Ultrahangos algakivonás étrend-kiegészítőkhöz

Az ultrahangos extrakció az algasejtek hatékony és gyors feltárásának legjobb módszere. Az ultrahangos kezelés a bioaktív vegyületek teljes mennyiségét felszabadíthatja, ami rendkívül hatékonnyá teszi az ultrahangos technikát.

Fehérjék, lipidek és fenolos vegyületek kivonása algákból ultrahanggal

Az alga- és mikroalgafajok gazdagok biológiailag aktív vegyületekben, például fehérjékben, lipidekben, karotinoidokban, pigmentekben (pl. fikocianinokban, asztaxantinban stb.), fenolos vegyületekben és poliszacharidokban (pl. karragénokban). Emiatt széles körben használt természetes alapanyagok élelmiszerekhez és étrend-kiegészítőkhöz készülő kivonatok előállítására. Az étrend-kiegészítőkhöz gyakran használt algafajok az Arthrospira maxima és (más néven spirulina), a Chlorella vulgaris, a Haematococcus pluvialis és az Ulva spp. Az algák köztudottan jó forrásai a kiváló minőségű fehérjéknek, lipideknek, hosszú láncú, többszörösen telítetlen zsírsavaknak (PUFA-k, azaz omega-3), poliszacharidoknak (pl. alginátnak, karragénnak, β-glükánoknak), vitaminoknak és antioxidánsoknak.
A spirulina gyakran használt algatípus, amely gazdag nagy értékű bioaktív vegyületekben, például fehérjékben (a száraz tömeg 50–70%-a). Mivel az FDA (az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala) a spirulinát GRAS-ként (általánosan biztonságosnak elismertként) engedélyezte, a spirulina és a spirulinakivonatok kereskedelmi forgalomban kapható élelmiszerekben vagy étrend-kiegészítőként használhatók.

Az ultrahangos algakivonás előnyei

Az ultrahangos extrakció számos szempontból felülmúlja az alternatív extrakciós módszereket, például a nagy kihozatal, a megbízhatóság, a biztonság, az egyszerűség és a környezetbarát működés tekintetében.

Teljes extrakciós kihozatal

A nagy teljesítményű ultrahangos készülékek felnyitják és feltárják az algasejteket, így felszabadul a sejten belüli anyag. Az ultrahangos extrakció ezáltal felszabadítja a bioaktív vegyületek teljes spektrumát, például a fikobiliproteineket, karotinoidokat, lipideket és fenolos vegyületeket.
A fikobiliproteinek három fő csoportba sorolhatók: kloro-fikocianinok, allofikocianinok és fikoeritrinek. A C-fikocianin természetes kék pigment, amelyet széles körben használnak élelmiszerekben és gyógyszeripari termékekben. Az ultrahangos extrakció a fehérjék teljes spektrumát felszabadítja.

Nagy extrakciós hatékonyság

Duangsee és mtsai. (2009) két különböző extrakciós módszert (ultrahanggal segített oldószeres extrakciót és ismételt fagyasztással és felolvasztással végzett extrakciót) vizsgáltak az Arthospira biomasszából történő bioaktívvegyület-kivonásra, és azt találták, hogy az ultrahangos oldószeres extrakció nagyobb extrakciós hatékonyságot (22,1%) eredményezett, mint a fagyasztás és felolvasztás (15,6%). Az ultrahangos kezelés és az ismételt fagyasztás és felolvasztás sejtroncsoló hatásának összehasonlítása azt mutatja, hogy az ultrahangos kezelés hatékonyabb. Az ultrahangos kavitáció gyorsan és hatékonyan tárja fel az algasejteket, ami az ismételt fagyasztással és felolvasztással kezelt spirulinasejtekhez képest nagyobb mértékű sejtfeltárást eredményez.
Az ultrahangos kezelés hatékonyabban roncsolta a sejtburokot, mint az ismételt fagyasztás és felolvasztás. A fikocianin extrakciós kihozatala azt mutatta, hogy a feldolgozási hőmérséklet befolyásolta az extrakció hatékonyságát.

Gyors extrakciós folyamat

A nagy teljesítményű ultrahangos rendszerek nagy amplitúdók révén nagy ultrahangteljesítményt tudnak bejuttatni az algaszuszpenzióba. Ez az ultrahangos extrakciót rendkívül gyors feldolgozási módszerré teszi.

Hőmérséklet-szabályozás

Az ultrahangos kezelés nem termikus, tisztán mechanikai extrakciós technika. Az extrakció hőmérséklete pontosan szabályozható egy csatlakoztatható hőmérséklet-érzékelővel, amely vezetékkel kapcsolódik a digitális Hielscher ultrahangos készülékhez. A Hielscher digitális ultrahangos készülékeinek szoftvere lehetővé teszi hőmérsékleti határértékek beállítását, így az ultrahangos homogenizátor a hőmérsékleti határérték elérésekor szünetelteti a működését. A pontos hőmérséklet-szabályozás lehetővé teszi a hőérzékeny anyagok, például a fikobiliproteinek, vitaminok, polifenolok, poliszacharidok, lipidek és más bioaktív vegyületek hő okozta bomlásának megelőzését.

Különféle oldószerekkel kompatibilis

Az ultrahangos kezelés szinte bármilyen oldószerrel kompatibilis. Az ultrahangos extrakció környezetbarát oldószerekkel, például vízzel vagy etanollal kombinálva tiszta kivonatokat eredményez. Ezek az ultrahangos kivonatok biztonságosan hozzáadhatók élelmiszerekhez, mivel az extrakcióhoz használt oldószerek, az etanol és a víz GRAS-státuszúak (általánosan biztonságosnak elismertek).

Reprodukálhatóság és folyamatszabványosítás

A Hielscher digitális ultrahangos készülékei intelligens szoftverrel és az ideális extrakciós paraméterekhez kidolgozott beállítások széles választékával rendelkeznek. A szoftver naplózza az ultrahangos folyamat összes paraméterét (pl. amplitúdó, nettó teljesítmény, összteljesítmény, hőmérséklet, nyomás, idő, dátum), és az ultrahangos kezelés adatait CSV-fájlba írja a beépített SD-kártyán. Ez lehetővé teszi az extrakciós folyamat szabványosítását, valamint az ultrahangos kezelés és a kapott termék minőségének szoros nyomon követését. Ezek a funkciók segítenek teljesíteni a folyamatszabványosítás követelményeit és a helyes gyártási gyakorlat (GMP) előírásait, amelyek egyaránt rendkívül fontosak, amikor a kivonatokat étrend-kiegészítőkhöz, élelmiszerekhez vagy gyógyszeripari termékekhez állítják elő.

A fikocianin ultrahangos extrakciójának protokollja

Mazumder és mtsai. (2017) a fikocianin és a fenolos vegyületek Arthospira platensisből történő ultrahangos extrakciójának optimális feldolgozási paramétereit vizsgálták. A fikocianin maximális kihozatalát (29,9 mg/g) és az összes fenolos vegyület maximális kihozatalát (2,4 mg/g) 40%-os etanolkoncentráció és 34,9°C extrakciós hőmérséklet mellett érték el, az UP50H ultrahangos készülékkel (50 watt, 30kHz), 95%-os amplitúdón, 104,7 másodperces extrakciós idővel.

Vernès és mtsai. (2019) UIP1000hdT ultrahangos készüléket (1000W, 20kHz) használtak fehérjék spirulinából történő kivonására. Az ultrahangos készüléket BS2d34 szonotró­dával és ultrahangos átfolyó reaktorral szerelték fel (az átfolyó cellát és Seepex szivattyút tartalmazó ultrahangos extrakciós összeállítás pontos kialakítását lásd az alábbi képen).

UIP1000hdT – manotermoszonikációs (MTS) összeállítás és a spirulinából végzett fehérjekivonásunk laboratóriumi léptékben
forrás: Vernes és mtsai. 2019

A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a fehérjekihozatalra optimalizált ultrahangos extrakciós körülmények enyhén megemelt hőmérsékletet és nyomást foglalnak magukban (úgynevezett manotermoszonikáció, MTS). Az MTS elősegíti az anyagátadást, és 229%-kal több fehérje kinyerését teszi lehetővé (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 100 g száraz spirulinabiomasszából 28,42 g fehérjét nyertek ki, így folyamatos ultrahangos kezeléssel mindössze 6 perc alatt 50%-os fehérje-visszanyerési arányt értek el. A mikroszkópos képalkotás feltárja, hogy az akusztikus kavitáció különböző mechanizmusok révén hat a spirulinafonalakra, például fragmentációval, szonoporációval és a szerkezet megbontásával. Ezek a különböző hatások megkönnyítik és hatékonyabbá teszik a spirulina bioaktív vegyületeinek kivonását, felszabadítását és oldatba vitelét, ami kiváló minőségű fehérjék nagy kihozatalát eredményezi.
Az ultrahanggal kivont fehérjék minőségét tekintve az aminosavak nem bomlottak le az ultrahangos kezelés hatására, ugyanakkor ultrahangos kezelés esetén nagyobb mennyiségben vannak jelen, mint hagyományos extrakciónál.
A manotermoszonikáció és a megemelt nyomás és hőmérséklet nélküli ultrahangos extrakció összehasonlításakor az extrakciós kihozatal és hatékonyság különbsége csupán minimális. Ezért az önmagában alkalmazott ultrahangot tartják a leggazdaságosabb és legegyszerűbb technikának a spirulinafehérjékben gazdag, kiváló minőségű kivonat előállítására. Az ultrahangos extrakció zöld, környezetbarát extrakciós technika, amely alkalmas fehérjék spirulinából történő kivonására laboratóriumi léptékben, és könnyen felskálázható félüzemi és ipari léptékre. (vö. Vernès és mtsai. 2019)

Nagy teljesítményű ultrahangos extraktorok

A kis léptékben elért összes extrakciós eredmény lineárisan felskálázható nagyobb termelési kapacitásokra. A Hielscher Ultrasonics laboratóriumi és ipari extrakciós rendszereket felölelő széles termékkínálatában megtalálható a tervezett feldolgozási kapacitáshoz legmegfelelőbb ultrahangos készülék. Sokéves tapasztalattal rendelkező munkatársaink a megvalósíthatósági tesztektől és a folyamatoptimalizálástól kezdve az ultrahangos rendszer végleges termelési léptékben történő telepítéséig segítik Önt.

Hielscher Ultrasonics – kifinomult extrakciós berendezések

A Hielscher Ultrasonics termékkínálata lefedi a nagy teljesítményű ultrahangos extraktorok teljes választékát a kis léptéktől a nagy léptékig. A további tartozékok lehetővé teszik az Ön folyamatához legmegfelelőbb ultrahangos készülékkonfiguráció egyszerű összeállítását. Az optimális ultrahangos összeállítás a tervezett kapacitástól, térfogattól, alapanyagtól, a szakaszos vagy átfolyásos folyamattól és az ütemezéstől függ. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztus kialakítása lehetővé teszi a napi 24 órás, heti 7 napos üzemeltetést nagy igénybevétel és nehéz környezeti körülmények mellett. Az ultrahangos extrakciós folyamatok lineáris skálázhatósága lehetővé teszi a termelés egyszerű és megbízható növelését. Tudjon meg többet az ultrahangos extrakciós folyamatok lineáris felskálázásáról!

Válasszon a különféle tartozékok közül, például:

• különböző méretű, átmérőjű és alakú szonotródák
• szonotródák 200µm-es és nagyobb amplitúdókhoz
• különböző térfogatú és geometriájú átfolyó cellás reaktorok
• számos amplitúdótranszformátor az amplitúdóerősítés növelésére vagy csökkentésére
• teljes ultrahangos kezelőrendszerek, például a SonoStation, amelyek ultrahangos extraktort, tartályt, keverőt és szivattyút tartalmaznak
• csatlakoztatható hőmérséklet-érzékelők
• csatlakoztatható nyomásérzékelők

Jól képzett, sokéves tapasztalattal rendelkező munkatársaink tanácsot adnak Önnek, és az extrakciós folyamata követelményeinek legmegfelelőbb ultrahangos rendszert ajánlják!

Az alábbi táblázat tájékoztatást nyújt ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: