Ekstraksi Alga Ultrasonik untuk Suplemen Nutrisi

Ekstraksi ultrasonik merupakan metode unggul untuk mendisrupsi sel alga secara efektif dan cepat. Sonikasi dapat melepaskan seluruh kandungan senyawa bioaktif, sehingga teknik ultrasonik sangat efisien.

Cara Mengekstraksi Protein, Lipid, dan Senyawa Fenolik dari Alga dengan Ultrasonik

Spesies alga dan mikroalga kaya akan senyawa yang aktif secara biologis seperti protein, lipid, karotenoid, pigmen (misalnya fikosianin, astaksantin, dll.), senyawa fenolik, dan polisakarida (misalnya karagenan). Hal ini menjadikannya bahan alami yang banyak digunakan untuk menghasilkan ekstrak bagi pangan dan suplemen makanan. Spesies alga yang umum digunakan untuk suplemen nutrisi adalah Arthrospira maxima dan (juga dikenal sebagai spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis, dan Ulva spp. Alga dikenal sebagai sumber yang baik untuk protein berkualitas tinggi, lipid, asam lemak tak jenuh ganda (PUFA) rantai panjang (yaitu omega-3), polisakarida (misalnya alginat, karagenan, β-glukan), vitamin, dan antioksidan.
Spirulina merupakan jenis alga yang umum digunakan dan kaya akan senyawa bioaktif bernilai tinggi seperti protein (dengan kandungan 50–70% dari berat kering). Karena Spirulina disetujui oleh FDA (Badan Pengawas Obat dan Makanan Amerika Serikat) sebagai GRAS (Generally Recognized As Safe, atau secara umum diakui aman), spirulina dan ekstrak spirulina dapat digunakan dalam pangan yang dipasarkan secara komersial atau sebagai suplemen makanan.

Keunggulan Ekstraksi Alga Ultrasonik

Ekstraksi ultrasonik mengungguli metode ekstraksi alternatif dalam berbagai aspek, seperti rendemen tinggi, keandalan, keamanan, kesederhanaan, dan keramahan lingkungan.

Rendemen Ekstraksi Maksimal

Sonikator berkinerja tinggi memecahkan dan mendisrupsi sel alga sehingga bahan intraseluler dilepaskan. Dengan demikian, ekstraksi ultrasonik melepaskan seluruh spektrum senyawa bioaktif, seperti fikobiliprotein, karotenoid, lipid, dan senyawa fenolik.
Fikobiliprotein dapat dibedakan menjadi tiga kelompok utama, yaitu kloro-fikosianin, alofikosianin, dan fikoeritrin. C-fikosianin merupakan pigmen biru alami yang banyak digunakan dalam produk pangan dan farmasi. Ekstraksi ultrasonik melepaskan seluruh spektrum protein.

Efisiensi Ekstraksi Tinggi

Duangsee et al. (2009) menguji dua metode ekstraksi senyawa bioaktif yang berbeda (ekstraksi pelarut berbantuan ultrasonik dan ekstraksi melalui pembekuan dan pencairan berulang) dari biomassa Arthospira dan menemukan bahwa ekstraksi pelarut ultrasonik menghasilkan efisiensi ekstraksi yang lebih tinggi (22,1%) dibandingkan pembekuan dan pencairan (15,6%). Perbandingan pecahnya sel antara sonikasi dan pembekuan serta pencairan berulang menunjukkan bahwa sonikasi lebih efektif. Kavitasi ultrasonik mendisrupsi sel alga secara cepat dan efektif, sehingga menghasilkan disrupsi sel yang lebih tinggi dibandingkan dengan sel spirulina yang diberi perlakuan pembekuan dan pencairan berulang.
Sonikasi lebih efektif dalam memecah selubung sel dibandingkan pembekuan dan pencairan berulang. Rendemen ekstraksi fikosianin menunjukkan bahwa suhu pemrosesan memengaruhi efisiensi ekstraksi.

Proses Ekstraksi Cepat

Sistem ultrasonik berkinerja tinggi dapat menyalurkan daya ultrasonik yang tinggi melalui amplitudo tinggi ke dalam suspensi alga. Hal ini menjadikan ekstraksi ultrasonik metode pemrosesan yang sangat cepat.

Kontrol Suhu

Sonikasi merupakan teknik ekstraksi nontermal yang sepenuhnya mekanis. Suhu ekstraksi dapat dikontrol secara presisi menggunakan sensor suhu yang dapat dipasang dengan konektor dan dihubungkan melalui kabel ke sonikator digital Hielscher. Perangkat lunak sonikator digital Hielscher memungkinkan pengaturan batas suhu, sehingga homogenizer ultrasonik berhenti sementara ketika batas suhu tercapai. Kontrol suhu yang presisi memungkinkan pencegahan degradasi termal bahan yang sensitif terhadap panas seperti fikobiliprotein, vitamin, polifenol, polisakarida, lipid, dan senyawa bioaktif lainnya.

Kompatibel dengan Berbagai Pelarut

Sonikasi kompatibel dengan hampir semua pelarut. Ekstraksi ultrasonik yang dikombinasikan dengan pelarut ramah lingkungan seperti air atau etanol menghasilkan ekstrak yang bersih. Ekstrak ultrasonik ini dapat dimasukkan ke dalam pangan dengan aman karena pelarut ekstraksi etanol dan air memiliki status GRAS (Generally Recognized As Safe, atau secara umum diakui aman).

Reprodusibilitas dan Standardisasi Proses

Sonikator digital Hielscher dilengkapi perangkat lunak cerdas dan beragam pengaturan terperinci untuk parameter ekstraksi yang ideal. Perangkat lunak mencatat seluruh parameter proses ultrasonik (misalnya amplitudo, daya bersih, daya total, suhu, tekanan, waktu, tanggal) dan menyimpan data sonikasi ke dalam berkas CSV pada kartu SD bawaan. Hal ini memungkinkan Anda menstandardisasi proses ekstraksi serta memantau sonikasi dan kualitas hasil secara saksama. Fitur-fitur ini membantu Anda memenuhi persyaratan standardisasi proses serta Good Manufacturing Practices (GMP), atau Cara Pembuatan yang Baik, yang keduanya sangat penting ketika ekstrak diproduksi untuk suplemen, pangan, atau produk farmasi.

Protokol Ekstraksi Fikosianin Ultrasonik

Mazumder et al. (2017) meneliti parameter pemrosesan optimum untuk ekstraksi ultrasonik fikosianin dan senyawa fenolik dari Arthospira platensis. Rendemen maksimum fikosianin (29,9 mg/g) dan total senyawa fenolik (2,4 mg/g) diperoleh pada konsentrasi etanol 40%, suhu ekstraksi 34,9°C menggunakan sonikator UP50H (50 watt, 30kHz) pada amplitudo 95% selama waktu ekstraksi 104,7 detik.

Vernès et al. (2019) menggunakan sonikator UIP1000hdT (1000W, 20kHz) untuk mengekstraksi protein dari spirulina. Sonikator tersebut dilengkapi sonotrode BS2d34 dan reaktor alir ultrasonik (lihat gambar di bawah untuk konfigurasi ekstraksi ultrasonik yang tepat dengan sel alir dan pompa Seepex).

UIP1000hdT – konfigurasi manotermosonikasi (MTS) dan ekstraksi protein kami dari spirulina pada skala laboratorium
sumber: Vernes et al. 2019

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi ekstraksi ultrasonik yang dioptimalkan untuk rendemen protein melibatkan suhu dan tekanan yang sedikit ditingkatkan (disebut manotermosonikasi, MTS). MTS mendorong perpindahan massa dan memungkinkan perolehan protein 229% lebih banyak (28,42 ± 1,15 g/100 g berat kering) dibandingkan proses konvensional tanpa ultrasonik (8,63 ± 1,15 g/100 g berat kering).
Dengan 28,42 g protein yang diperoleh dalam ekstrak per 100 g biomassa spirulina kering, tingkat perolehan kembali protein sebesar 50% dicapai hanya dalam 6 menit melalui proses sonikasi kontinu. Pencitraan mikroskopis mengungkapkan bahwa kavitasi akustik memengaruhi filamen spirulina melalui berbagai mekanisme seperti fragmentasi, sonoporasi, dan perusakan tekstur. Berbagai efek ini menjadikan ekstraksi, pelepasan, dan pelarutan senyawa bioaktif spirulina lebih mudah dan lebih efektif, sehingga menghasilkan rendemen tinggi protein berkualitas tinggi.
Terkait kualitas protein yang diekstraksi secara ultrasonik, asam amino tidak terdegradasi oleh perlakuan ultrasonik, tetapi terdapat dalam jumlah yang lebih besar pada sonikasi dibandingkan ekstraksi konvensional.
Ketika manotermosonikasi dan ekstraksi ultrasonik tanpa peningkatan tekanan dan suhu dibandingkan, perbedaan rendemen dan efisiensi ekstraksi hanya minimal. Oleh karena itu, ultrasonik saja dianggap sebagai teknik paling ekonomis dan paling mudah untuk menghasilkan ekstrak berkualitas tinggi yang kaya akan protein spirulina. Ekstraksi ultrasonik merupakan teknik ekstraksi ramah lingkungan yang sesuai untuk ekstraksi protein dari spirulina pada skala laboratorium, yang dapat dengan mudah ditingkatkan ke skala pilot dan industri. (bandingkan Vernès et al. 2019)

Ekstraktor Ultrasonik Berkinerja Tinggi

Semua hasil ekstraksi yang dicapai pada skala kecil dapat ditingkatkan secara linear ke kapasitas produksi yang lebih besar. Portofolio produk Hielscher Ultrasonics yang luas, mulai dari sistem ekstraksi laboratorium hingga industri, menyediakan sonikator yang paling sesuai untuk kapasitas proses yang Anda rencanakan. Staf kami yang berpengalaman selama bertahun-tahun akan membantu Anda mulai dari uji kelayakan dan optimasi proses hingga pemasangan sistem ultrasonik Anda pada tingkat produksi akhir.

Hielscher Ultrasonics – Peralatan Ekstraksi Canggih

Portofolio produk Hielscher Ultrasonics mencakup seluruh rangkaian ekstraktor ultrasonik berkinerja tinggi dari skala kecil hingga besar. Aksesori tambahan memudahkan perakitan konfigurasi perangkat ultrasonik yang paling sesuai untuk proses Anda. Konfigurasi ultrasonik yang optimal bergantung pada kapasitas, volume, bahan baku, proses batch atau inline, serta jadwal yang direncanakan. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 dengan beban kerja berat dan dalam lingkungan yang menuntut. Skalabilitas linear proses ekstraksi ultrasonik memungkinkan peningkatan produksi yang sederhana dan andal. Baca selengkapnya tentang peningkatan skala linear proses ekstraksi ultrasonik!

Pilih dari berbagai aksesori seperti:

• sonotrode dengan berbagai ukuran, diameter, dan bentuk
• sonotrode untuk amplitudo tinggi sebesar 200µm dan lebih tinggi
• reaktor sel alir dengan berbagai volume dan geometri
• beragam horn penguat untuk meningkatkan atau menurunkan faktor penguatan
• konfigurasi sonikasi lengkap seperti SonoStation, yang mencakup ekstraktor ultrasonik, tangki, pengaduk, dan pompa
• sensor suhu yang dapat dipasang dengan konektor
• sensor tekanan yang dapat dipasang dengan konektor

Staf kami yang terlatih dengan baik dan berpengalaman selama bertahun-tahun akan memberikan konsultasi dan merekomendasikan sistem ultrasonik yang paling sesuai dengan persyaratan proses ekstraksi Anda!

Tabel di bawah memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami: