Ekstraksi Ultrasonik Pigmen Spirulina
Ekstraksi ultrasonik telah terbukti sangat efisien untuk mengisolasi ekstrak mikroalga berkualitas unggul. Pigmen spirulina seperti fikosianin dikenal sebagai pangan super, yang memberikan manfaat kesehatan berkat kandungan antioksidan, vitamin, dan proteinnya yang tinggi. Untuk menghasilkan suplemen berkonsentrasi tinggi seperti bubuk dan tablet, pigmen biru harus diekstraksi dari alga spirulina.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) dan Arthrospira maxima (A. maxima) dikenal dengan istilah spirulina. Spirulina adalah alga biru-hijau yang kaya akan asam amino dan antioksidan. Dengan kandungan nutrisi yang tinggi seperti protein, enzim, mineral, serta vitamin A, K, B12, zat besi, dan mangan, spirulina dikategorikan sebagai pangan super. Genus alga Arthrospira memiliki kandungan protein yang sangat tinggi. Kandungan proteinnya berkisar antara 53 hingga 68% dari berat kering dan menyediakan seluruh spektrum asam amino esensial. Selain itu, Arthrospira memiliki asam lemak tak jenuh ganda (PUFA) dalam jumlah tinggi, yaitu sekitar 1,5 hingga 2% dari kandungan lipid total sebesar 5 hingga 6%. PUFA ini mencakup asam γ-linolenat (GLA), suatu asam lemak Omega-6 esensial. Senyawa bioaktif lain dalam Arthrospira meliputi vitamin, mineral, serta pigmen fotosintetik.
Catatan: Secara ilmiah, nama yang tepat untuk Spirulina platensis (S. platensis) dan Spirulina maxima (S. maxima) adalah Arthrospira platensis (A. platensis) dan Arthrospira maxima (A. maxima). Kedua spesies ini dahulu diklasifikasikan dalam genus Spirulina dan hingga saat ini masih dikenal secara umum dengan nama spirulina. Meskipun pemisahan menjadi dua genus, Arthrospira dan Spirulina, kini diterima secara luas, istilah spirulina sering digunakan sebagai istilah payung.
Ekstraksi Ultrasonik Spirulina
Alat disrupsi sel ultrasonik (juga disebut ekstraktor ultrasonik) dikenal luas karena kemampuannya membuka sel untuk melepaskan materi intraseluler. Ketika gelombang ultrasonik berintensitas tinggi dikopel ke dalam fluida, fenomena kavitasi akustik terjadi. Gaya kavitasi merusak dinding sel dan meningkatkan perpindahan massa sehingga senyawa bioaktif target berpindah dari sel ke dalam cairan.
Ekstraksi ultrasonik dari sel: penampang melintang mikroskopis (TS) menunjukkan mekanisme kerja selama ekstraksi ultrasonik dari sel (perbesaran 2000x) [sumber: Vilkhu et al. 2011]
Keunggulan Ekstraksi Ultrasonik
- Rendemen tinggi
- Kualitas ekstrak unggul
- Ekstraksi cepat
- Proses ringan dan nontermal
- Beragam pelarut
- Aman
- Mudah dioperasikan
- Peningkatan skala secara linear
- Kebutuhan perawatan rendah
- Pengembalian investasi cepat
Protokol Ekstraksi
Prabuthas et al. (2011) mengembangkan protokol ekstraksi berikut untuk memperoleh ekstrak fikosianin berkualitas tinggi: Ekstraksi fikosianin dievaluasi berdasarkan konsentrasi fikosianin menggunakan air suling dan larutan CaCl2 1%. Alga laut spirulina digunakan dalam bentuk kering karena biomassa basah segera dimanfaatkan oleh bakteri dan mulai mengalami degradasi akibat komposisi nutrisinya. Oleh karena itu, untuk menghindari masalah ini, disarankan menggunakan biomassa alga kering. Ekstraksi dilakukan dengan mencampurkan 0,1g biomassa kering dengan sejumlah pelarut, kemudian sonikasi dilakukan dengan waktu dan amplitudo sesuai rancangan percobaan. Suspensi sampel disonikasi menggunakan alat disrupsi sel ultrasonik UP50H dari Hielscher, diikuti sentrifugasi selama 15 min pada 13.500rpm menggunakan sentrifus berpendingin. Kandungan fikosianin dan protein selama ekstraksi dengan pelarut yang berbeda, yaitu kalsium klorida dan air suling, diteliti.
Jumlah fikosianin maksimum, yaitu 0,3116mg/ml, diperoleh dalam larutan kalsium klorida, diikuti oleh 0,299mg/ml dalam air suling. Jumlah protein maksimum, yaitu 63,63%, diperoleh dalam pelarut air suling dan 54,69% dalam larutan kalsium klorida. Dengan demikian, larutan CaCl2 terbukti menjadi pelarut terbaik untuk ekstraksi fikosianin berbantuan ultrasonik.
Ekstraktor Ultrasonik Berkinerja Tinggi untuk Ekstraksi Spirulina
Hielscher adalah mitra Anda yang berpengalaman selama bertahun-tahun dalam ekstraksi ultrasonik yang kuat dan andal untuk memperoleh senyawa bioaktif dari biomassa tanaman dan bahan nabati. Semua ekstraktor ultrasonik dapat dioperasikan 24/7 dan cocok untuk produksi komersial ekstrak suplemen makanan. Rangkaian produk kami mencakup seluruh spektrum, mulai dari alat disrupsi biologis genggam berukuran kecil hingga sonikator skala pilot dan sistem ultrasonik industri. Beragam aksesori seperti berbagai sonotrode dan reaktor sel alir memungkinkan penyesuaian optimal terhadap kebutuhan proses Anda. Semua prosesor ultrasonik Hielscher tangguh, mudah dioperasikan, dan dirancang agar ramah pengguna. Sonikator kami yang dikendalikan secara digital dilengkapi kartu SD bawaan untuk pencatatan otomatis data sonikasi.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran tentang perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:
| Volume Batch | Laju Alir | Perangkat yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10 hingga 200mL/min | UP100H |
| 10 hingga 2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 hingga 20L | 0,2 hingga 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 hingga 100L | 2 hingga 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 hingga 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lebih besar | kelompok unit UIP16000 |
- Pengalaman bertahun-tahun dalam sonikasi
- Kualitas tinggi
- Ketangguhan
- Pengoperasian 24/7
- Dilengkapi perlindungan terhadap pengoperasian tanpa cairan
- Skalabilitas linear
- Layanan pelanggan yang prima
- Kebutuhan perawatan rendah
- Layanan pelatihan & instalasi
- Pusat teknis
- Pengembangan proses
- Peralatan ultrasonik yang disesuaikan dengan kebutuhan
Staf kami yang terlatih dengan baik memastikan layanan pelanggan berkualitas tinggi dan konsultasi profesional.
Hubungi kami hari ini! Kami dengan senang hati merekomendasikan ekstraktor ultrasonik yang paling sesuai untuk aplikasi Anda.
Ekstraktor ultrasonik berdaya tinggi dari skala laboratorium hingga skala pilot dan industri.
Literatur/Referensi
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): An efficient extraction of phycocyanin by ultrasonication and separation using ‘sugaring out’. Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
- Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Standardization of rapid and economical method for neutraceuticals extraction from algae. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, May 2011.
Fakta yang Perlu Diketahui
Spirulina
Spirulina adalah salah satu jenis sianobakteri (juga dikenal sebagai cyanophyta), yaitu filum bakteri yang memperoleh energi melalui fotosintesis. Sianobakteri merupakan satu-satunya prokariota fotosintetik yang mampu menghasilkan oksigen. Nama sianobakteri berasal dari warna bakteri tersebut (bahasa Yunani: κυανός, transliterasi: kyanós, arti harfiah: biru). Karena warnanya, sianobakteri juga disebut alga biru-hijau, meskipun istilah alga dalam penggunaan modern dibatasi pada eukariota. Spirulina platensis (S. platensis) adalah sianobakteri prokariotik multifilamen yang dapat dengan mudah dibudidayakan sebagai monokultur di kolam terbuka atau bioreaktor tertutup. C-fikosianin (C-PC) merupakan fikobiliprotein utama dalam spirulina.
Ekstrak spirulina
Spirulina adalah suplemen makanan populer yang berasal dari biomassa sianobakteri laut (alga biru-hijau). Dua spesies spirulina yang digunakan untuk pembuatan suplemen protein dan pigmen vegan adalah Arthrospira platensis dan Arthrospira maxima. Ekstrak yang dilepaskan dari mikroalga ini kaya akan antioksidan, asam amino, dan vitamin. Oleh karena itu, bubuk ekstrak biru ini ditambahkan ke jus, smoothie, shake, dan minuman untuk memberikan warna biru pekat yang indah. Sebagai alternatif, ekstrak spirulina dapat dikonsumsi dalam bentuk tablet.
Fikosianin, alofikosianin, dan fikoeritrin merupakan kompleks pigmen-protein dari keluarga fikobiliprotein pemanen cahaya, yang dikenal karena warna biru mudanya yang intens. Fikosianin merupakan pigmen aksesori bagi klorofil. Karena semua fikobiliprotein larut dalam air, fikobiliprotein tidak berada di dalam membran, melainkan terikat sebagai agregat (disebut fikobilisom) pada membran sel.
Ekstraksi Ultrasonik dan Disrupsi Sel
Ekstraksi Berbantuan Ultrasonik (UAE) digunakan untuk melepaskan dan mengisolasi senyawa bioaktif dari bahan nabati serta jaringan.
Dalam proses ekstraksi ultrasonik, gelombang ultrasonik berintensitas tinggi dikopel ke dalam medium, tempat gelombang tersebut menghasilkan kompresi dan ekspansi secara bergantian. Selama siklus kompresi / ekspansi, terbentuk gelembung vakum yang membesar selama beberapa siklus hingga tidak dapat menyerap energi lagi sehingga mengalami implosi hebat. Implosi gelembung menghasilkan kondisi berenergi sangat tinggi dengan suhu lokal hingga 5000K, perbedaan tekanan sebesar 1000atm, laju pemanasan dan pendinginan di atas 1010 K/s, serta semburan cairan dengan kecepatan 280m/s. Fenomena ini dikenal sebagai kavitasi akustik.
Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada kavitasi akustik dan gaya geser hidrodinamiknya