Partizione trifase potenziata con ultrasuoni
- La partizione trifase (TPP) è una tecnica per estrarre, separare e purificare componenti, come lipidi, enzimi, polisaccaridi e altre biomolecole, da materiale biologico.
- La partizione trifase assistita da ultrasuoni eccelle sulla partizione trifase convenzionale grazie alla maggiore resa, alla migliore purezza e all'eccezionale velocità.
- La suddivisione trifase a ultrasuoni è applicabile a piccoli e grandi volumi e può essere facilmente scalata alla produzione industriale.
Partitura trifase ad ultrasuoni
Partizione trifase
La partizione trifase (TPP) è un processo semplice ed efficiente in un'unica fase per la separazione, la purificazione e la concentrazione di biomolecole come enzimi, lipidi, polisaccaridi ecc. da miscele complesse.
La TPP viene eseguita mediante l'aggiunta sequenziale di una quantità sufficiente di sale (tipicamente solfato di ammonio) e di un solvente organico (principalmente t-butanolo/tert-butanolo). Sali come il solfato di ammonio vengono utilizzati a una certa saturazione per far precipitare la proteina. Un solvente organico come t-Il butanolo viene aggiunto per formare strati trifasici e per rimuovere composti a basso peso molecolare come lipidi, fenoli e alcuni detergenti. Da quando t-Ilbutanolo ha un punto di ebollizione elevato, ma è meno infiammabile dell'etanolo e del metanolo, t-Il solvente preferito per il TPP è ilbutanolo.
Dopo il trattamento dell'estratto grezzo e la decantazione, la miscela si separa in tre fasi distinte: il solvente superiore (t-La fase acquosa contiene composti non polari, che vengono separati dalla fase acquosa inferiore (contenente composti polari) da un precipitato proteico interfacciale. Le proteine desiderate vengono partizionate selettivamente in una fase e le altre proteine contaminanti nell'altra fase. In questo modo si ottiene una parziale purificazione e concentrazione delle proteine. Il processo di estrazione è un amalgama di kosmotropia, salatura, cosolvente isotonico e precipitazione osmotica delle proteine.
Partizione trifase potenziata con ultrasuoni
La sonicazione intensifica notevolmente il processo TPP. La partizione trifasica assistita da ultrasuoni è stata applicata con successo per la separazione e la purificazione di biomolecole. Un'ampia gamma di biomolecole è stata isolata in modo più efficiente e in tempi più brevi. Ad esempio, enzimi provenienti da piante (ad esempio bromelina, papaina, invertasi, polifenolossidasi e inibitori della tripsina), animali (ad esempio tripsina, α- chimotripsina, chimosina, pepsina e luciferasi) e microbi (ad esempio lipasi, α-ammoniopina, α-ammoniopina e luciferasi).lipasi, α-amilasi, α-galattosidasi, serratiopeptidasi, ciclodestrina glicosiltransferasi ed enzimi fibrinolitici) sono stati purificati mediante TPP a ultrasuoni. Un ulteriore vantaggio della partizione trifasica a ultrasuoni è l'aumento dell'attività di vari enzimi, che si traduce in rese apparentemente più elevate (circa il 100%), poiché l'enzima o la proteina in questione precipita nello strato intermedio tra la fase organica e quella acquosa.
La suddivisione trifase a ultrasuoni può essere utilizzata efficacemente con campioni grezzi e può essere facilmente scalata.
La sonicazione migliora significativamente la suddivisione trifase e consente di ottenere una resa e una purezza maggiori in tempi di processo drasticamente più brevi.
- maggiore resa
- recupero rapido
- elevata purezza
- Risparmio di tempo
- Poco costoso
- facile da gestire
- ecologico
- per il laboratorio e l'industria
Esempi di suddivisione trifase a ultrasuoni (US-TPP)
TPP a ultrasuoni per l'estrazione dell'astaxantina
Per l'estrazione dell'astaxantina (AX), il trattamento combinato di TPP e sonicazione con il sonicatore Hielscher UP400S non è solo una tecnica semplice e facilmente applicabile, ma anche molto efficiente per isolare AX dalla biomassa batterica di Paracoccus NBRC 101723. Le variabili operative della sonicazione possono essere ottimizzate per ottenere risultati di estrazione ottimali. I parametri del trattamento a ultrasuoni, come l'ampiezza, il tempo, la temperatura e il recipiente di estrazione (dimensione e forma), nonché la dimensione delle particelle della biomassa, influenzano in modo significativo il rilascio ultrasonico di AX dalla biomassa. L'ultrasonicazione della biomassa umida dà risultati migliori rispetto alla TPP ultrasonica della biomassa essiccata per un'estrazione rapida ed efficiente dell'AX. La TPP a ultrasuoni determina un recupero di AX superiore del 37% rispetto all'estrazione convenzionale con solvente. (cfr. Chougle et al. 2013)
TPP a ultrasuoni per la separazione di andrografolide da Andrographis paniculata
L'andrografolide è un diterpenoide labdano, apprezzato per i suoi elevati effetti antinfiammatori, antiossidanti, epatoprotettivi, anticancerogeni e antidiabetici. Studi comparativi dimostrano che la TPP a ultrasuoni non solo aumenta la resa di andrografolide, ma migliora anche l'attività antiossidante rispetto alla TPP convenzionale.
Sonicatori ad alte prestazioni per la suddivisione trifase
Hielscher Ultrasonics è specializzata nella progettazione e produzione di sistemi a ultrasuoni ad alta potenza per l'estrazione e per molti altri processi.
La nostra gamma di prodotti comprende piccoli e potenti sonicatori da laboratorio, robusti omogeneizzatori da banco e sistemi industriali a ultrasuoni ad alte prestazioni. Gli accessori manifold consentono di adattare in modo ideale il sistema a ultrasuoni ai requisiti specifici del processo. Tutti i sonicatori Hielscher sono costruiti per funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico.
La nostra lunga esperienza nel settore della lavorazione a ultrasuoni ci permette di consigliare i nostri clienti dai primi test con gli ultrasuoni fino alle fasi di ottimizzazione del processo e all'implementazione su scala industriale.
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Omogeneizzatore a ultrasuoni UP400St per l'intensificazione della suddivisione in tre fasi
Letteratura/riferimenti
- Chougle, J.A: et al. (2013): Partizione trifase assistita da ultrasuoni (UATPP): Una nuova tecnica sviluppata per l'estrazione di astaxantina da Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Conferenza annuale dell'Università di Saskatchewan, Saskatoon, 7-10 luglio 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Partizione di fase per la separazione degli enzimi: Una panoramica e recenti applicazioni. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1-24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Estrazione potenziata di oleoresina dalla polvere di rizoma di zenzero (Zingiber officinale) mediante partizione trifasica assistita da enzimi. Food Chemistry 216, 2017. 27-36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Ultrasuoni sinergizzati con partizione trifase per l'estrazione e la separazione dei polisaccaridi di Corbicula fluminea e possibili meccanismi rilevanti. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128-134.
Particolarità / Cose da sapere
Suddivisione trifase (TPP)
La TPP è una tecnica di bioseparazione basata sulla partizione di costituenti polari, proteine e idrofobici in tre fasi comprendenti acqua, solfato di ammonio e t-butanolo.
Molti importanti enzimi terapeutici e industriali (ad esempio α-galattocidasi, inibitori dell'α-amilasi e proteasi) e composti naturali (ad esempio diterpeni come la forskolina e l'andrografolide) vengono purificati mediante partizione trifasica. Mentre i pigmenti, i lipidi e gli inibitori enzimatici si accumulano nella fase solvente superiore, che è separata dalla fase acquosa inferiore, dove si accumulano i componenti polari come i saccaridi, da uno strato intermedio precipitato di proteine. Dal momento che t-Il butanolo lega le proteine impregnate di TPP, che si presentano come coprecipitati di proteine-t-butanolo, galleggiano tra lo strato organico e quello acquoso e possono essere facilmente separate e purificate. In generale, le biomolecole vengono recuperate in forma purificata nell'interfase, mentre i contaminanti si separano per lo più nello strato organico e in quello acquoso. t-butanolo (fase superiore) e alla fase acquosa (fase inferiore).
astaxantina
L'astaxantina (3, 3´-diidrossi-ß, ß-carotene 4, 4´-dione) è un cheto-carotenoide che appartiene alla classe dei terpeni. Come tetraterpenoide è costruito a partire da cinque precursori di carbonio, l'isopentenil difosfato e il dimetilallil difosfato. L'astaxantina è un pigmento vegetale di colore giallo-arancio e pertanto è classificata come una xantofilla. L'astaxantina si trova principalmente in microalghe, lievito, salmonoidi, trote, krill, gamberi e crostacei. Essendo un potente scavenger dei radicali liberi, un protettore della pelle, un anticancerogeno e un potenziatore del sistema immunitario, l'astaxantina è utilizzata come integratore e additivo in alimenti, prodotti farmaceutici e cosmetici. Il TPP a ultrasuoni migliora il processo di estrazione e separazione dell'astaxantina da fonti naturali e rende la sua produzione economica applicabile a livello industriale.
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