Ultrahangos alga extrakció táplálékkiegészítőkhöz

Az ultrahangos extrakció a kiváló módszer az algasejtek hatékony és gyors megzavarására. A szonikálás felszabadíthatja a bioaktív vegyületek teljes mennyiségét, ami az ultrahangos technikát rendkívül hatékonnyá teszi.

Hogyan lehet kivonni a fehérjéket, lipidek és fenolok az algákból ultrahanggal

Az alga- és mikroalgafajok gazdagok biológiailag aktív vegyületekben, például fehérjékben, lipidekben, karotinoidokban, pigmentekben (pl. fikocianinok, asztaxantin stb.), fenolokban és poliszacharidokban (pl. karragének). Ez széles körben használt természetes anyaggá teszi őket élelmiszerek és étrend-kiegészítők kivonatainak előállításához. A táplálékkiegészítőkhöz általánosan használt algafajok az Arthrospira maxima és (más néven spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis és Ulva spp. Az algákról ismert, hogy jó forrásai a kiváló minőségű fehérjéknek, lipideknek, hosszú láncú PUFA-knak (azaz omega-3), poliszacharidoknak (pl. alginát, karragén, β-glükánok), vitaminoknak és antioxidánsoknak.
A spirulina egy általánosan használt algafajta, amely gazdag nagy értékű bioaktív vegyületekben, például fehérjékben (50–70% száraz tömeggel). Mivel a Spirulinát az FDA (Food Drug Administration of the United States) GRAS (általánosan elismert biztonságos) néven hagyta jóvá, a spirulina és a spirulina kivonatok kereskedelmi forgalomban lévő élelmiszerekben vagy étrend-kiegészítőkként használhatók.

Az ultrahangos algák extrakciójának előnyei

Az ultrahangos extrakció kiemelkedik alternatív extrakciós módszerek sokrétű pontokon, mint például a magas hozam, megbízhatóság, biztonság, egyszerűség, és környezetbarát.

Teljes extrakciós hozam

A nagy teljesítményű ultrahangos készülékek megtörik az algasejteket, és megzavarják őket, hogy az intracelluláris anyag felszabaduljon. Az ultrahangos extrakció ezáltal felszabadítja a bioaktív vegyületek teljes spektrumát, mint például a fikobiliproteinek, karotinoidok és lipidek és fenolok.
A fikobiliproteinek három fő csoportra oszthatók, nevezetesen klór-fikocianinokra, allofikocianinokra és fikoeritrinekre. A C-phycocyanin egy természetes kék pigment, amelyet széles körben használnak élelmiszerekben és gyógyszerészeti termékekben. Az ultrahangos extrakció felszabadítja a fehérjék teljes spektrumát.

Nagy extrakciós hatékonyság

Duangsee et al. (2009) két különböző módszert tesztelt az Arthospira biomasszából származó bioaktív vegyületek extrakciójára (ultrahanggal segített oldószeres extrakció és extrakció ismételt fagyasztással és felolvasztással), és megállapította, hogy az ultrahangos oldószeres extrakció nagyobb extrakciós hatékonyságot eredményezett (22.1%), mint a fagyasztás és felolvasztás (15.6%). A sejtrepedés összehasonlítása az ultrahangos kezelés és az ismételt fagyasztás és felolvasztás között azt mutatja, hogy az ultrahangos kezelés hatékonyabb. Az ultrahangos kavitáció gyorsan és hatékonyan megzavarja az algasejteket, ami nagyobb sejtzavart eredményez, mint az ismételt fagyasztással és felolvasztással kezelt spirulina sejtek.
A szonikálás hatékonyabb volt a sejtboríték megszakításában, mint az ismételt fagyasztás és felolvasztás. A fikocianin extrakciós hozama azt mutatta, hogy a feldolgozási hőmérséklet befolyásolta az extrakció hatékonyságát.

Gyors extrakciós folyamat

A nagy teljesítményű ultrahangos rendszerek nagy amplitúdókon keresztül nagy ultrahangteljesítményt alkalmazhatnak az algák szuszpenziójába. Ez teszi az ultrahangos extrakciót nagyon gyors feldolgozási módszerré.

hőmérséklet-szabályozás

Az ultrahangos kezelés nem termikus, tisztán mechanikus extrakciós technika. Az extrakciós hőmérséklet pontosan szabályozható egy dugaszolható hőmérséklet-érzékelővel, amely a digitális Hielscher ultrasonicatorhoz van kötve. A Hielscher digitális ultrahangos készülékeinek szoftvere lehetővé teszi a hőmérsékleti határértékek beállítását, így az ultrahangos homogenizátor szünetel, amikor eléri a hőmérsékleti határértéket. A pontos hőmérséklet-szabályozás lehetővé teszi a hőérzékeny anyagok, például fikobiliproteinek, vitaminok, polifenolok, poliszacharidok, lipidek és más bioaktív vegyületek termikus lebomlásának megakadályozását.

Kompatibilis a különböző oldószerekkel

Az ultrahangos kezelés szinte bármilyen oldószerrel kompatibilis. Az ultrahangos extrakció zöld oldószerekkel, például vízzel vagy etanollal kombinálva tiszta kivonatokat eredményez. Ezek az ultrahangos kivonatok biztonságosan beépíthetők az élelmiszerekbe, mivel az extrakciós oldószerek, az etanol és a víz GRAS (általánosan elismert biztonságos) státusszal rendelkeznek.

Reprodukálhatóság és folyamatszabványosítás

A Hielscher digitális ultrahangos készülékei intelligens szoftverrel és kidolgozott beállításokkal rendelkeznek az ideális extrakciós paraméterekhez. A szoftver protokollja az összes ultrahangos folyamatparamétert (pl. Amplitúdó, nettó teljesítmény, teljes teljesítmény, hőmérséklet, nyomás, idő, dátum), és írja az ultrahangos adatokat egy CSV fájlba a beépített SD-kártyán. Ez lehetővé teszi az extrakciós folyamat szabványosítását és az ultrahangos kezelés és a minőségi kimenet szoros figyelemmel kísérését. Ezek a funkciók segítenek megfelelni a folyamatmeghatározási követelményeknek, valamint a helyes gyártási gyakorlatnak (GMP), amelyek egyaránt rendkívül fontosak, amikor a kivonatokat kiegészítőkhöz, élelmiszerekhez vagy gyógyszeripari termékekhez állítják elő.

Ultrahangos fikocianin extrakciós protokoll

Mazumder et al. (2017) megvizsgálta az Arthospira platensisből származó fikocianin és fenolok ultrahangos extrakciójának optimális feldolgozási paramétereit. A fikocianin (29,9 mg / g) és az összes fenolok (2,4 mg / g) maximális hozamát 40% etanol-koncentrációval, 34,9 ° C-os extrakciós hőmérsékleten kaptuk meg az ultrahangos készülékkel UP50H (50 watt, 30kHz) 95% amplitúdóval 104,7 másodperces extrakciós időre.

Vernès et al. (2019) UIP1000hdT (1000W, 20kHz) ultrahangos készüléket használt fehérjék kivonására a spirulinából. Az ultrahangos készüléket BS2d34 sonotroddal és ultrahangos áramlási reaktorral szerelték fel (lásd az alábbi képet a pontos ultrahangos extrakciós beállításhoz áramlási cellával és Seepex szivattyúval).

UIP1000hdt – Manothermosonication (MTS) beállítás és fehérje extrakció spirulinából laboratóriumi méretekben
forrás: Vernes et al. 2019

A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a fehérjehozamra optimalizált ultrahangos extrakciós körülmények enyhén emelkedett hőmérsékletet és nyomást (úgynevezett manothermosonication MTS). Az MTS elősegíti a tömegátadást, és lehetővé teszi, hogy 229% -kal több fehérjét kapjon (28,42 ± 1,15 g / 100 g száraz tömeg), mint az ultrahang nélküli hagyományos eljárás (8,63 ± 1,15 g / 100 g száraz tömeg).
A kivonatban lévő 100 g száraz spirulina biomasszára vonatkoztatott 28,42 g fehérjével 50% -os fehérje-visszanyerési arányt értek el mindössze 6 perc alatt folyamatos ultrahangos eljárásban. A mikroszkópos képalkotás azt mutatja, hogy az akusztikus kavitáció különböző mechanizmusokkal, például töredezettséggel, szonoporációval, detexturációval befolyásolja a spirulina szálakat. Ezek a különböző hatások megkönnyítik és hatékonyabbá teszik a spirulina bioaktív vegyületek extrakcióját, felszabadulását és oldódását, ami magas minőségű fehérjehozamot eredményez.
Ami az ultrahanggal extrahált fehérjék minőségét illeti, az aminosavakat ultrahangkezeléssel nem bontották le, de ultrahangos kezelés esetén nagyobb mennyiségben vannak jelen, mint a hagyományos extrakció.
Ha összehasonlítjuk a manothermosonication és az ultrahangos extrakció magas nyomás és hőmérséklet nélkül, az extrakciós hozam és a hatékonyság különbsége csak minimális. Ezért az ultrahang önmagában a leggazdaságosabb és legegyszerűbb technika a spirulina fehérjékben gazdag, kiváló minőségű kivonat előállítására. Az ultrahangos extrakció egy zöld, környezetbarát extrakciós technika, amely alkalmas fehérje extrakcióra a spirulinából laboratóriumi méretekben, amely könnyen méretezhető kísérleti és ipari méretekben. (vö. Vernès et al. 2019)

Nagy teljesítményű ultrahangos elszívók

A kis léptékben elért összes kitermelési eredmény lineárisan skálázható nagyobb termelési kapacitásokra. A Hielscher Ultrasonics nagy termékportfóliója a laboratóriumtól az ipari extrakciós rendszerekig a legmegfelelőbb ultrahangos készüléket kínálja a tervezett folyamatkapacitáshoz. Hosszú ideje tapasztalt munkatársaink segítenek Önnek a megvalósíthatósági tesztektől és a folyamat optimalizálásától az ultrahangos rendszer végső gyártási szinten történő telepítéséig.

Hielscher Ultrasonics – Kifinomult elszívó berendezések

A Hielscher Ultrasonics termékportfóliója lefedi a nagy teljesítményű ultrahangos elszívók teljes skáláját a kis- és nagyméretekben. A kiegészítő tartozékok lehetővé teszik a folyamathoz legmegfelelőbb ultrahangos készülékkonfiguráció egyszerű összeszerelését. Az optimális ultrahangos beállítás a tervezett kapacitástól, térfogattól, nyersanyagtól, kötegelt vagy inline folyamattól és idővonaltól függ. A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben. Az ultrahangos extrakciós folyamatok lineáris méretezhetősége lehetővé teszi a termelés egyszerű és megbízható növelését. További információ az ultrahangos extrakciós folyamatok lineáris méretarányáról!

Válasszon a különféle kiegészítők közül, például:

• különböző méretű, átmérőjű és formájú sonotrodes
• sonotrodes nagy amplitúdójú 200μm és annál nagyobb
• különböző térfogatú és geometriájú áramlási cellás reaktorok
• számos emlékeztető szarv a nyereség növeléséhez vagy csökkentéséhez
• teljes szonikációs beállítások, mint például a SonoStation, amely magában foglalja az ultrahangos elszívót, tartályt, keverőt és szivattyút
• dugaszolható hőmérséklet-érzékelők
• dugaszolható nyomásérzékelők

Jól képzett, nagy tapasztalattal rendelkező munkatársaink konzultálnak Önnel, és ajánlják Önnek a legmegfelelőbb ultrahangos rendszert az extrakciós folyamat követelményeihez!

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: