Ekstraksi Alga Ultrasonik untuk Suplemen Nutrisi

Ekstraksi ultrasonik adalah metode unggul untuk mengganggu sel-sel alga secara efektif dan cepat. Sonikasi dapat melepaskan jumlah lengkap senyawa bioaktif, yang membuat teknik ultrasonik sangat efisien.

Cara Mengekstrak Protein, Lipid dan Fenolik dari Alga dengan Ultrasonik

Spesies alga dan mikroalga kaya akan senyawa aktif biologis seperti protein, lipid, karotenoid, pigmen (misalnya, phycocyanin, astaxanthin dll.), fenolik dan polisakarida (misalnya, karagenan). Ini menjadikannya bahan alami yang banyak digunakan untuk menghasilkan ekstrak untuk makanan dan suplemen makanan. Spesies ganggang 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 protein, lipid, PUFA rantai panjang (yaitu omega-3), polisakarida (misalnya alginat, karagenan, β-glukan), vitamin, dan antioksidan berkualitas tinggi.
Spirulina adalah jenis ganggang yang umum digunakan, yang kaya akan senyawa bioaktif bernilai tinggi seperti protein (dengan 50-70% berat kering). Karena Spirulina disetujui oleh FDA (Food Drug Administration of the United States) sebagai GRAS (Generally Recognized As Safe), ekstrak spirulina dan spirulina dapat digunakan dalam makanan komersial atau sebagai suplemen makanan.

Keuntungan dari Ekstraksi Alga Ultrasonik

Ekstraksi ultrasonik unggul dari metode ekstraksi alternatif di berbagai titik, seperti hasil tinggi, keandalan, keamanan, kesederhanaan, dan ramah lingkungan.

Hasil Ekstraksi Penuh

Ultrasonicator berkinerja tinggi memecahkan sel-sel ganggang terbuka dan mengganggunya sehingga bahan intraseluler dilepaskan. Ekstraksi ultrasonik melepaskan spektrum penuh senyawa bioaktif, seperti phycobiliprotein, karotenoid dan lipid dan fenolik.
Phycobiliprotein dapat dibedakan menjadi tiga kelompok utama, yaitu chloro-phycocyanins, allophycocyanins dan phycoerythrins. C-Phycocyanin adalah pigmen biru alami, yang banyak digunakan dalam produk makanan dan farmasi. Ekstraksi ultrasonik melepaskan spektrum penuh protein.

Efisiensi Ekstraksi Tinggi

Duangsee et al. (2009) menguji dua metode ekstraksi yang berbeda (ekstraksi pelarut berbantuan ultrasonik dan ekstraksi dengan pembekuan dan pencairan berulang) senyawa bioaktif dari biomassa Arthospira dan menemukan bahwa ekstraksi pelarut ultrasonik menghasilkan efisiensi ekstraksi yang lebih tinggi (22,1%) daripada pembekuan dan pencairan (15,6%). Perbandingan pecahnya sel antara sonikasi dan pembekuan dan pencairan berulang menunjukkan bahwa sonikasi lebih efektif. Kavitasi ultrasonik mengganggu sel alga dengan cepat dan efektif yang menghasilkan gangguan sel yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan sel spirulina yang diobati dengan pembekuan dan pencairan berulang.
Sonikasi lebih efektif dalam memecahkan selubung sel jika dibandingkan dengan pembekuan dan pencairan berulang. Hasil ekstraksi phycocyanin menunjukkan bahwa suhu pemrosesan mempengaruhi efisiensi ekstraksi.

Proses ekstraksi cepat

Sistem ultrasonik berkinerja tinggi dapat menerapkan daya ultrasound tinggi melalui amplitudo tinggi ke dalam suspensi alga. Ini membuat ekstraksi ultrasonik menjadi metode pemrosesan yang sangat cepat.

kontrol suhu

Ultrasonication adalah teknik ekstraksi non-termal dan murni mekanis. Suhu ekstraksi dapat dikontrol dengan tepat menggunakan sensor suhu yang dapat dicolokkan, yang disambungkan ke ultrasonicator Hielscher digital. Perangkat lunak ultrasonicators digital Hielscher memungkinkan untuk mengatur batas suhu, sehingga homogeniser ultrasonik berhenti ketika batas suhu tercapai. Kontrol suhu yang tepat memungkinkan untuk mencegah degradasi termal bahan yang sensitif terhadap panas seperti fikobiliprotein, vitamin, polifenol, polisakarida, lipid, dan senyawa bioaktif lainnya.

Kompatibel dengan Berbagai Pelarut

Ultrasonikasi kompatibel dengan hampir semua pelarut. Ekstraksi ultrasonik dalam kombinasi dengan pelarut hijau seperti air atau etanol menghasilkan ekstrak bersih. Ekstrak ultrasonik ini dapat dimasukkan dengan aman ke dalam makanan karena pelarut ekstraksi etanol dan air memiliki status GRAS (Umumnya Diakui Sebagai Aman).

