超音波抽出は、効果的かつ迅速に藻類細胞を破壊する優れた方法です。超音波処理は、超音波技術を非常に効率的にする生物活性化合物の完全な量を放出することができます。

超音波で藻類からタンパク質、脂質およびフェノール類を抽出する方法

藻類および微小藻類種は、タンパク質、脂質、カロテノイド、顔料(例えば、タンパク質、カロテノイド、顔料など生物学的に活性な化合物が豊富である フィコシアニン、 アスタキサンチン 等)、フェノール類および多糖類。これは、食品や栄養補助食品の抽出物を生産するために広く使用される天然素材になります。栄養補助食品に一般的に使用される藻類種は、 アルトロスピラマキシマ (スピルリナとも呼ばれる) クロレラ・サルガリス、 ヘマトコッカス・プルヴィアリス、および ウルヴァspp.藻類は、高品質のタンパク質、脂質、長鎖PUFA(オメガ3)、多糖類(例えばアルギン酸塩、カラギーナン、βグルカン)、ビタミン、抗酸化物質の良い供給源として知られています。
スピルリナは広く利用可能で、一般的に使用されるタイプの藻類で、タンパク質などの高価値の生理活性化合物が豊富です(50〜70%のドライwt)。スピルリナは、FDA(米国食品医薬品局)によってGRAS(一般に安全であると認識される)として承認されているため、スピルリナおよびスピルリナ抽出物は、市販食品または食品サプリメントとして使用することができます。

超音波藻類抽出の利点

超音波抽出は、高収率、信頼性、安全性、シンプルさ、環境への配慮など、マニホールドポイントでの代替抽出方法に優れています。

完全抽出収量

高性能超音波処理器は、細胞内物質が放出されるように、藻類細胞を開いて破壊します。超音波抽出は、それにより、生理活性化合物の完全なスペクトル、例えば、フィコビリタンパク質、カロテノイドおよび脂質およびフェノールを放出する。
フィコビリタンパク質は、クロロフィコシアニン、アロフィコシアニン、フィコエリスリンの3つの主要なグループに分化することができます。C-フィコシアニンは、食品や医薬品に広く使用されている天然青色顔料です。超音波抽出は、タンパク質の完全なスペクトルを解放します。

高い抽出効率

Duangseeら(2009)は、Arthospiraバイオマスからの生物活性化合物の抽出(超音波支援溶媒抽出と解凍による超音波支援溶媒抽出と抽出)の2つの異なる方法を試験し、超音波溶媒抽出がより高い抽出効率(22.1%)をもたらしたことを発見した凍結と解凍よりも(15.6%)。超音波処理と繰り返し凍結と解凍の間の細胞破断比較は、超音波処理がより効果的であることを示しています。超音波キャビテーションは、迅速かつ効果的に反復凍結および解凍によって処理されたスピルリナ細胞と比較して、より高い細胞破壊をもたらす藻類細胞を破壊する。
超音波処理は、繰り返し凍結と解凍と比較したときに細胞エンベロープを破る際に効果的でした。フィコシアニンの抽出収率は、処理温度が抽出効率に影響を与えたことを示した。

迅速な抽出プロセス

高性能超音波システムは、藻類の懸濁液に高振幅を介して高い超音波パワーを適用することができます。これは、超音波抽出は非常に高速な処理方法になります。

温度管理

超音波は、非熱、純粋に機械的な抽出技術です。抽出温度は、デジタルヒールシャー超音波処理器に配線されたプラグ可能な温度センサを使用して正確に制御することができます。ヒールシャーのデジタル超音波器のソフトウェアは、温度制限に達したときに超音波ホモジナイザーが一時停止するように、温度制限を設定することができます。精密な温度制御は、例えば、フィコビリタンパク質、ビタミン、ポリフェノール、多糖類、脂質および他の生物活性化合物などの熱感受性材料の熱分解を防ぐことができます。

各種溶剤に対応

超音波は、ほぼすべての溶媒と互換性があります。水やエタノールなどの緑色の溶媒と組み合わせて超音波抽出は、きれいな抽出物を生成します。これらの超音波抽出物は、エタノールおよび水の抽出溶媒がGRAS(一般に安全であると認識される)状態を有するので、食品に安全に組み込むことができる。

再現性とプロセス標準化

ヒールシャーのデジタル超音波処理器は、インテリジェントなソフトウェアと理想的な抽出パラメータのための設定の精巧な様々なが付属しています。ソフトウェアは、すべての超音波プロセスパラメータ(例えば、振幅、純電力、総電力、温度、圧力、時間、日付)をプロトコルし、内蔵のSDカード上のCSVファイルに超音波処理データを書き込みます。これにより、抽出プロセスを標準化し、超音波処理と品質出力を密接に監視することができます。これらの機能は、プロセスのスタットの要件だけでなく、グッド製造慣行(GMP)を満たすのに役立ちます, サプリメントのために抽出物が生産されたときに両方の非常に重要です, 食品や医薬品.

超音波フィコシアニン抽出プロトコル

Mazumderら(2017)は、アルトスピラプラテンシスからのフィコシアニンおよびフェノール類の超音波抽出のための最適な処理パラメータを調査した。フィコシアニン(29.9mg/g)および全フェノール類(2.4mg/g)の最大収率は、40%エタノール濃度、34.9°C抽出温度を超音波処理器UP50H(50ワット、30kHz)で95%の吸引時間で得た。

ヴェルネスら(2019年)は、 UIP1000hdT（1000W、20kHzの） スピルリナからタンパク質を抽出する超音波処理器。超音波装置はBS2d34ソトロードと超音波流れ反応器を装備していました(フローセルとゼーペックスポンプを用いた正確な超音波抽出設定については、下の図を参照)。

研究結果は、タンパク質収量に最適化された超音波抽出条件がわずかに上昇した温度と圧力(いわゆるmanothermo超音波処理MTS)を含むことを示しています。MTSは、質量移動を促進し、超音波なしの従来のプロセス(8.63 ±1.15 g/100 gドライwt)よりも229%多くのタンパク質(28.42±1.15 g/100 gドライwt)を得ることができます。
抽出物中の乾燥スピルリナバイオマス100g当たり28.42gのタンパク質を用いて、連続超音波処理プロセスでわずか6分で50%のタンパク質回収率が達成された。顕微鏡イメージングは、音響キャビテーションが断片化、ソノポレーション、デテクテーションなどの異なるメカニズムによってスピルリナフィラメントに影響を与えることを明らかにします。これらの様々な効果は、スピルリナ生物活性化合物の抽出、放出および可溶化をより容易かつ効果的にし、高品質の高いタンパク質収率をもたらす。
超音波抽出タンパク質の質に関しては、アミノ酸は超音波処理によって分解されなかったが、従来の抽出と比較した場合の超音波処理の場合には、より多くの量で存在する。
圧力と温度の上昇を伴わないmanothermo超音波処理と超音波抽出を比較すると、抽出収量と効率の差は最小限に抑えられます。従って、超音波単独は、スピルリナタンパク質に富んだ高品質の抽出物を生成する最も経済的で最も簡単な技術であると考えられる。超音波抽出は、パイロットおよび工業規模に容易にスケーリングすることができる実験室規模でスピルリナからのタンパク質抽出に適した緑、環境に優しい抽出技術です。 (ベルネスら 2019年)

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