超音波アスタキサンチン抽出による収率の向上
- アスタキサンチンは、医薬品や栄養補助食品に使用される非常に強力な抗酸化物質である。
- 藻類などの天然資源から高品質のアスタキサンチンを生産するためには、高性能の抽出技術が必要である。
- 超音波抽出は機械的処理であり、非常に短い抽出時間でアスタキサンチンを高収率で得ることができる。
高品質のアスタキサンチン抽出物のための高性能ソニケーター
超音波抽出は、微細藻類、オキアミ、甲殻類などの天然原料からアスタキサンチンを抽出するために強力な超音波を使用する高性能抽出技術です。アスタキサンチンは天然に存在するカロテノイド色素で、その強力な抗酸化作用と様々な健康効果で知られている。アスタキサンチンは、栄養補助食品や着色料として一般的に使用されています。超音波処理がアスタキサンチン抽出プロセスの改善にどのように役立つかをご覧ください！
高出力超音波によるアスタキサンチン抽出を改善するMultiSonoReactor
微細藻類からのアスタキサンチンの超音波抽出
栄養補助食品用のアスタキサンチンは、その健康上の利点のために人間や動物によって消費され、アスタキサンチンは、魚介類から得られるか、藻類H. pluvialisから抽出される。ヘマトコッカス・プルビアリスは緑色の微細藻類で、高塩分、窒素欠乏、高温、光などのストレス条件が適用されると、高いアスタキサンチン含有量を生成する。藻類細胞あたり最大9.2mg/gのアスタキサンチン（＝H. pluvialisの乾燥重量で最大3.8％）を含むHaematococcus pluvialisは、天然のアスタキサンチンを非常に多く蓄積するため、アスタキサンチンの生産に好ましい生物である。
緑色微細藻類からアスタキサンチンを抽出するためには、藻類細胞を破壊しなければならない。超音波処理は、細胞の破壊、溶解、脂質、抗酸化物質、ポリフェノール、天然色素などの生物活性化合物の単離を目的として確立されている。高性能の超音波は、純粋に機械的な力を発生させ、せん断力によって細胞壁を破壊し、アスタキサンチンなどの生理活性物質の放出を引き起こす。
酵母からのアスタキサンチンの超音波抽出
Phaffia rhodozymaはアスタキサンチンを豊富に含む酵母である。しかし、P. rhodozymaの細胞壁は厚く、主にグルカンから構成され、細胞の剛性を担っているため、細胞破砕とアスタキサンチンの単離は困難な作業である。研究者ら（Gogate et al. 2015）は、超音波抽出と乳酸の組み合わせが細胞破砕を強化し、P. rhodozymaからのアスタキサンチン抽出をより環境に優しいプロセスにすることを発見した。彼らは乳酸を破壊のための媒体として、エタノールを抽出のための溶媒として使用した。アスタキサンチンの最大収率（90％）は、3M乳酸、破砕時間15分の超音波支援抽出アプローチで得られた。UIP4000hd（4kW、左写真参照）のような強力な超音波抽出器と加圧可能なフロースルー反応器との組み合わせにより、非常に強力なキャビテーションを発生させることができる。キャビテーションせん断力により酵母細胞壁が破壊され、細胞内部と溶媒間の物質移動が促進される。
- 優れた歩留まり
- 高速抽出 – 数分以内
- 高品質エキス – マイルド、非加熱
- グリーン溶剤（例：水／エタノール）
- 費用対効果
- 簡単で安全な操作
- 低い投資コストと運用コスト
- 過酷な条件下での24時間365日稼動
- 環境に優しいグリーン・メソッド
超音波アスタキサンチン抽出 – バッチまたは連続フローモード
アスタキサンチンは親油性化合物であり、溶媒（例えば、酢酸エチル中の48.0％エタノール）や油（例えば、大豆油）に溶解することができる。
バッチ： 超音波抽出プロセスは、単純なバッチプロセスとして、あるいは超音波フロースルー反応器を通して連続的に媒体を供給するインライン処理として操作することができる。
バッチ処理は、抽出をロットごとに行う簡単な手順です。Hielscher Ultrasonics社は、1Lから120Lまでの小ロットから大ロットまでの超音波処理装置を提供しています。
5Lから10Lのバッチを処理する場合は、以下をお勧めします。 UP400ST をソノトロードS24d22L2Dで測定した（左写真参照）。
約120Lのバッチを処理する場合は、以下をお勧めします。 ソニケーター UIP2000hdT ソノトロードRS4d40L4を使用。
フロースルー： より大量で本格的な商業的抽出のためには、連続的な液体の流れを超音波リアクターに送り、そこで溶媒と植物のスラリーを激しく超音波処理する。
約8L/min.であれば、以下を推奨する。 UIP4000hdT ソノトロードRS4d40L3および加圧式フローセルFC130L4-3G0付き
UIP2000hdT (2kW）大規模バッチ抽出用
抽出用高性能超音波装置
Hielscher Ultrasonics社は、植物、酵母、細胞から高品質の抽出物を製造するための高性能超音波装置の製造に特化しています。Hielscher Ultrasonicsの幅広い製品ラインナップは、小型でパワフルなラボ用超音波発生装置から、堅牢な卓上型および完全な工業用システムまで多岐にわたり、アスタキサンチン、ケルセチン、カフェイン、クルクミン、テルペンなどの生物活性成分を効率的に抽出・分離するための高強度超音波を発生します。200Wから16,000Wまでのすべてのデジタルソニケーターは、プログラム可能な直感的な設定メニュー、快適な操作のためのカラータッチディスプレイ、自動データ記録のための内蔵SDカード、ブラウザリモコン、その他多くのユーザーフレンドリーな機能を備えています。ソノトロードとフローセル（媒体と接触する部分）はオートクレーブ滅菌が可能で、洗浄も簡単です。当社の超音波装置はすべて24時間365日稼動可能で、メンテナンスが少なく、操作が簡単で安全です。
デジタルカラーディスプレイにより、ユーザーフレンドリーな超音波装置の制御が可能です。当社のシステムは、低振幅から超高振幅まで対応可能です。アスタキサンチンなどの化合物の抽出には、高品質の活性物質を高感度に分離するために最適化された特殊な超音波ソノトロード（超音波プローブまたはホーンとしても知られています）を提供しています。Hielscher社は、加圧可能なフローセルと組み合わせた高振幅用の特別なソノトロードを提供しており、非常に頑丈な酵母細胞でさえも破壊する極度のキャビテーションせん断力を発生させることができます。Hielscherの超音波装置は頑丈で、過酷な環境下でも24時間365日の稼働が可能です。
超音波プロセスパラメーターの正確な制御により、再現性とプロセスの標準化が保証されます。Hielscherの工業規模の自動超音波抽出システムは、優れた品質の抽出物を大量に生産できるように設計されており、同時に労働力、コスト、エネルギーを削減します。
お問い合わせ/ お問い合わせ
文献／参考文献
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
知っておくべき事実
ソノエクストラクション
超音波抽出またはソノ抽出は、音響キャビテーションの原理に基づいている。
強力な超音波が液体系に印加されると、音響キャビテーションが発生し、真空気泡が発生、成長し、最終的に崩壊する現象である（下図参照）。超音波が伝播する間、真空の気泡は振動し、それ以上のエネルギーを吸収できなくなるまで成長します。気泡の成長がピークに達すると、気泡は激しく崩壊し、局所的に熱的、機械的、化学的効果を引き起こす。機械的効果には、1000気圧までの高圧、乱流、激しいせん断力などが含まれる。これらの力は細胞壁を破壊し、細胞内部と溶媒間の物質移動を促進し、生物活性化合物を周囲の液体（溶媒）に放出する。
高強度、低周波数の超音波によって発生する音響キャビテーションは、強いせん断力と局所的に発生する高い圧力・温度差を生み出し、細胞の破砕、激しい混合、物質移動に必要な衝撃を与える。これらの超音波せん断力は、大麻抽出にうまく応用されている。
植物や細胞組織からの化合物の超音波抽出はよく研究されている。高強度の超音波を適用することで、抽出プロセスが大幅に促進される。プロセスの強化に加え – その結果、収率が向上し、抽出時間が短縮される。 – 超音波処理は非加熱処理であるため、熱劣化や温度に敏感な成分の損失が防止される。さらに、超音波抽出は投資コストや運用コストが低く、溶媒の使用量を削減でき、環境に優しい溶媒を使用できるため、経済的で環境に優しい抽出技術である。従来の抽出法を凌駕する超音波支援抽出法（UAE）は、経済的な利益を得て生物活性化合物を生産するために、食品産業から採用されている。
強力な超音波が生体構造の細胞マトリックスを破壊し、生物活性化合物を放出する。植物材料と溶媒の間の物質移動が促進される。このようなメカニズムにより、超音波抽出は大麻抽出に非常に効率的である。
アスタキサンチン
アスタキサンチンは、深い赤色で区別される。アスタキサンチンは脂溶性の色素で、藻類（ヘマトコッカス・プルビアリス、クロレラ・ゾフィンジエンシス、クロロコッカムなど）、酵母（ファフィア・ロドジーマなど）、サケ、マス、オキアミ、エビ、ザリガニなどに含まれる。アスタキサンチンの抗酸化力は、β-カロテン、ルテイン、ゼアキサンチンなど他の多くのカロテノイドの10～20倍、α-トコフェロール（ビタミンE）の100倍も強力であるため、スーパー抗酸化物質と考えられている。
アスタキサンチン（3,3′-ジヒドロキシ-β, β′-カロテン-4,4′-ジオン）は、ケト-カロテノイドであり、5つの炭素前駆体、イソペンテニルジホスフェート、ジメチルアリルジホスフェートから構成されるテルペン（テトラテルペノイドとして）として知られる大きな分類の化合物に属する。アスタキサンチンは、ゼアキサンチンやカンタキサンチンのような酸素含有成分、すなわちヒドロキシル（-OH）またはケトン（C＝O）を有するカロテノイド化合物の一種に分類される。アスタキサンチンは、ゼアキサンチンおよび/またはカンタキサンチンの代謝産物であり、ヒドロキシル官能基とケトン官能基の両方を含む。多くのカロテノイドと同様に、アスタキサンチンは脂溶性の色素であり、その赤色によって区別される。アスタキサンチンを含むカロテノイドは、その抗酸化能でよく知られている。
アスタキサンチンは赤い色素であり、天然には雨水中の微細藻類（Haematococcus pluvialis）とXanthophyllomyces dendrorhous（別名Phaffia rhodozyma）と呼ばれる酵母に由来する。藻類は、栄養不足、塩分濃度の上昇、過度の日照など、1つまたは複数の条件の組み合わせによってストレスを受け、アスタキサンチンを生成する。これらのストレスを受けた淡水微細藻類を摂取する種、例えばサケ、アカマス、マダイ、フラミンゴ、甲殻類（エビ、オキアミ、カニ、ロブスター、ザリガニなど）は、赤橙色の色素を外見に反映する。
サプリメントとして、アスタキサンチンはその健康促進効果や病気治療効果のために投与されている。アスタキサンチンは、皮膚の健康を改善するために投与される栄養補助食品として確立されている（例えば、しわの減少、日焼けによる損傷など）。
さらに、アスタキサンチンは、アルツハイマー病、パーキンソン病、心臓・血管疾患、高コレステロール、肝臓疾患、加齢黄斑変性症、がん予防の治療薬としても注目されている。