Reproduktifitas dan Standarisasi Proses

Ultrasonicators digital Hielscher hadir dengan perangkat lunak cerdas dan berbagai pengaturan yang diuraikan untuk parameter ekstraksi yang ideal. Perangkat lunak protokol semua parameter proses ultrasonik (misalnya, amplitudo, daya bersih, daya total, suhu, tekanan, waktu, tanggal) dan menulis data sonikasi ke dalam file CSV pada kartu SD bawaan. Ini memungkinkan Anda untuk menstandarkan proses ekstraksi Anda dan untuk memantau sonikasi dan output kualitas dengan cermat. Fitur-fitur ini membantu Anda memenuhi persyaratan stadandisasi proses serta Good Manufacturing Practices (GMP), yang keduanya sangat penting ketika ekstrak diproduksi untuk suplemen, makanan, atau produk farmasi.

Protokol Ekstraksi Phycocyanin Ultrasonik

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

Vernès et al. (2019) menggunakan ultrasonicator UIP1000hdT (1000W, 20kHz) untuk mengekstrak protein dari spirulina. Ultrasonicator dilengkapi dengan sonotrode BS2d34 dan reaktor aliran ultrasonik (lihat gambar di bawah ini untuk pengaturan ekstraksi ultrasonik yang tepat dengan sel aliran dan pompa Seepex).

UIP1000hdT – Pengaturan Manothermosonication (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 hasil protein melibatkan suhu dan tekanan yang sedikit meningkat (yang disebut manothermosonication MTS). MTS mempromosikan perpindahan massa dan memungkinkan untuk mendapatkan 229% lebih banyak protein (28,42 ± 1,15 g/100 g berat kering) daripada proses konvensional tanpa ultrasound (8,63 ± 1,15 g/100 g berat kering).
Dengan 28,42 g protein yang diperoleh per 100 g biomassa spirulina kering dalam ekstrak, tingkat pemulihan protein 50% dicapai hanya dalam 6 menit dalam proses sonikasi berkelanjutan. Pencitraan mikroskopis mengungkapkan bahwa kavitasi akustik memengaruhi filamen spirulina dengan mekanisme yang berbeda seperti fragmentasi, sonoporasi, deteksturasi. Berbagai efek ini membuat ekstraksi, pelepasan, dan pelarutan senyawa bioaktif spirulina lebih mudah dan lebih efektif, yang menghasilkan hasil protein yang tinggi dengan kualitas tinggi.
Mengenai kualitas protein yang diekstraksi secara ultrasonik, asam amino tidak terdegradasi dengan perawatan ultrasound, tetapi mereka hadir dalam jumlah yang lebih besar dalam kasus sonikasi jika dibandingkan dengan ekstraksi konvensional.
Ketika manothermosonication dan ekstraksi ultrasonik tanpa tekanan dan suhu tinggi dibandingkan, perbedaan hasil ekstraksi dan efisiensi hanya minimal. Oleh karena itu, USG saja dianggap sebagai teknik yang paling ekonomis dan termudah untuk menghasilkan ekstrak berkualitas tinggi yang kaya akan protein spirulina. Ekstraksi ultrasonik adalah teknik ekstraksi ramah lingkungan yang cocok untuk ekstraksi protein dari spirulina pada skala laboratorium, yang dapat dengan mudah diskalakan ke skala percontohan dan industri. (lih. Vernès et al. 2019)

Ekstraktor Ultrasonik Kinerja Tinggi

Semua hasil ekstraksi yang dicapai dalam skala kecil, dapat diskalakan secara linier ke kapasitas produksi yang lebih besar. Hielscher Ultrasonics portofolio produk besar dari laboratorium hingga sistem ekstraksi industri memiliki ultrasonicator yang paling cocok untuk kapasitas proses yang Anda bayangkan. Staf kami yang berpengalaman lama akan membantu Anda mulai dari uji kelayakan dan optimalisasi proses hingga pemasangan sistem ultrasonik Anda pada tingkat produksi akhir.

Hielscher Ultrasonics – Peralatan Ekstraksi Canggih

Portofolio produk Hielscher Ultrasonics mencakup berbagai macam ekstraktor ultrasonik berkinerja tinggi dari skala kecil hingga besar. Aksesori tambahan memungkinkan perakitan konfigurasi perangkat ultrasonik yang paling sesuai dengan mudah untuk proses Anda. Pengaturan ultrasonik yang optimal tergantung pada kapasitas yang dibayangkan, volume, bahan baku, batch atau proses inline dan garis waktu. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut. Skalabilitas linier dari proses ekstraksi ultrasonik memungkinkan peningkatan produksi yang sederhana dan andal. Baca lebih lanjut tentang peningkatan linier proses ekstraksi ultrasonik!

Pilih dari berbagai aksesoris seperti:

• sonotrodes dengan berbagai ukuran, diameter dan bentuk
• sonotrodes untuk amplitudo tinggi 200μm dan lebih tinggi
• reaktor sel aliran dengan berbagai volume dan geometri
• banyak tanduk booster untuk menambah atau mengurangi keuntungan
• pengaturan sonikasi lengkap seperti SonoStation, yang meliputi ekstraktor ultrasonik, tangki, agitator, dan pompa
• Sensor suhu yang dapat dicolokkan
• Sensor tekanan yang dapat dicolokkan

Staf kami yang terlatih dan berpengalaman lama akan berkonsultasi dengan Anda dan merekomendasikan Anda sistem ultrasonik yang paling cocok untuk kebutuhan proses ekstraksi Anda!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: