da je otopina CaCl2 najbolje otapalo za ekstrakciju fikocijanina potpomognutu ultrazvukom.
Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi za ekstrakciju spiruline
Hielscher je vaš partner s dugogodišnjim iskustvom u snažnoj i pouzdanoj ultrazvučnoj ekstrakciji bioaktivnih tvari iz biljne i druge fitobiomase. Svi ultrazvučni ekstraktori mogu raditi 24/7 i prikladni su za komercijalnu proizvodnju ekstrakata za prehranu. Naš asortiman proizvoda obuhvaća puni raspon od manjih ručnih uređaja za razaranje biološkog materijala do ultrazvučnih uređaja za pilotno mjerilo i industrijskih ultrazvučnih sustava. Različiti dodaci, poput različitih sonotroda i reaktora s protočnim ćelijama, omogućuju optimalnu prilagodbu zahtjevima vašeg procesa. Svi Hielscher ultrazvučni procesori robusni su, jednostavni za rukovanje i osmišljeni za praktičnu upotrebu. Naši digitalno upravljani ultrazvučni uređaji dolaze s ugrađenom SD karticom za automatsko bilježenje podataka o sonikaciji.
Tablica u nastavku daje okvirni prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
- Dugogodišnje iskustvo u sonikaciji
- Visoka kvaliteta
- Robusnost
- Rad 24/7
- Zaštita od rada na suho
- Linearna skalabilnost
- Izvrsna korisnička podrška
- Mala potreba za održavanjem
- Usluga obuke i instalacije
- Tehnički centar
- Razvoj procesa
- Prilagođena ultrazvučna oprema
Naše dobro obučeno osoblje osigurava visoku razinu korisničke podrške i stručno savjetovanje.
Obratite nam se već danas! Rado ćemo vam preporučiti najprikladniji ultrazvučni ekstraktor za vašu primjenu.
Ultrazvučni ekstraktori velike snage za laboratorijsko, pilotno i industrijsko mjerilo.
Literatura/izvori
- 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. - Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): An efficient extraction of phycocyanin by ultrasonication and separation using ‘sugaring out’. Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
- Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Standardization of rapid and economical method for neutraceuticals extraction from algae. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, May 2011.
Činjenice koje vrijedi znati
Spirulina
Spirulina je vrsta cijanobakterija (poznatih i kao cijanofiti), koje su koljeno bakterija koje energiju dobivaju fotosintezom. One su jedini fotosintetski prokarioti koji mogu proizvoditi kisik. Naziv cijanobakterije potječe od boje tih bakterija (grčki: κυανός, transliteracija: kyanós, doslovno: plav). Zbog svoje boje nazivaju se i modrozelenim algama, iako se pojam alge u suvremenoj upotrebi odnosi isključivo na eukariote. Spirulina platensis (S. platensis) višefilamentna je prokariotska cijanobakterija koja se lako može uzgajati kao monokultura u otvorenim bazenima ili zatvorenim bioreaktorima. C-fikocijanin (C-PC) glavni je fikobiliprotein u spirulini.
Ekstrakti spiruline
Spirulina je popularan dodatak prehrani dobiven iz biomase morskih cijanobakterija (modrozelenih algi). Dvije vrste spiruline koje se upotrebljavaju za pripremu veganskih proteinskih i pigmentnih dodataka prehrani jesu Arthrospira platensis i Arthrospira maxima. Ekstrakt koji se oslobađa iz tih mikroalgi bogat je antioksidansima, aminokiselinama i vitaminima. Stoga se plavi ekstrakt u prahu dodaje sokovima, smoothiejima, shakeovima i napitcima te im daje prekrasnu intenzivnu plavu boju. Alternativno, ekstrakt spiruline može se konzumirati u obliku tableta.
Fikocijanin, alofikocijanin i fikoeritrin kompleksi su pigmenata i proteina iz porodice fikobiliproteina koji prikupljaju svjetlost, poznati po intenzivnoj svijetloplavoj boji. Fikocijanin je pomoćni pigment uz klorofil. Budući da su svi fikobiliproteini topljivi u vodi, ne nalaze se unutar membrane, nego su kao agregati (takozvani fikobilisomi) vezani za staničnu membranu.
Ultrazvučna ekstrakcija i razaranje stanica
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) upotrebljava se za oslobađanje i izdvajanje bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala i tkiva.
U postupcima ultrazvučne ekstrakcije intenzivni ultrazvučni valovi prenose se u medij u kojem stvaraju izmjenično sabijanje i širenje. Tijekom ciklusa sabijanja / širenja stvaraju se vakuumski mjehurići koji rastu tijekom nekoliko ciklusa sve dok više ne mogu apsorbirati energiju, nakon čega silovito implodiraju. Implozija mjehurića stvara visokoenergetsko stanje s lokalnim temperaturama do 5000K, razlikama tlaka od 1000atm, brzinama zagrijavanja i hlađenja iznad 1010 K/s te mlazovima tekućine brzine 280m/s. Ta je pojava poznata kao akustična kavitacija.
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnoj kavitaciji i njezinim hidrodinamičkim smičnim silama