ულტრაბგერითი წყალმცენარეების ექსტრაქცია კვებითი დანამატებისთვის
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის წყალმცენარეების უჯრედების ეფექტურად და სწრაფად დასარღვევი უპირატესი მეთოდი. ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია ბიოაქტიური ნაერთების სრული რაოდენობის გამოთავისუფლება, რაც ულტრაბგერით ტექნიკას მაღალეფექტურს ხდის.
როგორ მოხდეს ცილების, ლიპიდების და ფენოლების ექსტრაქცია წყალმცენარეებიდან ულტრაბგერის გამოყენებით
წყალმცენარეების და მიკროწყალმცენარეების სახეობები მდიდარია ბიოლოგიურად აქტიური ნაერთებით, როგორიცაა ცილები, ლიპიდები, კაროტინოიდები, პიგმენტები (მაგ., ფიკოციანინები, ასტაქსანთინი და ა.შ.), ფენოლები და პოლისაქარიდები (მაგ., კარაგინანები). ეს მათ ხდის ფართოდ გამოყენებად ბუნებრივ მასალას საკვებისა და კვებითი დანამატებისთვის ექსტრაქტების წარმოებისთვის. კვებითი დანამატებისთვის ხშირად გამოყენებადი წყალმცენარეების სახეობებია Arthrospira maxima (ასევე ცნობილია როგორც სპირულინა), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis და Ulva spp. წყალმცენარეები ცნობილია, როგორც მაღალი ხარისხის ცილების, ლიპიდების, გრძელჯაჭვიანი PUFAs-ის (მაგ. ომეგა-3), პოლისაქარიდების (მაგ. ალგინატი, კარაგინანი, β-გლუკანები), ვიტამინების და ანტიოქსიდანტების კარგი წყარო.
სპირულინა არის წყალმცენარეების ხშირად გამოყენებადი ტიპი, რომელიც მდიდარია მაღალი ღირებულების ბიოაქტიური ნაერთებით, როგორიცაა ცილები (მშრალი წონის 50–70%). რადგან სპირულინა დამტკიცებულია FDA-ს (აშშ-ის საკვებისა და წამლების ადმინისტრაციის) მიერ, როგორც GRAS (ზოგადად ცნობილი, როგორც უსაფრთხო), სპირულინა და სპირულინის ექსტრაქტები შეიძლება გამოყენებულ იქნას კომერციულ საკვებში ან საკვებ დანამატებად.
წყალმცენარეების ულტრაბგერითი ექსტრაქციის უპირატესობები
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ალტერნატიულ ექსტრაქციის მეთოდებს სჯობნის მრავალი თვალსაზრისით, როგორიცაა მაღალი გამოსავლიანობა, სანდოობა, უსაფრთხოება, სიმარტივე და ეკოლოგიური სისუფთავე.
სრული ექსტრაქციის გამოსავლიანობა
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები შლიან წყალმცენარეების უჯრედებს და არღვევენ მათ ისე, რომ უჯრედშიდა მასალა თავისუფლდება. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ამით გამოთავისუფლებს ბიოაქტიური ნაერთების სრულ სპექტრს, როგორიცაა ფიკობილიპროტეინები, კაროტინოიდები, ლიპიდები და ფენოლები.
ფიკობილიპროტეინები შეიძლება დაიყოს სამ ძირითად ჯგუფად, კერძოდ, ქლორო-ფიკოციანინებად, ალოფიკოციანინებად და ფიკოერითრინებად. C-ფიკოციანინი არის ბუნებრივი ლურჯი პიგმენტი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება საკვებ და ფარმაცევტულ პროდუქტებში. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია გამოთავისუფლებს ცილების სრულ სპექტრს.
SonoStation – ულტრაბგერითი სისტემა 2x 2kW ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორით, შემრევით აღჭურვილი ავზითა და ტუმბოთი – არის მოსახერხებელი სისტემა ექსტრაქციისთვის.
მაღალი ექსტრაქციის ეფექტურობა
Duangsee et al. (2009) შეამოწმეს Arthospira-ს ბიომასიდან ბიოაქტიური ნაერთების ექსტრაქციის ორი განსხვავებული მეთოდი (ულტრაბგერით ხელშეწყობილი ექსტრაქცია გამხსნელით და ექსტრაქცია განმეორებითი გაყინვითა და გალღობით) და აღმოაჩინეს, რომ გამხსნელით ულტრაბგერითმა ექსტრაქციამ უფრო მაღალი ეფექტურობა (22,1%) აჩვენა, ვიდრე გაყინვამ და გალღობამ (15,6%). უჯრედების რღვევის შედარება ულტრაბგერით დამუშავებასა და განმეორებით გაყინვასა და გალღობას შორის აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება უფრო ეფექტურია. ულტრაბგერითი კავიტაცია სწრაფად და ეფექტურად არღვევს წყალმცენარეების უჯრედებს, რის შედეგადაც უჯრედების რღვევის ხარისხი უფრო მაღალია, ვიდრე განმეორებითი გაყინვითა და გალღობით დამუშავებული სპირულინის უჯრედების შემთხვევაში.
ულტრაბგერითი დამუშავება უფრო ეფექტური იყო უჯრედის გარსის დასარღვევად, ვიდრე განმეორებითი გაყინვა და გალღობა. ფიკოციანინის ექსტრაქციის გამოსავლიანობამ აჩვენა, რომ დამუშავების ტემპერატურა გავლენას ახდენდა ექსტრაქციის ეფექტურობაზე.
სწრაფი ექსტრაქციის პროცესი
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით სისტემებს შეუძლიათ მაღალი ამპლიტუდების მეშვეობით წყალმცენარეების სუსპენზიაში მაღალი ულტრაბგერითი სიმძლავრის შეტანა. ეს ულტრაბგერით ექსტრაქციას ძალიან სწრაფი დამუშავების მეთოდად აქცევს.
ტემპერატურის კონტროლი
ულტრაბგერითი დამუშავება არათერმული, წმინდად მექანიკური ექსტრაქციის ტექნიკაა. ექსტრაქციის ტემპერატურის ზუსტი კონტროლი შესაძლებელია მისაერთებელი ტემპერატურის სენსორის გამოყენებით, რომელიც კაბელით უკავშირდება Hielscher-ის ციფრულ ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორს. Hielscher-ის ციფრული ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების პროგრამული უზრუნველყოფა საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ ტემპერატურის ზღვრები, რათა ულტრაბგერითმა ჰომოგენიზატორმა მუშაობა შეაჩეროს ტემპერატურის ზღვრის მიღწევისას. ტემპერატურის ზუსტი კონტროლი საშუალებას გაძლევთ თავიდან აიცილოთ სითბოსადმი მგრძნობიარე მასალების, როგორიცაა ფიკობილიპროტეინები, ვიტამინები, პოლიფენოლები, პოლისაქარიდები, ლიპიდები და სხვა ბიოაქტიური ნაერთები, თერმული დეგრადაცია.
თავსებადობა სხვადასხვა გამხსნელებთან
ულტრაბგერითი დამუშავება თითქმის ნებისმიერ გამხსნელთან თავსებადია. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეკოლოგიურად უსაფრთხო გამხსნელებთან, როგორიცაა წყალი ან ეთანოლი, კომბინაციაში წარმოქმნის სუფთა ექსტრაქტებს. ამ ულტრაბგერითი ექსტრაქტების საკვებში უსაფრთხოდ დამატება შესაძლებელია, რადგან ექსტრაქციისთვის გამოყენებულ გამხსნელებს, ეთანოლსა და წყალს, აქვთ GRAS (ზოგადად უსაფრთხოდ აღიარებული) სტატუსი.
გამეორებადობა და პროცესის სტანდარტიზაცია
Hielscher-ის ციფრული ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები აღჭურვილია ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფითა და პარამეტრების დაყენების მრავალფეროვანი შესაძლებლობებით ექსტრაქციის იდეალური პირობების მისაღწევად. პროგრამული უზრუნველყოფა აღრიცხავს ულტრაბგერითი პროცესის ყველა პარამეტრს (მაგ., ამპლიტუდა, წმინდა სიმძლავრე, ჯამური სიმძლავრე, ტემპერატურა, წნევა, დრო, თარიღი) და ულტრაბგერითი დამუშავების მონაცემებს ჩაშენებულ SD-ბარათზე CSV ფაილში წერს. ეს საშუალებას გაძლევთ მოახდინოთ ექსტრაქციის პროცესის სტანდარტიზაცია და ყურადღებით აკონტროლოთ ულტრაბგერითი დამუშავება და მიღებული პროდუქტის ხარისხი. ეს ფუნქციები გეხმარებათ პროცესის სტანდარტიზაციისა და კარგი საწარმოო პრაქტიკის (GMP) მოთხოვნების შესრულებაში, რაც უაღრესად მნიშვნელოვანია საკვები დანამატების, საკვებისა და ფარმაცევტული პროდუქტებისთვის ექსტრაქტების წარმოებისას.
ულტრაბგერითი ფიკოციანინის ექსტრაქციის პროტოკოლი
Mazumder et al. (2017) შეისწავლეს ოპტიმალური დამუშავების პარამეტრები Arthospira platensis-დან ფიკოციანინისა და ფენოლური ნივთიერებების ულტრაბგერითი ექსტრაქციისთვის. ფიკოციანინის მაქსიმალური გამოსავლიანობა (29,9 mg/g) და ჯამური ფენოლური ნივთიერებები (2,4 mg/g) მიღებული იქნა 40% ეთანოლის კონცენტრაციის, 34,9°C ექსტრაქციის ტემპერატურის პირობებში UP50H ულტრაბგერითი გენერატორის (50 ვატი, 30kHz) გამოყენებით 95% ამპლიტუდით 104,7 წამიანი ექსტრაქციის დროის განმავლობაში.
Vernès et al. (2019) იყენებდნენ UIP1000hdT (1000W, 20kHz) ულტრაბგერით გენერატორს სპირულინადან ცილების ექსტრაქციისთვის. ულტრაბგერითი გენერატორი აღჭურვილი იყო BS2d34 სონოტროდით და ულტრაბგერითი ნაკადის რეაქტორით (იხილეთ ქვემოთ მოცემული სურათი ზუსტი ულტრაბგერითი ექსტრაქციის სქემისთვის ნაკადის კამერითა და Seepex ტუმბოთი).
UIP1000hdT – მანოთერმოსონიკაციის (MTS) სქემა და ჩვენი ცილების ექსტრაქცია სპირულინიდან ლაბორატორიულ მასშტაბში
წყარო: Vernes et al. 2019
კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ ცილების გამოსავლიანობისთვის ოპტიმიზებული ულტრაბგერითი ექსტრაქციის პირობები მოიცავს ოდნავ მომატებულ ტემპერატურასა და წნევას (ე.წ. მანოთერმოსონიკაცია MTS). MTS ხელს უწყობს მასის გადატანას და საშუალებას გვაძლევს მივიღოთ 229%-ით მეტი ცილა (28,42 ± 1,15 g/100 g მშრალ მასაზე), ვიდრე ჩვეულებრივი პროცესით ულტრაბგერის გარეშე (8,63 ± 1,15 g/100 g მშრალ მასაზე).
ექსტრაქტში 100 გრამი მშრალი სპირულინის ბიომასიდან 28,42 გრამი ცილის მიღებით, ცილის გამოყოფის 50%-იანი მაჩვენებელი მიღწეული იქნა მხოლოდ 6 წუთში უწყვეტი ულტრაბგერითი დამუშავების პროცესში. მიკროსკოპული ვიზუალიზაცია აჩვენებს, რომ აკუსტიკური კავიტაცია სპირულინის ძაფებზე სხვადასხვა მექანიზმით მოქმედებს, როგორიცაა ფრაგმენტაცია, სონოპორაცია და დეტექსტურაცია. ეს სხვადასხვა ეფექტი აადვილებს და უფრო ეფექტურს ხდის სპირულინის ბიოაქტიური ნაერთების ექსტრაქციას, გამოთავისუფლებასა და გახსნას, რაც მაღალი ხარისხის ცილების მაღალ გამოსავლიანობას უზრუნველყოფს.
რაც შეეხება ულტრაბგერით ექსტრაჰირებული ცილების ხარისხს, ამინომჟავები ულტრაბგერითი დამუშავების შედეგად არ დაშლილა და ჩვეულებრივ ექსტრაქციასთან შედარებით ულტრაბგერითი დამუშავების შემთხვევაში უფრო დიდი რაოდენობით არის წარმოდგენილი.
მანოთერმოსონიკაციისა და მომატებული წნევისა და ტემპერატურის გარეშე ულტრაბგერითი ექსტრაქციის შედარებისას, ექსტრაქციის გამოსავლიანობასა და ეფექტურობაში განსხვავება მინიმალურია. ამიტომ, მხოლოდ ულტრაბგერის გამოყენება ითვლება ყველაზე ეკონომიურ და მარტივ ტექნიკად სპირულინის ცილებით მდიდარი მაღალი ხარისხის ექსტრაქტის წარმოებისთვის. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეკოლოგიურად სუფთა ტექნიკაა, რომელიც შესაფერისია სპირულინიდან ცილების ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ მასშტაბში და რომლის მასშტაბირებაც საპილოტე და სამრეწველო დონემდე მარტივად შეიძლება. (იხ. Vernès et al. 2019)
UP400St ალგების ულტრაბგერითი ექსტრაქციისთვის 8L პარტიაში
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები
მცირე მასშტაბზე მიღებული ექსტრაქციის ყველა შედეგი შეიძლება წრფივად მასშტაბირდეს უფრო დიდ საწარმოო სიმძლავრეებზე. Hielscher Ultrasonics-ის პროდუქციის ფართო ასორტიმენტი, ლაბორატორიული სისტემებიდან სამრეწველო ექსტრაქციის სისტემებამდე, მოიცავს თქვენი პროცესის დაგეგმილი წარმადობისთვის ყველაზე შესაფერის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორს. ჩვენი მრავალწლიანი გამოცდილების მქონე პერსონალი დაგეხმარებათ ტექნიკური განხორციელებადობის ტესტირებიდან და პროცესის ოპტიმიზაციიდან თქვენი ულტრაბგერითი სისტემის საბოლოო საწარმოო დონეზე დამონტაჟებამდე.
Hielscher Ultrasonics – დახვეწილი ექსტრაქციის აღჭურვილობა
Hielscher Ultrasonics-ის პროდუქციის პორტფელი მოიცავს მცირედან დიდ ზომამდე მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ექსტრაქტორების სრულ დიაპაზონს. დამატებითი აქსესუარები საშუალებას გაძლევთ მარტივად შეაგროვოთ თქვენი პროცესისთვის ყველაზე შესაფერისი ულტრაბგერითი მოწყობილობის კონფიგურაცია. ოპტიმალური ულტრაბგერითი კონფიგურაცია დამოკიდებულია დაგეგმილ სიმძლავრეზე, მოცულობაზე, საწყის მასალაზე, პარტიული ან ინლაინ პროცესზე და დროის გრაფიკზე. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა საშუალებას იძლევა 24/7 მუშაობისა მძიმე დატვირთვისა და რთულ გარემო პირობებში. ულტრაბგერითი ექსტრაქციის პროცესების წრფივი მასშტაბირებადობა საშუალებას იძლევა წარმოების მარტივი და საიმედო ზრდის. გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი ექსტრაქციის პროცესების წრფივი მასშტაბირების შესახებ!
აირჩიეთ სხვადასხვა აქსესუარებს შორის, როგორიცაა:
- სონოტროდები სხვადასხვა ზომით, დიამეტრითა და ფორმით
- სონოტროდები მაღალი ამპლიტუდისთვის 200µm და მეტი
- ნაკადის უჯრედული რეაქტორები სხვადასხვა მოცულობითა და გეომეტრიით
- მრავალი გამაძლიერებელი რქა გაძლიერების კოეფიციენტის გასაზრდელად ან შესამცირებლად
- სრული ულტრაბგერითი კონფიგურაციები, როგორიცაა SonoStation, რომელიც მოიცავს ულტრაბგერით ექსტრაქტორს, ბაკს, აგიტატორს და ტუმბოს
- ჩასამაგრებელი ტემპერატურის სენსორები
- ჩასამაგრებელი წნევის სენსორები
ჩვენი კარგად მომზადებული, მრავალწლიანი გამოცდილების მქონე პერსონალი გაგიწევთ კონსულტაციას და გირჩევთ თქვენი ექსტრაქციის პროცესის მოთხოვნებისთვის ყველაზე შესაფერის ულტრაბგერით სისტემას!
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ ინფორმაციას ჩვენი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის შესახებ:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ლაბორატორიული დან საპილოტო და სამრეწველო მასშტაბის.
ლიტერატურა / წყაროები
- Anupriya Mazumder; P. Prabuthas; Hari Niwas Mishra (2017): Optimization of ultrasound-assisted solvent extraction of phycocyanin and phenolics from Arthospira platensis var. ‘lonor’ biomass. Nutrafoods (2017) 16:231-239.
- Vernès L., Abert-Vian M., El Maâtaoui M., Tao Y., Bornard I., Chemat F. (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry 54, 2019. 48-60.
- 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. - Rachen Duangsee, Natapas Phoopat, Suwayd Ningsanond (2009): Phycocyanin extraction from Spirulina platensis and extract stability under various pH and temperature. Asian Journal of Food and Agro-Industry 2009, 2(04), 819-826.
საინტერესო ფაქტები
რა არის სპირულინა?
სპირულინა, რომელიც არის პროკარიოტული ბაქტერია, მდიდარია პიგმენტებით, როგორიცაა კაროტინოიდები, ქლოროფილი და ფიკოციანინი. კაროტინოიდები (მაგ., β-კაროტენი, ყვითელი-ნარინჯისფერი პიგმენტი), ქლოროფილი და ფიკოციანინი შეიძლება აღმოჩნდეს შესაბამისად 0,4, 1,0 და 14% მშრალ წონაში. ფიკოციანინი არის ლურჯ-მწვანე ცილა, ე.წ. ბილიპროტეინი, რომელიც მდებარეობს ციანობაქტერიების ციტოპლაზმური მემბრანის ფოტოსინთეზურ ლამელებში.
ის გამოიყენება როგორც საკვები დანამატი და საკვები საღებავი, კვებითი დანამატი და იმუნო-დიაგნოსტიკური გამოყენებისთვის.
როგორ გამოიყენება ულტრაბგერითი დამუშავება წყალმცენარეების დამუშავებაში?
ულტრაბგერითი დამუშავება აადვილებს წყალმცენარეების მოსავალს სედიმენტაციის ხელშეწყობით. წყალმცენარეული ბიომასის ულტრაბგერითი დამუშავებით, წყალმცენარის უჯრედში არსებული გაზის ვაკუოლები, რომლებიც ხელს უწყობენ წყალმცენარეების ფლოტაციას, ირღვევა და იცლება. დეგაზირებული ვაკუოლებით, წყალმცენარის უჯრედები ილექება ფსკერზე, რაც აადვილებს წყალმცენარეული ბიომასის კონცენტრაციასა და სეპარაციას. გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი წყალმცენარეების მოსავლის შესახებ!
შემდგომ პროცესულ ეტაპზე, ულტრაბგერითი დამუშავება არის დამკვიდრებული და მაღალეფექტური ტექნიკა წყალმცენარეებიდან კვებითი და ბიოაქტიური ნაერთების ექსტრაქციისთვის. გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი წყალმცენარეების ექსტრაქციის შესახებ!