スピルリナ色素の超音波抽出
超音波抽出は、微細藻類の優れた品質の抽出物の単離のために非常に効率的であることが証明されている。フィコシアニンなどのスピルリナ色素はスーパーフードとして知られ、抗酸化物質、ビタミン、タンパク質を多く含むため、健康効果に貢献します。粉末や錠剤などの高濃度サプリメントを製造するために、青い顔料は、スピルリナ藻類から抽出する必要があります。
スピルリナ
Arthrospira platensis(A.プラテンシス)とArthrospira maxima(A.マキシマ)は、スピルリナという用語で知られています。スピルリナは、アミノ酸と抗酸化物質が豊富な青緑色の藻類です。タンパク質、酵素、ミネラル、ビタミンA、K、B12、鉄、マンガンなどの栄養素を多く含み、スーパーフードに分類される。藻類の中でも特にタンパク質の含有量が多いのは、アルトロスピラ属である。そのタンパク質含有量は乾燥重量で53~68%で、必須アミノ酸をすべて含んでいる。さらに、アルスロスピラは多価不飽和脂肪酸(PUFA)を多量に含んでおり、これは全脂質含有量5~6%のうち約1.5~2%を占める。これらのPUFAには、必須オメガ6脂肪酸であるγ-リノレン酸(GLA)が含まれている。Arthrospiraのその他の生物活性化合物には、ビタミン、ミネラル、光合成色素が含まれる。
注:科学的には、スピルリナ・プラテンシス(S. platensis)とスピルリナ・マキシマ(S. maxima)は、正しくはアルスロスピラ・プラテンシス(A. platensis)とアルスロスピラ・マキシマ(A. maxima)と呼ばれる。両種はかつてスピルリナ属に分類され、今日までスピルリナの名で口語的に知られている。ArthrospiraとSpirulinaの2つの別々の属の導入は、現在一般的に受け入れられているが、用語スピルリナは、しばしば包括的な用語として使用されます。
超音波スピルリナ抽出
超音波細胞破砕器(超音波抽出器とも呼ばれる)は、細胞を開いて細胞内物質を放出させる能力でよく知られている。強力な超音波が流体に結合されると、音響キャビテーション現象が起こる。キャビテーション力により細胞壁が破壊され、物質移動が促進されるため、生物活性のある標的化合物が細胞から液体中に輸送される。
超音波抽出の利点
- 高収量
- 優れたエキス品質
- 迅速な抽出
- マイルドな非加熱プロセス
- 各種溶剤
- セーフ
- 操作が簡単
- リニア・スケールアップ
- ローメンテナンス
- 迅速なROI
抽出プロトコル
Prabuthasら(2011)は、高品質のフィコシアニン抽出物を得るために、以下の抽出プロトコルを開発した:フィコシアニン抽出は、蒸留水と1%CaCl2溶液を使用してフィコシアニン濃度の観点から評価した。海藻であるスピルリナは乾燥した状態で使用される。したがって、これらの問題を避けるために、乾燥藻類バイオマスの使用が推奨される。抽出は、乾燥バイオマス0.1gを溶媒量と混合し、実験計画に従って超音波処理を時間と振幅で行った。サンプル懸濁液は、Hielscher社のUP50H超音波細胞破砕機を用いて超音波処理し、その後、冷蔵遠心分離機を用いて13500rpmで15分間遠心分離した。塩化カルシウムと蒸留水を溶媒として抽出し、フィコシアニンとタンパク質の含有量を調べた。
フィコシアニンの最大量は、塩化カルシウム溶液で0.3116mg/ml、次いで蒸留水で0.299mg/mlであった。タンパク質の最大量は蒸留水で63.63%、塩化カルシウム溶液で54.69%であった。このことから、塩化カルシウム溶液が超音波を用いたフィコシアニンの抽出に最適な溶媒であることがわかった。
スピルリナ抽出用高性能超音波抽出器
Hielscher社は、植物および植物バイオマスからの生物活性の強力で信頼性の高い超音波抽出に関して、長期にわたる経験豊富なパートナーです。すべての超音波抽出装置は24時間365日稼働可能で、栄養抽出物の商業生産に適しています。当社の製品レンジは、小型のハンドヘルド型バイオディスラプターからパイロット用超音波発生装置、工業用超音波システムまで、あらゆる範囲をカバーしています。様々なソノトロードやフローセルリアクターなどのアクセサリーにより、お客様のプロセス要件に最適に適合させることができます。Hielscher社の超音波処理装置は、堅牢で操作が簡単、使いやすさを追求した設計となっています。デジタル制御の超音波処理装置には、超音波処理データの自動プロトコルのためのSDカードが内蔵されています。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です:
バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
---|---|---|
1〜500mL | 10~200mL/分 | UP100H |
10〜2000mL | 20~400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
0.1~20L | 0.2~4L/分 | UIP2000hdT |
10~100L | 2~10L/分 | UIP4000 |
n.a. | 10~100L/分 | uip16000 |
n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
- 超音波処理における長期にわたる経験
- 高品質
- 堅牢性
- 年中無休
- ドライラン・プロテクション
- 線形スケーラビリティ
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- ローメンテナンス
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- テクニカルセンター
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文献/参考文献
- 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.
知っておくべき事実
スピルリナ
スピルリナはシアノバクテリア(藍藻類)の一種で、光合成によってエネルギーを得る細菌門である。光合成を行う原核生物の中で唯一、酸素を生産することができる。シアノバクテリアという名前は、バクテリアの色(ギリシャ語: κυανός, 翻訳: kyanós, lit.)その色からアオコとも呼ばれるが、現代で藻類と呼ばれるのは真核生物に限られる。スピルリナ・プラテンシス(S. platensis)は多繊維の原核藍藻で、開放池や閉鎖型バイオリアクターで単細胞培養が容易である。C-フィコシアニン(C-PC)はスピルリナの主要なフィコビリタンパク質である。
スピルリナ抽出物
スピルリナは、海洋シアノバクテリア(藍藻類)のバイオマスから派生した人気の栄養補助食品です。ビーガンのタンパク質と色素サプリメントの調製に使用される2つのスピルリナ種は、Arthrospira platensisとArthrospira maximaです。これらの微細藻類から放出されるエキスには、抗酸化物質、アミノ酸、ビタミンが豊富に含まれている。したがって、青いエキスパウダーは、ジュース、スムージー、シェイクや飲み物に追加され、それらに美しい強烈な青色を与える。また、スピルリナ抽出物は、錠剤の形で消費することができます。
フィコシアニン・アロフィコシアニン・フィコエリスリンは、光捕集性フィコビリタンパク質ファミリーに属する色素-タンパク質複合体で、その強い水色で知られている。フィコシアニンはクロロフィルの付属色素である。すべてのフィコビリタンパク質は水溶性であるため、細胞膜内には存在せず、フィコビリタンパク質は凝集体(いわゆるフィコビリソーム)として細胞膜に結合している。
超音波抽出と細胞破壊
超音波アシスト抽出(UAE)は、植物材料や組織から生物活性化合物を放出・分離するために使用される。
超音波抽出プロセスでは、強力な超音波が媒体に結合され、圧縮と膨張を交互に繰り返す。圧縮と膨張のサイクルの間、真空の気泡が発生し、それが数サイクルの間に成長し、それ以上のエネルギーを吸収できなくなり、激しく破裂する。気泡の爆縮により、局所的に最高5000Kの温度、1000atmの圧力差、1010K/sを超える加熱・冷却速度、280m/sの流速を持つ液体ジェットが発生し、非常にエネルギッシュな状態となる。この現象は音響キャビテーションとして知られている。