スピルリナ色素の超音波抽出
超音波抽出は、微細藻類から優れた品質の抽出物を分離するうえで、非常に効率的であることが実証されています。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ており、抗酸化物質、ビタミン、タンパク質を豊富に含むため、健康に有益な効果をもたらします。粉末や錠剤などの高濃度サプリメントを製造するには、スピルリナ藻類から青色色素を抽出する必要があります。
スピルリナ
Arthrospira platensis (A. platensis) と Arthrospira maxima (A. maxima) は、スピルリナという名称で知られています。スピルリナは、アミノ酸と抗酸化物質を豊富に含む藍藻です。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豊富に含むため、スーパーフードに分類されています。藻類のArthrospira属は、特にタンパク質含有量が高いことで知られています。そのタンパク質含有量は乾燥重量の53–68%で、すべての必須アミノ酸を含んでいます。さらに、Arthrospiraは多価不飽和脂肪酸（PUFAs）を多く含み、その量は5–6%の総脂質含有量の約1.5–2%です。これらのPUFAsには、必須オメガ6脂肪酸であるγ-リノレン酸（GLA）が含まれます。Arthrospiraに含まれるその他の生理活性化合物には、ビタミン、ミネラル、光合成色素があります。
注：科学的には、Spirulina platensis (S. platensis) と Spirulina maxima (S. maxima) の正しい名称は、Arthrospira platensis (A. platensis) と Arthrospira maxima (A. maxima) です。両種はかつてSpirulina属に分類されており、現在でも一般にスピルリナという名称で知られています。現在ではArthrospiraとSpirulinaを別々の二つの属とする分類が広く受け入れられていますが、スピルリナという名称はしばしば総称として用いられています。
スピルリナの超音波抽出
超音波細胞破砕装置（超音波抽出装置とも呼ばれます）は、細胞を破って細胞内物質を放出させる能力でよく知られています。強力な超音波を液体に結合させると、音響キャビテーションという現象が生じます。キャビテーションによる力が細胞壁を破砕し、物質移動を促進することで、目的の生理活性化合物が細胞内から液体中へ移動します。
細胞からの超音波抽出：顕微鏡による横断面（TS）は、細胞からの超音波抽出における作用機構を示しています（倍率2000x）［出典：Vilkhu et al. 2011］
超音波抽出の利点
- 高収率
- 優れた抽出物品質
- 迅速な抽出
- 穏やかな非熱的プロセス
- 多様な溶媒
- 安全
- 簡単な操作
- 線形スケールアップ
- 少ないメンテナンス
- 迅速な投資回収
抽出プロトコル
Prabuthas et al. (2011) は、高品質のフィコシアニン抽出物を得るため、次の抽出プロトコルを開発しました。蒸留水および1% CaCl2溶液を使用し、フィコシアニン濃度に基づいてフィコシアニン抽出を評価しました。海藻であるスピルリナは乾燥状態で使用します。湿潤バイオマスは、その栄養組成のために細菌によって直ちに利用され、分解が始まるからです。そのため、こうした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ます。抽出は、0.1gの乾燥バイオマスを溶媒と混合して行い、実験計画に従った時間および振幅で超音波処理を実施しました。サンプル懸濁液をHielscherのUP50H超音波細胞破砕装置で超音波処理した後、冷却遠心機を使用して13500rpmで15 min遠心分離しました。塩化カルシウムと蒸留水という異なる溶媒を用いた抽出におけるフィコシアニンおよびタンパク質含有量を調べました。
フィコシアニンの最大量である0.3116mg/mlは塩化カルシウム溶液で得られ、蒸留水ではそれに次ぐ0.299mg/mlが得られました。タンパク質の最大量である63.63%は蒸留水を溶媒とした場合に得られ、塩化カルシウム溶液では54.69%でした。したがって、CaCl2溶液は、超音波支援によるフィコシアニン抽出に最適な溶媒であることが分かりました。
スピルリナ抽出用の高性能超音波抽出装置
Hielscherは、植物および植物由来バイオマスからの生理活性物質の強力で信頼性の高い超音波抽出において、長年の経験を持つパートナーです。すべての超音波抽出装置は24/7運転が可能で、食用抽出物の商業生産に適しています。当社の製品群は、小型の手持ち式生体試料破砕装置からパイロット用超音波装置、産業用超音波システムまで、あらゆる規模を網羅しています。各種ソノトロードやフローセル反応器などの多様な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の超音波処理装置はすべて堅牢で操作が簡単であり、使いやすさを重視して設計されています。当社のデジタル制御式超音波装置には、超音波処理データを自動記録するためのSDカードが内蔵されています。
下表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | より大きい流量 | クラスター構成の UIP16000 |
- 超音波処理における長年の経験
- 高品質
- 堅牢性
- 24/7運転
- 空運転保護
- 線形スケーラビリティ
- 優れたカスタマーサービス
- 少ないメンテナンス
- トレーニングおよび設置サービス
- テクニカルセンター
- プロセス開発
- カスタマイズされた超音波装置
十分な訓練を受けた当社のスタッフが、質の高いカスタマーサービスと専門的なコンサルティングを提供します。
ぜひ今すぐお問い合わせください。お客様の用途に最適な超音波抽出装置をご提案いたします。
ラボからパイロット、産業規模まで対応する高出力超音波抽出装置。
文献／参考資料
- 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.
知っておきたい情報
スピルリナ
スピルリナはシアノバクテリア（藍藻植物とも呼ばれます）の一種であり、シアノバクテリアは光合成によってエネルギーを得る細菌の門です。これらは酸素を生成できる唯一の光合成原核生物です。シアノバクテリアという名称は、細菌の色に由来します（ギリシャ語：κυανός、音訳：kyanós、字義：青）。その色から藍藻とも呼ばれますが、現代の用法では「藻類」という用語は真核生物に限定されています。Spirulina platensis (S. platensis) は、開放池や密閉型バイオリアクターで単一培養として容易に育てられる、多糸状の原核性シアノバクテリアです。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す。
スピルリナ抽出物
スピルリナは、海洋性シアノバクテリア（藍藻）のバイオマスに由来する、人気のある栄養補助食品です。ヴィーガン向けのタンパク質および色素サプリメントの製造に使用されるスピルリナの二種は、Arthrospira platensisとArthrospira maximaです。これらの微細藻類から放出される抽出物には、抗酸化物質、アミノ酸、ビタミンが豊富に含まれています。そのため、青色の抽出粉末はジュース、スムージー、シェイク、飲料に添加され、美しく鮮やかな青色を与えます。また、スピルリナ抽出物は錠剤として摂取することもできます。
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、集光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、鮮やかな淡青色で知られています。フィコシアニンはクロロフィルの補助色素です。すべてのフィコビリタンパク質は水溶性であるため、膜内部には存在せず、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ます。
超音波抽出と細胞破砕
超音波支援抽出（UAE）は、植物由来材料や組織から生理活性化合物を放出させ、分離するために使用されます。
超音波抽出プロセスでは、強力な超音波を媒体に結合させ、超音波によって圧縮と膨張が交互に生じます。圧縮／膨張サイクルの間に真空気泡が形成され、数サイクルにわたって成長し、それ以上エネルギーを吸収できなくなると激しく圧壊します。気泡の圧壊は、局所的に最大5000Kの温度、1000atmの圧力差、1010 K/sを超える加熱および冷却速度、さらに速度280m/sの液体ジェットを伴う、非常に高いエネルギー状態を生み出します。この現象は音響キャビテーションとして知られています。
超音波抽出は、音響キャビテーションとそれによる流体力学的せん断力に基づいています