超音波で強化する三相分配
- 三相分配（TPP）は、生物材料から脂質、酵素、多糖類、その他の生体分子などの成分を抽出、分離、精製する技術です。
- 超音波支援三相分配は、より高い収率、向上した純度、卓越した処理速度により、従来の三相分配を上回ります。
- 超音波三相分配は少量にも大量にも適用でき、工業生産へのスケールアップも容易です。
超音波三相分配
三相分配
三相分配（TPP）は、複雑な混合物から酵素、脂質、多糖類などの生体分子を分離、精製、濃縮する、簡便で効率的な単一工程のプロセスです。
TPPは、十分な量の塩（通常は硫酸アンモニウム）と有機溶媒（主に t-ブタノール/tert-ブタノール）を順次添加して行います。硫酸アンモニウムなどの塩を特定の飽和度で使用し、タンパク質を沈殿させます。 t-ブタノールなどの有機溶媒を添加して三相の層を形成し、脂質、フェノール性化合物、一部の界面活性剤などの低分子量化合物を除去します。 t-ブタノールは沸点が高く、エタノールやメタノールよりも燃えにくいため、 t-ブタノールはTPPに適した溶媒として優先的に選ばれます。
粗抽出物の処理とデカンテーションの後、混合物は明確に異なる三つの相に分かれます。上部の溶媒（t-ブタノール）相には非極性化合物が含まれ、界面のタンパク質沈殿によって、極性化合物を含む下部の水相から隔てられます。目的のタンパク質は一方の相に、その他の不純物となるタンパク質はもう一方の相に選択的に分配されます。これにより、タンパク質が部分的に精製、濃縮されます。この抽出プロセスは、コスモトロピック作用、塩析、等張共溶媒、および浸透圧作用によるタンパク質の沈殿を組み合わせたものです。
超音波で強化する三相分配
超音波処理はTPPプロセスを大幅に強化します。超音波支援三相分配は、生体分子の分離と精製に有効に利用されています。幅広い生体分子が、より短時間で、より効率的に単離されています。例えば、植物由来の酵素（ブロメライン、パパイン、インベルターゼ、ポリフェノールオキシダーゼ、トリプシン阻害剤など）、動物由来の酵素（トリプシン、α-キモトリプシン、キモシン、ペプシン、ルシフェラーゼなど）、微生物由来の酵素（リパーゼ、α-アミラーゼ、α-ガラクトシダーゼ、セラチオペプチダーゼ、シクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼ、線維素溶解酵素など）が、超音波TPPによって精製されています。超音波三相分配のさらなる利点は、さまざまな酵素の活性が向上することです。目的の酵素またはタンパク質が有機相と水相の間の中間層に沈殿するため、見かけの収率がより高くなります（約100%増加）。
超音波三相分配は粗試料にも効果的に使用でき、容易にスケールアップできます。
超音波処理は三相分配を大幅に改善し、処理時間を劇的に短縮しながら、より高い収率と純度を実現します。
- より高い収率
- 迅速な回収
- 高純度
- 時間の節約
- 低コスト
- 操作が容易
- 環境に優しい
- 実験室および産業向け
超音波三相分配（US-TPP）の適用例
アスタキサンチン抽出のための超音波TPP
アスタキサンチン（AX）の抽出において、TPPとHielscherの超音波処理装置UP400Sによる超音波処理を組み合わせた処理は、簡便で適用しやすいだけでなく、Paracoccus NBRC 101723の細菌バイオマスからAXを単離する非常に効率的な技術でもあります。超音波処理の操作変数を最適化することで、最適な抽出結果を得ることができます。振幅、時間、温度、抽出容器（サイズ、形状）などの超音波処理パラメータと、バイオマスの粒径は、超音波によるバイオマスからのAXの放出に大きく影響します。AXを迅速かつ効率的に抽出する場合、湿潤バイオマスの超音波処理は、乾燥バイオマスの超音波TPPよりも良好な結果をもたらします。超音波TPPでは、従来の溶媒抽出よりもAXの回収率が37%高くなります。（Chougle et al. 2013参照）
Andrographis paniculataからのアンドログラフォリド分離のための超音波TPP
アンドログラフォリドはラブダン型ジテルペノイドであり、その高い抗炎症作用、抗酸化作用、肝保護作用、抗発がん作用、抗糖尿病作用が評価されています。比較研究では、超音波TPPは従来のTPPと比較して、アンドログラフォリドの収率を高めるだけでなく、抗酸化活性も向上させることが示されています。
三相分配用の高性能超音波処理装置
Hielscher Ultrasonicsは、抽出をはじめとする多くのプロセスに使用する高出力超音波システムの設計と製造を専門としています。
当社の製品ラインアップは、小型で強力な実験室用超音波処理装置、堅牢な卓上型ホモジナイザー、産業用の高性能超音波システムを網羅しています。多彩なアクセサリーにより、お客様固有のプロセス要件に合わせて超音波システムを最適に適合させることができます。Hielscherのすべての超音波処理装置は、全負荷で24時間、週7日稼働できるように設計されています。
超音波処理における長年の経験を生かし、超音波を用いた初期試験から、プロセスの最適化、工業規模での導入まで、お客様に助言を提供します。
以下のフォームで、お客様のプロセスについてお知らせください。お客様の用途における超音波処理の活用の可能性や利点について、喜んでご提案し、ご相談に応じます。
超音波ホモジナイザーUP400St による三相分配の強化
文献・参考資料
- Chougle, J.A: et al. (2013): 超音波支援三相分配（UATPP）：Paracoccus NBRC 101723からのアスタキサンチン抽出のために開発された新技術。CSBE/SCGAB 2013 – 年次会議、University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): 酵素分離のための相分配：概要と最近の応用。International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
- Varakumar, S. et al. (2017): 酵素支援三相分配によるショウガ（Zingiber officinale）根茎粉末からのオレオレジン抽出の強化。Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Corbicula flumineaの多糖類の抽出と分離における超音波と三相分配の相乗効果、および関連する可能性のある機構。Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.
知っておきたい基礎知識
三相分配（TPP）
TPPは、水、硫酸アンモニウム、t-ブタノールから構成される三つの相に、極性成分、タンパク質、疎水性成分を分配することに基づく生体成分の分離技術です。
治療用途や産業用途で重要な多種多様な酵素（α-galactocidase、α-アミラーゼ阻害剤、プロテアーゼなど）や天然化合物（フォルスコリンやアンドログラフォリドなどのジテルペン類）が、三相分配によって精製されます。色素、脂質、酵素阻害剤は上部の溶媒相に蓄積し、糖類などの極性成分が蓄積する下部の水相とは、中間のタンパク質沈殿層によって隔てられています。 t-ブタノールはTPPで沈殿したタンパク質と結合し、タンパク質とt-ブタノールの共沈殿物を形成するため、それは有機層と水層の間に浮遊し、容易に分離、精製できます。一般に、生体分子は相界面で精製された形で回収され、不純物の大部分は t-ブタノール相（上相）と水相（下相）に分配されます。
アスタキサンチン
アスタキサンチン（3, 3´-dihydroxy-ß, ß-carotene 4, 4´-dione）は、テルペン類に属するケトカロテノイドです。テトラテルペノイドとして、炭素原子を五個含む前駆体であるイソペンテニル二リン酸とジメチルアリル二リン酸から構成されます。アスタキサンチンは黄橙色の植物色素であるため、キサントフィルに分類されます。アスタキサンチンは主に、微細藻類、酵母、サケ類、マス、オキアミ、エビ、ザリガニ、甲殻類に含まれます。非常に強力なフリーラジカル捕捉剤、皮膚保護剤、抗発がん剤、免疫系の増強剤として、アスタキサンチンはサプリメントや、食品、医薬品、化粧品の添加物に使用されています。超音波TPPは、天然資源からのアスタキサンチンの抽出と分離のプロセスを改善し、工業規模での経済的な生産を可能にします。
UIP1000hdT – 1kW産業用超音波処理装置