Ultrahangos kezelés javítása Alga sejt zavar és extrakció

Az algák, makro- és mikroalgák számos értékes vegyületet tartalmaznak, amelyeket táplálkozási élelmiszerként, élelmiszer-adalékanyagként vagy üzemanyagként vagy üzemanyag-alapanyagként használnak. Annak érdekében, hogy a célanyagokat az algasejtből felszabadítsák, hatékony és hatékony sejtbontási technikára van szükség. Ultrahangos elszívók rendkívül hatékony és megbízható, amikor a kitermelés bioaktív vegyületek botanikai, algák és gombák. Elérhető laborban, pad-top és ipari méretekben, Hielscher ultrahangos elszívók jönnek létre a termelés sejt-eredetű kivonatok az élelmiszer-, gyógyszeripari és bio-üzemanyag-termelés.

Az algák, mint a táplálkozás és az üzemanyag értékes erőforrása

Az algák sejtjei a bioaktív és energiadús vegyületek, például fehérjék, szénhidrátok, lipidek és más bioaktív anyagok, valamint alkánok sokoldalú forrása. Ez az algákat élelmiszer- és táplálkozási vegyületek, valamint üzemanyagok forrásává teszi.
A mikroalgák értékes lipidforrást jelentenek, amelyeket táplálkozásra és bioüzemanyagok (pl. biodízel) alapanyagaként használnak. A tengeri fitoplankton Dicrateria törzsei, mint például a Dicrateria rotunda, benzintermelő algáknak nevezik, amelyek telített szénhidrogének (n-alkánok) sorozatát képesek szintetizálni C-ből₁₀H₂₂ C-be₃₈H₇₈, amelyek benzin (C10–C15), dízelolajok (C16–C20) és fűtőolajok (C21–C38) kategóriába tartoznak.
Tápértékük miatt az algákat "funkcionális élelmiszerekként" vagy "nutraceuticals" néven használják. Az algákból kivont fontos mikrotápanyagok közé tartoznak az asztaxantin, a fucoxanthin és a zeaxantin karotinoidok, a fucoidan, a laminari és más glükánok számos más bioaktív anyag mellett táplálékkiegészítőként és pharmceuticalsként. A karrageánt, az alginátot és más hidrokoloidokat élelmiszer-adalékanyagként használják. Az alga lipideket vegán omega-3 forrásként használják, és üzemanyagként vagy biodízel előállításához alapanyagként is használják.

Alga sejt zavar és extrakció power ultrahang

Ultrahangos elszívók vagy egyszerűen ultrahangosítók használják kivonat értékes vegyületek kis minták a laborban, valamint a termelés nagy kereskedelmi méretekben.
Az algák sejtjét komplex sejtfal mátrixok védik, amelyek lipidekből, cellulózból, fehérjékből, glikoproteinekből és poliszacharidokból állnak. A legtöbb algasejtfal alapja egy mikroszálas hálózatból épül fel egy gélszerű fehérjemátrixon belül; néhány mikroalga azonban szervetlen merev fallal van ellátva, amely opálos szilícium-dioxid frusztráló anyagokból vagy kalcium-karbonátból áll. Annak érdekében, hogy bioaktív vegyületeket nyerjenek alga biomasszából, hatékony sejtbontási technikára van szükség. A technológiai extrakciós tényezők (pl. extrakciós módszer és berendezések) mellett az algák sejtjeinek szétesésének és kivonásának hatékonyságát is erősen befolyásolják a különböző algáktól függő tényezők, mint például a sejtfal összetétele, a kívánt biomolekulák elhelyezkedése a mikroalgák sejtjeiben, valamint a mikroalgák növekedési szakasza a betakarítás során.

Hogyan ultrahangos alga sejt zavar és extrakció munka?

Amikor a nagy intenzitású ultrahanghullámok egy ultrahangos szondán (más néven ultrahangos kürtön vagy szonotródon) keresztül folyadékba vagy hígtrágyaba kerülnek, a hanghullámok áthaladnak a folyadékon, és ezáltal váltakozó nagynyomású / alacsony nyomású ciklusokat hoznak létre. Ezekben a nagynyomású / alacsony nyomású ciklusokban apró vákuumbuborékok vagy üregek fordulnak elő. Kavitációs buborékok akkor fordulnak elő, amikor a helyi nyomás az alacsony nyomású ciklusok során elég messze a telített gőznyomás alá esik, amelyet a folyadék szakítószilárdsága ad egy bizonyos hőmérsékleten. Amelyek több cikluson keresztül nőnek. Amikor ezek a vákuumbuborékok elérik a méretet, ahol nem tudnak több energiát elnyelni, a buborék hevesen összeomlik egy nagynyomású ciklus során. A kavitációs buborékok berobbanása egy erőszakos, energiadús folyamat, amely intenzív lökéshullámokat, turbulenciákat és mikrosugarakat generál a folyadékban. Ezenkívül lokalizált nagyon magas nyomás és nagyon magas hőmérséklet jön létre. Ezek a szélsőséges körülmények könnyen képesek megzavarni a sejtfalakat és a membránokat, és hatékony, hatékony és gyors módon felszabadítani az intracelluláris vegyületeket. Intracelluláris vegyületek, mint a fehérjék, poliszacharidok, lipidek, vitaminok, ásványi anyagok, és antioxidánsok ezáltal hatékonyan kivont segítségével hatalom ultrahang.

Ultrahangos kavitáció a sejtbontáshoz és extrakcióhoz

Intenzív ultrahangos energia hatására a fal vagy a membrán bármilyen sejt (beleértve a botanikai, emlős, alga, gombás, bakteriális stb.) megszakad, és a sejt szakadt kisebb töredékek a mechanikai erők az energia-sűrű ultrahangos kavitáció. Amikor a sejtfal megtörik, a sejt metabolitok, mint a fehérje, lipid, nukleinsav és klorofill szabadulnak fel a sejtfal mátrix, valamint a sejt belsejében, és átkerülnek a környező táptalajba vagy oldószerbe.
A fent leírt mechanizmus ultrahangos / akusztikus kavitáció megzavarja az egész alga sejtek vagy gáz-és folyékony vacuoles a sejteken belül súlyosan. Az ultrahangos kavitáció, a rezgés, a turbulenciák és a mikro-streaming elősegítik a tömegátvitelt a sejt belseje és a környező oldószer között, hogy a biomolekulák (azaz metabolitok) hatékonyak és gyorsan felszabadulnak. Mivel az ultrahangos kezelés tisztán mechanikus kezelés, amely nem igényel kemény, mérgező és / vagy drága vegyi anyagokat.
A nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang extrém energiadús körülményeket teremt, amelyek nagy nyomást, hőmérsékletet és magas nyíróerőket tartalmaznak. Ezek a fizikai erők elősegítik a sejtszerkezetek megzavarását annak érdekében, hogy intracelluláris vegyületeket bocsássanak ki a közegbe. Ezért az alacsony frekvenciájú ultrahangot nagyrészt bioaktív anyagok és üzemanyagok alga kivonására használják. Összehasonlítva a hagyományos extrakciós módszerekkel, mint például az oldószeres extrakció, a gyöngymarás vagy a nagynyomású homogenizálás, az ultrahangos extrakció kiemelkedik azáltal, hogy felszabadítja a legtöbb bioaktív vegyületet (például lipideket, fehérjéket, poliszacharidokat és mikro-tápanyagokat) a szonopoált és megzavart sejtből. A megfelelő folyamatfeltételek alkalmazásával az ultrahangos extrakció kiváló extrakciós hozamot biztosít nagyon rövid folyamatidő alatt. Például a nagy teljesítményű ultrahangos elszívók kiváló extrakciós teljesítményt mutatnak az algákból, ha megfelelő oldószerrel használják. Savas vagy lúgos közegben az alga sejtfal porózus és ráncos lesz, ami alacsony hőmérsékleten (60 ° C alatt) rövid szonikálási idő alatt (kevesebb, mint 3 óra) megnövekedett hozamot eredményez. A rövid extrakciós időtartam enyhe hőmérsékleten megakadályozza a fucoidan lebomlását, így erősen bioaktív poliszacharidot kapunk.
Ultrahangos kezelés is egy módszer, hogy átalakítsa a nagy molekulatömegű fucoidan alacsony molekulatömegű fucoidan, ami lényegesen több bioaktív miatt kopott szerkezetét. A magas bioaktivitás és a bio-hozzáférhetőség, alacsony molekulatömegű fucoidan egy érdekes vegyület a gyógyszerek és a kábítószer-szállítási rendszerek.

Esettanulmányok: Algavegyületek ultrahangos kivonása

Ultrahangos extrakciós hatékonyság és az ultrahangos extrakciós paraméterek optimalizálása széles körben tanulmányozták. Az alábbiakban példaértékű eredményeket találhat az extrakciós eredményekhez különböző algafajok ultrahangos vizsgálatával.

Fehérje extrakció Spirulinából Mano-Thermo-Sonication segítségével

Prof. Chemat (Avignoni Egyetem) kutatócsoportja a manotermosonication (MTS) hatását vizsgálta a száraz Arthrospira platensis cianobaktériumokból (más néven spirulina) származó fehérjék (például phycocyanin) kivonására. Mano-Thermo-Sonication (MTS) az alkalmazása ultrahang kombinálva emelkedett nyomás és hőmérséklet annak érdekében, hogy fokozza az ultrahangos extrakciós folyamat.
"A kísérleti eredmények szerint az MTS elősegítette a tömegtranszfert (nagy effektív diffúzió, De), és lehetővé tette, hogy 229% -kal több fehérjét (28,42 ± 1,15 g / 100 g DW) kapjon, mint a hagyományos eljárás ultrahang nélkül (8,63 ± 1,15 g / 100 g DW). A kivonatban 100 g száraz spirulina biomasszára 28,42 g fehérje jutott, 6 hatékony perc alatt 50% -os fehérje-visszanyerési arányt értek el folyamatos MTS eljárással. A mikroszkópos megfigyelések azt mutatták, hogy az akusztikus kavitáció különböző mechanizmusok, például töredezettség, szonoporáció, detexturáció hatására befolyásolta a spirulina szálakat. Ezek a különböző jelenségek megkönnyítik a spirulina bioaktív vegyületek extrakcióját, felszabadulását és oldását." [Vernès és mtsai., 2019]

MTS kezelésnek alávetett teljes spiurulina filamentumok optikai mikroszkópos képei az idő múlásával. Skálasáv (A kép) = 50 μm minden képhez.
kép és tanulmány: ©Vernès et al. 2019

Ultrahangos Fucoidan és glükán extrakció Laminaria digitata

Dr. Tiwari TEAGASC kutatócsoportja poliszacharidok, azaz fucoidan, laminarin és összes glükán kivonását vizsgálta a Laminaria digitata makroalgae-ból a ultrasonicator UIP500hdT. A vizsgált ultrahangosan támogatott extrakciós (UAE) paraméterek jelentős hatást gyakoroltak a fukóz, a FRAP és a DPPH szintjére. 1060,75 mg/100 g ds, 968,57 mg/100 g ds, 8,70 μM trolox/mg fde és 11,02% fukóz, összes glükán, FRAP és DPPH szintet értek el optimalizált hőmérsékleti (76◦C), idő (10 perc) és ultrahangos amplitúdó (100%) mellett, oldószerként 0,1 M HCl-t használva. Az Egyesült Arab Emírségekben leírt feltételeket ezután sikeresen alkalmazták más, gazdaságilag releváns barna makroalgákra (L. hyperborea és A. nodosum), hogy poliszacharidban gazdag kivonatokat kapjanak. Ez a tanulmány bemutatja az Egyesült Arab Emírségek alkalmazhatóságát a bioaktív poliszacharidok különböző makroalgál fajokból történő kivonásának fokozására.

Ultrahangos fitokémiai extrakció F. vesiculosus és P. canaliculata

A García-Vaquero kutatócsoportja összehasonlította a különböző új extrakciós technikákat, beleértve a nagy teljesítményű ultrahangos extrakciót, az ultrahang-mikrohullámú extrakciót, a mikrohullámú extrakciót, a hidrotermális asszisztált extrakciót és a nagynyomású asszisztált extrakciót, hogy értékelje a Fucus vesiculosus és a Pelvetia canaliculata barna mikroalgafajok extrakciós hatékonyságát. Ultrahangos vizsgálathoz a Hielscher UIP500hdT ultrahangos elszívó. Az extrakciós hozamok anylsise kimutatta, hogy az ultrahangos extrakció mindkét F. vesiculosusból a legtöbb fitokemikáliának a legmagasabb hozamát érte el. Ez azt jelenti, hogy az F. vesiculosusból kivont vegyületek legnagyobb hozama a ultrahangos elszívó UIP500hdT voltak: teljes fenolos tartalom (445,0 ± 4,6 mg galluszsav-egyenérték/g), teljes phlorotannin-tartalom (362,9 ± 3,7 mg phloroglucinol-egyenérték/g), összes flavonoidtartalom (286,3 ± 7,8 mg kvercetin-egyenérték/g) és teljes tannintartalom (189,1 ± 4,4 mg katekin-egyenérték/g).
Kutatási tanulmányukban a csapat arra a következtetésre jutott, hogy az ultrahangosan támogatott extrakció "50% etanol oldattal kombinálva extrakciós oldószerként ígéretes stratégia lehet a TPC, a TPhC, a TFC és a TTC kivonására, miközben csökkenti a nemkívánatos szénhidrátok együttes kivonását mind az F. vesiculosusból, mind a P. canaliculata-ból, ígéretes alkalmazásokkal, amikor ezeket a vegyületeket gyógyszerként használják, nutraceuticals és cosmeceuticals." [García-Vaquero és mtsai., 2021]

A mano-termo-ultrahangos kezelés felskálázása az Avignoni Egyetemen Hielscher ultrahangos készülékekkel: laboratóriumi berendezésekből UIP1000hdT A) kísérleti léptékű berendezések UIP4000hdT (B, C) & D). A D képen az ultrahangos áramlási cella transzverzális szakasza van sematikusan FC100K.
kép és tanulmány: ©Vernès et al. 2019

Nagy teljesítményű ultrahangos elszívók az algák megzavarása érdekében

Hielscher state-of-the-art ultrahangos berendezés lehetővé teszi a teljes ellenőrzése alatt a folyamat paramétereinek, mint például amplitúdó, hőmérséklet, nyomás és energiaráfordítással.
Az ultrahangos extrakcióhoz az olyan paraméterek, mint a nyersanyag részecskemérete, az oldószer típusa, a szilárd-oldószer arány és az extrakciós idő változatosak és optimalizálhatók a legjobb eredmények érdekében.
Mivel az ultrahangos extrakció nem termikus extrakciós módszer, a nyersanyagban, például az algákban jelen lévő bioaktív összetevők termikus lebomlása elkerülhető.
Összességében az olyan előnyök, mint a magas hozam, a rövid extrakciós idő, az alacsony extrakciós hőmérséklet és a kis mennyiségű oldószer teszi az ultrahangos kezelést a kiváló extrakciós módszerhez.

Ultrahangos extrakció: a laborban és az iparban jött létre

Ultrahangos extrakció széles körben alkalmazzák a kitermelés bármilyen bioaktív vegyület a botanikai, algák, baktériumok és emlős sejtek. Ultrahangos extrakció jött létre, mint egy egyszerű, költséghatékony és rendkívül hatékony, hogy kiemelkedik más hagyományos extrakciós technikák magasabb extrakciós hozamok és rövidebb feldolgozási időtartam.
A labor, pad-top és teljesen ipari ultrahangos rendszerek könnyen elérhető, ultrahangos extrakció ma egy jól bevált és megbízható technológia. A Hielscher ultrahangos elszívókat világszerte telepítik az élelmiszer- és gyógyszeripari minőségű bioaktív vegyületeket előállító ipari feldolgozó létesítményekben.

Folyamat szabványosítás hielscher ultrahangos

Az élelmiszerekben, gyógyszerekben vagy kozmetikumokban használt algaalapú kivonatokat a helyes gyártási gyakorlatnak (GMP) megfelelően és szabványosított feldolgozási előírások szerint kell előállítani. A Hielscher Ultrasonics digitális elszívó rendszerei intelligens szoftverrel érkeznek, ami megkönnyíti az ultrahangos folyamat pontos beállítását és vezérlését. Az automatikus adatrögzítés az összes ultrahangos folyamatparamétert, például az ultrahang energiát (teljes és nettó energia), az amplitúdót, a hőmérsékletet, a nyomást (amikor a hőmérséklet- és nyomásérzékelők vannak felszerelve) dátum- és időbélyegzővel írja le a beépített SD-kártyán. Ez lehetővé teszi, hogy felülvizsgálja az ultrahangosan feldolgozott tételeket. Ugyanakkor a reprodukálhatóság és a folyamatosan magas termékminőség biztosított.

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: