ულტრაბგერითი წყალმცენარეების უჯრედების დარღვევისა და მოპოვების გასაუმჯობესებლად

წყალმცენარეები, მაკრო და მიკრო წყალმცენარეები, შეიცავს ბევრ ძვირფას ნაერთს, რომლებიც გამოიყენება როგორც საკვები საკვები, საკვები დანამატები ან როგორც საწვავი ან საწვავი. წყალმცენარეების უჯრედიდან სამიზნე ნივთიერებების გასათავისუფლებლად საჭიროა ძლიერი და ეფექტური უჯრედების დაშლის ტექნიკა. ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები ძალიან ეფექტური და საიმედოა, როდესაც საქმე ეხება ბიოაქტიური ნაერთების მოპოვებას ბოტანიკური, წყალმცენარეებიდან და სოკოებიდან. ხელმისაწვდომია ლაბორატორიაში, სკამზე და სამრეწველო მასშტაბით, Hielscher ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები დადგენილია საკნებში, ფარმაცევტულ და ბიო-საწვავის წარმოებაში უჯრედული ექსტრაქტების წარმოებაში.

წყალმცენარეები, როგორც კვების და საწვავის ღირებული რესურსი

წყალმცენარეების უჯრედები ბიოაქტიური და ენერგიით მდიდარი ნაერთების მრავალმხრივი წყაროა, როგორიცაა ცილები, ნახშირწყლები, ლიპიდები და სხვა ბიოაქტიური ნივთიერებები, ასევე ალკანები. ეს წყალმცენარეებს ხდის საკვებისა და კვების ნაერთების წყაროდ, ასევე საწვავისთვის.
მიკრო წყალმცენარეები ლიპიდების ღირებული წყაროა, რომლებიც გამოიყენება კვებისათვის და ბიოსაწვავის საკვებად (მაგ., ბიოდიზელი). ზღვის ფიტოპლანქტონის დიკრატერიის შტამები, როგორიცაა Dicrateria rotunda, ცნობილია როგორც ბენზინწარმომქმნელი წყალმცენარეები, რომლებსაც შეუძლიათ გაჯერებული ნახშირწყალბადების სერიის სინთეზი C- დან₁₀ჰ₂₂ C- მდე₃₈ჰ₇₈, რომლებიც კლასიფიცირდება როგორც ბენზინი (C10 – C15), დიზელის ზეთები (C16 – C20) და საწვავი ზეთები (C21 – C38).
მათი კვების ღირებულებიდან გამომდინარე, წყალმცენარეები გამოიყენება როგორც "ფუნქციონალური საკვები" ან "ნუტრაცეპტული". წყალმცენარეებიდან მოპოვებული მნიშვნელოვანი მიკროელემენტებია კაროტინოიდები ასტაქსანტინი, ფუკოქსანტინი და ზეაქსანტინი, ფუკოიდანი, ლამინარი და სხვა გლუკანები მრავალ სხვა ბიოაქტიურ ნივთიერებებს შორის გამოიყენება როგორც საკვები დანამატები და ფარმაცევტული საშუალებები. კარაგენანი, ალგინატი და სხვა ჰიდროკოლოიდები გამოიყენება საკვებ დანამატებად. წყალმცენარეების ლიპიდები გამოიყენება როგორც ვეგანური ომეგა -3 წყარო და ასევე გამოიყენება როგორც საწვავი ან საკვებად ბიოდიზელის წარმოებისთვის.

წყალმცენარეების უჯრედების მოშლა და მოპოვება ენერგიის ულტრაბგერით

ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები ან უბრალოდ ულტრაბგერითი საშუალებები გამოიყენება ლაბორატორიაში მცირე ნიმუშებიდან ძვირფასი ნაერთების მოსაპოვებლად, ასევე დიდი კომერციული მასშტაბის წარმოებისთვის.
წყალმცენარეების უჯრედი დაცულია უჯრედის კედლის რთული მატრიცებით, რომლებიც შედგება ლიპიდების, ცელულოზის, ცილების, გლიკოპროტეინებისა და პოლისაქარიდებისგან. წყალმცენარეების უჯრედის კედლების უმეტესობა დაფუძნებულია მიკროფიბრილარული ქსელის გელის მსგავსი ცილის მატრიცაში; თუმცა, ზოგიერთი მიკრო წყალმცენარე აღჭურვილია არაორგანული ხისტი კედლით, რომელიც შედგება ოპალინის სილიციუმის ხრაშუნით ან კალციუმის კარბონატით. წყალმცენარეების ბიომასისგან ბიოაქტიური ნაერთების მისაღებად აუცილებელია უჯრედების დაშლის ეფექტური ტექნიკა. გარდა ტექნოლოგიური მოპოვების ფაქტორებისა (მაგ., მოპოვების მეთოდი და აღჭურვილობა), წყალმცენარეების უჯრედების მოშლის და მოპოვების ეფექტურობა ასევე ძლიერ გავლენას ახდენს წყალმცენარეებზე დამოკიდებულ სხვადასხვა ფაქტორებზე, როგორიცაა უჯრედის კედლის შემადგენლობა, მიკრო წყალმცენარეების უჯრედებში სასურველი ბიომოლეკულის მდებარეობა და ზრდა. მიკრო წყალმცენარეების ეტაპი მოსავლის აღებისას.

როგორ მუშაობს წყალმცენარეების ულტრაბგერითი უჯრედების მოშლა და მოპოვება?

როდესაც მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები ულტრაბგერითი ზონდის საშუალებით (ასევე ცნობილია როგორც ულტრაბგერითი რქა ან სონოტროდი) შერეულია თხევად მდგომარეობაში, ხმის ტალღები გადადის სითხეში და ქმნის ალტერნატიულ მაღალი წნევის / დაბალი წნევის ციკლებს. ამ მაღალი წნევის / დაბალი წნევის ციკლების დროს ხდება მცირე ვაკუუმის ბუშტუკები ან ღრუები. კავიტაციის ბუშტუკები წარმოიქმნება, როდესაც დაბალი წნევის ციკლების დროს ადგილობრივი წნევა ეცემა საკმაოდ დაბლა, ვიდრე გაჯერებული ორთქლის წნევა, მნიშვნელობა მოცემულია სითხის დაძაბულობის სიძლიერით გარკვეულ ტემპერატურაზე. რომლებიც რამდენიმე ციკლზე იზრდება. როდესაც ეს ვაკუუმური ბუშტები მიაღწევენ ზომას, სადაც მათ არ შეუძლიათ შთანთქონ მეტი ენერგია, ბუშტი ძლიერად იფეთქებს მაღალი წნევის ციკლის დროს. კავიტაციის ბუშტების აფეთქება არის ძალადობრივი, ენერგიით მკვრივი პროცესი, რომელიც წარმოქმნის ინტენსიურ დარტყმულ ტალღებს, არეულობას და მიკრო ჭავლებს სითხეში. გარდა ამისა, იქმნება ლოკალიზებული ძალიან მაღალი წნევა და ძალიან მაღალი ტემპერატურა. ამ ექსტრემალურ პირობებს ადვილად შეუძლიათ უჯრედის კედლებისა და გარსების ჩაშლა და უჯრედშიდა ნაერთების გამოყოფა ეფექტური, ეფექტური და სწრაფი გზით. უჯრედშიდა ნაერთები, როგორიცაა ცილები, პოლისაქარიდები, ლიპიდები, ვიტამინები, მინერალები და ანტიოქსიდანტები, ამით შეიძლება ეფექტურად მოპოვებული იქნას ულტრაბგერითი ენერგიის გამოყენებით.

ულტრაბგერითი კავიტაცია უჯრედების მოშლისა და მოპოვებისათვის

ულტრაბგერითი ენერგიის ზემოქმედებისას ნებისმიერი უჯრედის კედელი ან გარსი (მათ შორის ბოტანიკური, ძუძუმწოვრების, წყალმცენარეების, სოკოვანი, ბაქტერიული და სხვა) ირღვევა და უჯრედი იშლება პატარა ფრაგმენტებად ენერგიის მკვრივი ულტრაბგერითი კავიტაციის მექანიკური ძალებით. რა როდესაც უჯრედის კედელი გატეხილია, უჯრედული მეტაბოლიტები, როგორიცაა ცილა, ლიპიდი, ნუკლეინის მჟავა და ქლოროფილი გამოიყოფა უჯრედის კედლის მატრიციდან, ასევე უჯრედის შიგნიდან და გადადის მიმდებარე კულტურულ გარემოში ან გამხსნელში.
ულტრაბგერითი / აკუსტიკური კავიტაციის ზემოთ აღწერილი მექანიზმი მკვეთრად არღვევს მთლიანი წყალმცენარეების უჯრედებს ან გაზსა და თხევად ვაკუოლებს უჯრედებში. ულტრაბგერითი კავიტაცია, ვიბრაცია, არეულობა და მიკრო ნაკადი ხელს უწყობს მასის გადაცემას უჯრედის ინტერიერსა და მიმდებარე გამხსნელს შორის ისე, რომ ბიომოლეკულები (ანუ მეტაბოლიტები) იყოს ეფექტური და სწრაფად გამოთავისუფლდეს. ვინაიდან სონიზაცია არის წმინდა მექანიკური მკურნალობა, რომელიც არ საჭიროებს მკაცრ, ტოქსიკურ და/ან ძვირადღირებულ ქიმიკატებს.
მაღალი ინტენსივობის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერა ქმნის უკიდურეს ენერგეტიკულად მკვრივ პირობებს, მაღალი წნევის, ტემპერატურისა და მაღალი ამომრთველი ძალების მახასიათებლებით. ეს ფიზიკური ძალები ხელს უწყობენ უჯრედების სტრუქტურის მოშლას, რათა უჯრედშიდა ნაერთები გამოუშვან გარემოში. ამრიგად, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერა დიდწილად გამოიყენება წყალმცენარეებიდან ბიოაქტიური ნივთიერებებისა და საწვავის მოპოვებისთვის. შედარებით ჩვეულებრივი მოპოვების მეთოდებთან შედარებით, როგორიცაა გამხსნელის მოპოვება, მძივის დაფქვა ან მაღალი წნევის ჰომოგენიზაცია, ულტრაბგერითი მოპოვება აღემატება ბიოაქტიური ნაერთების უმეტესობის (როგორიცაა ლიპიდები, ცილები, პოლისაქარიდები და მიკროელემენტები) გათავისუფლებული და გაფუჭებული უჯრედიდან. პროცესის სწორი პირობების გამოყენებისას, ულტრაბგერითი მოპოვება იძლევა უმაღლესი მოპოვების შემოსავალს ძალიან მოკლე პროცესის განმავლობაში. მაგალითად, მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები აჩვენებენ წყალმცენარეებიდან მოპოვების მაღალ მაჩვენებელს, როდესაც გამოიყენება შესაფერისი გამხსნელით. მჟავე ან ტუტე გარემოში, წყალმცენარეების უჯრედის კედელი ხდება ფოროვანი და ნაოჭდება, რაც იწვევს დაბალ ტემპერატურაზე (60 ° C– ზე დაბალ ტემპერატურაზე) მოსავლიანობის გაზრდას მოკლე ხახუნის დროს (3 საათზე ნაკლები). რბილი ტემპერატურის მოპოვების მოკლე ხანგრძლივობა ხელს უშლის ფუკოიდების დეგრადაციას, რის შედეგადაც მიიღება უაღრესად ბიოაქტიური პოლისაქარიდი.
ულტრაბგერა ასევე მეთოდია მაღალი მოლეკულური წონის ფუკოიდანის მოლეკულური წონის ფუკოიდანად გადაქცევისთვის, რაც მისი ბიოაქტიური სტრუქტურის გამო მნიშვნელოვნად ბიოაქტიურია. დაბალი ბიოაქტიურობით და ბიოშეღწევადობით, დაბალი მოლეკულური წონის ფუკოიდანი არის საინტერესო ნაერთი ფარმაცევტული და წამლების მიწოდების სისტემებისთვის.

შემთხვევის შესწავლა: წყალმცენარეების ნაერთების ულტრაბგერითი მოპოვება

ულტრაბგერითი მოპოვების ეფექტურობა და ულტრაბგერითი მოპოვების პარამეტრების ოპტიმიზაცია ფართოდ იქნა შესწავლილი. ქვემოთ, თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ სამაგალითო შედეგები მოპოვების შედეგებისათვის წყალმცენარეების სხვადასხვა სახეობის ულტრაბგერითი გზით.

ცილის მოპოვება სპირულინიდან მანო-თერმო-სიონიზაციის გამოყენებით

პროფესორ ჩემის (ავინიონის უნივერსიტეტი) მკვლევართა ჯგუფმა გამოიკვლია მანოთერმოსონიზაციის (MTS) გავლენა ცილების (როგორიცაა ფიკოციანინი) მოპოვებაზე მშრალი Arthrospira platensis ციანობაქტერიებიდან (ასევე ცნობილია როგორც სპირულინა). Mano-Thermo-Sonication (MTS) არის ულტრაბგერითი საშუალებების გამოყენება მომატებულ წნევასა და ტემპერატურასთან ერთად ულტრაბგერითი მოპოვების პროცესის გასაძლიერებლად.
”ექსპერიმენტული შედეგების თანახმად, MTS– მა ხელი შეუწყო მასის გადაცემას (მაღალი ეფექტური დიფუზია, De) და საშუალება მისცა 229% მეტი ცილა (28.42 ± 1.15 გ/100 გ DW), ვიდრე ჩვეულებრივი პროცესი ულტრაბგერითი გამოკვლევის გარეშე (8.63 ± 1.15 გ/100 გ DW) რა 28,42 გრ ცილა 100 გრ მშრალ სპირულინას ბიომასაზე, ცილის აღდგენის მაჩვენებელი 50% მიღწეულია 6 ეფექტურ წუთში უწყვეტი MTS პროცესით. მიკროსკოპულმა დაკვირვებებმა აჩვენა, რომ აკუსტიკური კავიტაცია გავლენას ახდენს სპირულინას ძაფებზე სხვადასხვა მექანიზმებით, როგორიცაა ფრაგმენტაცია, სონოპორაცია, გამოვლენა. ეს სხვადასხვა ფენომენი აადვილებს სპირულინას ბიოაქტიური ნაერთების მოპოვებას, გათავისუფლებას და ხსნარს. ” [ვერნასი და სხვები, 2019]

მთელი სპირულინას ძაფების ოპტიკური მიკროსკოპია, რომლებიც დროთა განმავლობაში ექვემდებარება MTS მკურნალობას. მასშტაბის ზოლი (სურათი A) = 50 მკმ ყველა სურათისთვის.
სურათი და შესწავლა: © Vernès et al. 2019 წ

ულტრაბგერითი ფუკოიდანის და გლუკანის მოპოვება ციფრული ლამინარია

დოქტორ ტივარის TEAGASC კვლევის ჯგუფმა გამოიკვლია პოლისაქარიდების, ანუ ფუკოიდანის, ლამინარინის და მთლიანი გლუკანების მოპოვება მაკრო წყალმცენარეებიდან Laminaria digitata გამოყენებით ულტრაბგერითი UIP500hdTრა ულტრაბგერითი დახმარებით მოპოვების (UAE) პარამეტრებმა შეისწავლა მნიშვნელოვანი გავლენა ფუკოზის, FRAP და DPPH დონეზე. დონეები 1060.75 მგ/100 გ ds, 968.57 მგ/100 გ ds, 8.70 μM ტროლოქსი/მგ fde და 11.02% იქნა მიღებული ფუკოზის, მთლიანი გლუკანების, FRAP და DPPH შესაბამისად ტემპერატურის ოპტიმიზირებულ პირობებში (76◦C), დრო ( 10 წთ) და ულტრაბგერითი ამპლიტუდა (100%) 0.1 მ HCl გამხსნელის გამოყენებით. არაბეთის გაერთიანებული საემიროების აღწერილი პირობები წარმატებით იქნა გამოყენებული სხვა ეკონომიკურად შესაბამისი ყავისფერი მაკრო წყალმცენარეებისთვის (L. hyperborea და A. nodosum) პოლისაქარიდით მდიდარი ექსტრაქტების მისაღებად. ეს კვლევა აჩვენებს არაბთა გაერთიანებული საემიროების გამოყენებას ბიოაქტიური პოლისაქარიდების მოპოვების გასაძლიერებლად სხვადასხვა მაკრო წყალმცენარეებიდან.

ულტრაბგერითი ფიტოქიმიური მოპოვება F. vesiculosus და P. canaliculata

García-Vaquero– ს მკვლევარმა ჯგუფმა შეადარა სხვადასხვა მოპოვების ახალი ტექნიკა, მათ შორის მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი მოპოვება, ულტრაბგერითი მიკროტალღოვანი მოპოვება, მიკროტალღოვანი მოპოვება, ჰიდროთერმულად მოპოვება და მაღალი წნევით დამხმარე მოპოვება ყავისფერი მიკრო წყალმცენარეების სახეობების მოპოვების ეფექტურობის შესაფასებლად. Fucus vesiculosus და Pelvetia canaliculata. ულტრაბგერითი მუშაობისთვის მათ გამოიყენეს Hielscher UIP500hdT ულტრაბგერითი ექსტრაქტორირა ნებისმიერი მოპოვების სარგებელი აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი მოპოვების მიღწეული უმაღლესი შემოსავალი საუკეთესო phytochemicals ორივე F. vesiculosus. ეს ნიშნავს, რომ F. vesiculosus– დან მოპოვებული ნაერთების ყველაზე მაღალი მოსავალი ულტრაბგერითი ექსტრაქტორი UIP500hdT იყო: სულ ფენოლის შემცველობა (445.0 ± 4.6 მგ გალის მჟავის ეკვივალენტები/გ), ფლოროტანინის მთლიანი შემცველობა (362.9 3.7 მგ ფლოროგლიცინოლის ეკვივალენტები/გ), ფლავონოიდების საერთო შემცველობა (286.3 ± 7.8 მგ კვერცეტინის ეკვივალენტები/გ) და მთლიანი ტანინის შემცველობა (189.1 ± 4.4 მგ კატეხინის ეკვივალენტები/გ).
კვლევის შედეგად, გუნდმა დაასკვნა, რომ ულტრაბგერითი მოპოვების გამოყენება "50% ეთანოლის ხსნართან ერთად, როგორც მოპოვების გამხსნელი, შეიძლება იყოს პერსპექტიული სტრატეგია, რომელიც მიზნად ისახავს TPC, TPhC, TFC და TTC მოპოვებას, ხოლო ამცირებს თანამონაწილეობას. არასასურველი ნახშირწყლები ორივე F. vesiculosus და P. canaliculata– დან, პერსპექტიული გამოყენებისას ამ ნაერთების ფარმაცევტულ, მკვებავ და კოსმეტიკურ საშუალებად გამოყენებისას “. [გარსია-ვაკერო და სხვები, 2021]

ავინიონის უნივერსიტეტში მანო-თერმო-ხმის გაფართოება Hielscher ულტრაბგერითი გამოყენებით: ლაბორატორიული აღჭურვილობიდან UIP1000hdT (ა) საპილოტე მასშტაბის აღჭურვილობისთვის UIP4000hdT (ბ, გ & დ) სურათზე D სქემატურია ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედის განივი მონაკვეთი FC100K.
სურათი და შესწავლა: © Vernès et al. 2019 წ

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები წყალმცენარეების დარღვევისთვის

