영양 보충제를 위한 초음파 조류 추출

초음파 추출은 조류 세포를 효과적이고 신속하게 파괴하는 우수한 방법입니다. 초음파 처리는 초음파 기술을 매우 효율적으로 만드는 생리 활성 화합물의 전체 양을 방출 할 수 있습니다.

초음파로 조류에서 단백질, 지질 및 페놀을 추출하는 방법

조류 및 미세조류 종은 단백질, 지질, 카로티노이드, 안료 (예를 들어, 피코시아닌, 아스타잔틴 등), 페놀학 및 다당류 (예를 들어, 카라기난)와 같은 생물학적 활성 화합물이 풍부하다. 이것은 식품 및식이 보충제를위한 추출물을 생산하기 위해 널리 사용되는 천연 재료가됩니다. 영양 보충제에 일반적으로 사용되는 조류 종은 Arthrospira maxima 및 (스피룰리나라고도 함), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis 및 Ulva spp입니다. 조류는 고품질 단백질, 지질, 장쇄 PUFAs (즉, 오메가 -3), 다당류 (예 : 알긴산염, 카라기난, β 글루칸), 비타민 및 항산화 물질의 좋은 공급원으로 알려져 있습니다.
스피루리나는 일반적으로 사용되는 조류 유형으로, 단백질과 같은 고부가가치 생리 활성 화합물이 풍부합니다 (50-70 % 건조 중량). 스피루리나는 FDA (미국 식품의 약국)에 의해 GRAS (일반적으로 안전한 것으로 인정)로 승인되었으므로 스피룰리나와 스피룰리나 추출물은 상업화 된 식품 또는 식품 보충제로 사용할 수 있습니다.

초음파 조류 추출의 장점

초음파 추출은 높은 수율, 신뢰성, 안전성, 단순성 및 환경 친화성과 같은 다양한 점에서 대체 추출 방법을 능가합니다.

전체 추출 수율

고성능 초음파 는 조류 세포를 열고 세포 내 물질이 방출되도록 그들을 중단시킴. 초음파 추출은 피코빌리 프로테인, 카로티노이드 및 지질 및 페놀과 같은 생리 활성 화합물의 전체 스펙트럼을 방출합니다.
Phycobiliproteins는 세 가지 주요 그룹, 즉 클로로 피코시아닌, 알로피코시아닌 및 피코리트린으로 분화 될 수 있습니다. C-Phycocyanin은 식품 및 제약 제품에 널리 사용되는 천연 파란색 안료입니다. 초음파 추출은 단백질의 전체 스펙트럼을 방출합니다.

높은 추출 효율

Duangsee et al. (2009) Arthospira 바이오매스에서 생리 활성 화합물의 추출 (초음파 보조 용매 추출 및 추출)을 두 가지 방법으로 테스트한 결과 초음파 용매 추출이 더 높은 추출 효율 (22.1%)을 초래한다는 것을 발견했습니다. 동결 및 해동(15.6%)보다 높다. 초음파 처리와 반복 된 동결 및 해동 사이의 세포 파열 비교는 초음파 처리가 더 효과적이라는 것을 보여줍니다. 초음파 캐비테이션은 조류 세포를 신속하고 효과적으로 방해하여 반복동결 및 해동으로 처리된 스피룰리나 세포와 비교할 때 더 높은 세포 파괴를 초래합니다.
초음파 처리는 반복된 동결 및 해동과 비교할 때 세포 봉투를 깨는 데 더 효과적이었다. 피코시아닌의 추출 수율은 처리 온도가 추출 효율에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

신속한 추출 과정

고성능 초음파 시스템은 조류 현탁액에 높은 진폭을 통해 높은 초음파 전력을 적용 할 수 있습니다. 이것은 초음파 추출을 매우 빠른 처리 방법으로 만듭니다.

온도 제어

초음파는 비 열, 순전히 기계적 추출 기술입니다. 추출 온도는 디지털 Hielscher 초음파 에 연결되는 플러그 가능한 온도 센서를 사용하여 정밀하게 제어 할 수 있습니다. Hielscher의 디지털 초음파 기체 소프트웨어는 온도 한계에 도달하면 초음파 균질화기가 일시 중지되도록 온도 한계를 설정할 수 있습니다. 정밀한 온도 제어를 통해 피코빌리프로테인, 비타민, 폴리페놀, 다당류, 지질 및 기타 생리 활성 화합물과 같은 열에 민감한 물질의 열 분해를 방지할 수 있습니다.

다양한 용매와 호환

초음파는 거의 모든 용매와 호환됩니다. 물이나 에탄올과 같은 녹색 용매와 결합 된 초음파 추출은 깨끗한 추출물을 생성합니다. 이 초음파 추출물은 추출 용매 에탄올과 물이 GRAS (일반적으로 안전한 것으로 인식됨) 상태를 가지고 있기 때문에 식품에 안전하게 통합 될 수 있습니다.

재현성 및 공정 표준화

Hielscher의 디지털 초음파 처리기는 지능형 소프트웨어와 이상적인 추출 매개 변수를 위한 정교한 다양한 설정으로 제공됩니다. 소프트웨어 프로토콜모든 초음파 프로세스 매개 변수 (예를 들어, 진폭, 순 전력, 총 전력, 온도, 압력, 시간, 날짜)를 프로토콜하고 내장 된 SD 카드에 CSV 파일에 초음파 데이터를 씁니다. 이를 통해 추출 공정을 표준화하고 초음파 처리 및 품질 출력을 면밀히 모니터링할 수 있습니다. 이러한 기능은 보충제, 식품 또는 의약품을 위해 추출물이 생산될 때 매우 중요한 공정 안정화 요구 사항과 우수 제조 관행(GMP)을 충족하는 데 도움이 됩니다.

초음파 피코시아닌 추출 프로토콜

Mazumder 외.(2017)는 Arthospira platensis에서 피코시아닌 및 페놀의 초음파 추출을위한 최적의 처리 매개 변수를 조사했다. 피코시아닌(29.9 mg/g)과 총 페놀(2.4 mg/g)의 최대 수율은 104.7초의 추출 시간 동안 95%의 진폭에서 초음파 UP50H(50와트, 30kHz)를 사용하여 40% 에탄올 농도, 34.9°C 추출 온도에서 얻어졌다.

Vernès et al. (2019) 는 스피루리나에서 단백질을 추출하기 위해 UIP1000hdT (1000W, 20kHz) 초음파를 사용했습니다. 초음파 발생기에는 BS2d34 sonotrode 및 초음파 흐름 반응기가 장착되었습니다 (플로우 셀 및 Seepex 펌프를 사용한 정확한 초음파 추출 설정은 아래 그림 참조).

UIP1000hdT – 실험실 규모에서 스피룰리나에서 단백질 추출을 중단하는 MANothermosonication(MTS) 설정
출처: 베른 외. 2019

연구 결과는 단백질 수율에 최적화 된 초음파 추출 조건이 약간 상승 된 온도와 압력 (소위 manothermosonication MTS)을 포함한다는 것을 보여줍니다. MTS는 대량 전달을 촉진하고 초음파없이 기존의 공정 (8.63 ± 1.15 g / 100g 건조 wt.)보다 229 % 더 많은 단백질 (28.42 ± 1.15 g / 100 g 건조 wt.)을 얻을 수 있습니다.
추출물에서 건조 스피룰리나 바이오매스 100 g당 28.42 g의 단백질을 얻은 결과, 연속 초음파 처리 에서 단 6분 만에 50%의 단백질 회수율을 달성했습니다. 현미경 화상 진찰은 음향 캐비테이션이 단편화, sonoporation, detexturation와 같은 다른 기계장치에 의해 스피룰리나 필라멘트에 영향을 미친다는 것을 제시합니다. 이러한 다양한 효과는 스피룰리나 생리 활성 화합물의 추출, 방출 및 용해화를 더 쉽고 효과적으로 만들어 고품질의 높은 단백질 수율을 초래합니다.
초음파 추출 단백질의 품질에 관해서는, 아미노산은 초음파 처리에 의해 분해되지 않았지만, 종래의 추출에 비해 초음파 처리의 경우 더 많은 양으로 존재한다.
높은 압력과 온도없이 인간 균과 초음파 추출을 비교하면 추출 수율과 효율성의 차이는 미미합니다. 따라서 초음파만으로는 스피룰리나 단백질이 풍부한 고품질 추출물을 생산하는 가장 경제적이고 쉬운 기술로 간주됩니다. 초음파 추출은 실험실 규모의 스피룰리나에서 단백질 추출에 적합한 친환경 친환경 추출 기술로 파일럿 및 산업 규모로 쉽게 확장할 수 있습니다. (2019년 베르네스 외)

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아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.