Hielscher სახელმწიფო- of-the- ხელოვნების ულტრაბგერითი მოწყობილობა საშუალებას იძლევა სრულ კონტროლს პროცესის პარამეტრების როგორიცაა ამპლიტუდის, ტემპერატურის, წნევის და ენერგიის შეყვანის.
ულტრაბგერითი მოპოვებისთვის, პარამეტრები, როგორიცაა ნედლეულის ნაწილაკების ზომა, გამხსნელის ტიპი, მყარი გამხსნელის თანაფარდობა და მოპოვების დრო შეიძლება შეიცვალოს და ოპტიმიზირდეს საუკეთესო შედეგისთვის.
ვინაიდან ულტრაბგერითი მოპოვება არის არათერმული მოპოვების მეთოდი, თავიდან იქნას აცილებული ნედლეულში, როგორიცაა წყალმცენარეები, არსებული ბიოაქტიური ინგრედიენტების თერმული დეგრადაცია.
საერთო ჯამში, უპირატესობები, როგორიცაა მაღალი მოსავლიანობა, მოპოვების მოკლე დრო, დაბალი მოპოვების ტემპერატურა და გამხსნელის მცირე რაოდენობა ხდის სონიკაციას მოპოვების უმაღლეს მეთოდს.

ულტრაბგერითი მოპოვება: დაარსებულია ლაბორატორიასა და მრეწველობაში

ულტრაბგერითი მოპოვება ფართოდ გამოიყენება ნებისმიერი სახის ბიოაქტიური ნაერთის მოპოვებისთვის ბოტანიკური, წყალმცენარეები, ბაქტერიები და ძუძუმწოვრების უჯრედები. ულტრაბგერითი მოპოვება დადგინდა, როგორც მარტივი, ეკონომიური და მაღალეფექტური, რომელიც გამოირჩევა მოპოვების სხვა ტრადიციულ ტექნიკას მოპოვების უმაღლესი მოსავლიანობით და დამუშავების მოკლე ხანგრძლივობით.
ლაბორატორიული, სკამიანი და სრულად ინდუსტრიული ულტრაბგერითი სისტემებით, ულტრაბგერითი მოპოვება დღეს უკვე კარგად დამკვიდრებული და სანდო ტექნოლოგიაა. Hielscher ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები დამონტაჟებულია მსოფლიოში სამრეწველო გადამამუშავებელ ობიექტებში, რომლებიც აწარმოებენ საკვებისა და ფარმაცევტული ხარისხის ბიოაქტიურ ნაერთებს.

პროცესის სტანდარტიზაცია Hielscher ულტრაბგერითთან

წყალმცენარეებიდან მიღებული ექსტრაქტები, რომლებიც გამოიყენება საკვებში, ფარმაცევტულ პროდუქტებში ან კოსმეტიკაში, უნდა იყოს წარმოებული კარგი წარმოების პრაქტიკის (GMP) და დამუშავების სტანდარტიზებული სპეციფიკაციების შესაბამისად. Hielscher Ultrasonics– ის ციფრული მოპოვების სისტემებს გააჩნია ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფა, რაც აადვილებს ხმოვანი პროცესის ზუსტად დაყენებას და კონტროლს. მონაცემთა ავტომატური ჩაწერა წერს ულტრაბგერითი პროცესის ყველა პარამეტრს, როგორიცაა ულტრაბგერითი ენერგია (მთლიანი და წმინდა ენერგია), ამპლიტუდა, ტემპერატურა, წნევა (როდესაც ტემპერატურისა და წნევის სენსორები დამონტაჟებულია) ჩამონტაჟებული SD ბარათზე თარიღისა და დროის ბეჭდით. ეს საშუალებას გაძლევთ გადახედოთ თითოეულ ულტრაბგერითი დამუშავებულ ლოტს. ამავე დროს, უზრუნველყოფილია რეპროდუქციულობა და უწყვეტად მაღალი ხარისხის პროდუქტი.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გაძლევთ ჩვენს ულტრასონისტების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: