스피룰리나 색소의 초음파 추출
초음파 추출은 미세조류에서 우수한 품질의 추출물을 분리하는 데 매우 효율적인 것으로 입증되었습니다. 피코시아닌과 같은 스피룰리나 색소는 항산화 물질, 비타민 및 단백질 함량이 높아 건강에 유익한 슈퍼푸드로 알려져 있습니다. 분말 및 정제와 같은 고농축 보충제를 생산하려면 스피룰리나 조류에서 청색 색소를 추출해야 합니다.
스피룰리나
Arthrospira platensis (A. platensis)와 Arthrospira maxima (A. maxima)는 스피룰리나라는 이름으로 알려져 있습니다. 스피룰리나는 아미노산과 항산화 물질이 풍부한 남조류입니다. 단백질, 효소, 미네랄, 비타민 A, K, B12, 철 및 망간과 같은 영양소를 풍부하게 함유하여 슈퍼푸드로 분류됩니다. 조류의 한 속인 Arthrospira는 특히 단백질 함량이 높습니다. 단백질 함량은 건조 중량 기준 53–68%이며, 모든 필수 아미노산을 빠짐없이 제공합니다. 또한 Arthrospira는 다중불포화지방산(PUFAs)을 다량 함유하며, 이는 5–6%인 총 지질 함량의 약 1.5–2%에 해당합니다. 이러한 PUFAs에는 필수 오메가-6 지방산인 γ-리놀렌산(GLA)이 포함됩니다. Arthrospira의 다른 생리활성 화합물에는 비타민, 미네랄 및 광합성 색소가 포함됩니다.
참고: 학술적으로 Spirulina platensis (S. platensis)와 Spirulina maxima (S. maxima)의 올바른 명칭은 Arthrospira platensis (A. platensis)와 Arthrospira maxima (A. maxima)입니다. 두 종은 한때 Spirulina 속으로 분류되었으며, 오늘날까지도 일상적으로 스피룰리나라는 이름으로 알려져 있습니다. 현재 Arthrospira와 Spirulina를 두 개의 별도 속으로 구분하는 것이 일반적으로 받아들여지고 있지만, 스피룰리나라는 용어는 흔히 포괄적인 명칭으로 사용됩니다.
스피룰리나의 초음파 추출
초음파 세포 파쇄기(초음파 추출기라고도 함)는 세포를 열어 세포 내 물질을 방출하는 능력으로 잘 알려져 있습니다. 강력한 초음파를 유체에 전달하면 음향 캐비테이션 현상이 발생합니다. 캐비테이션의 힘은 세포벽을 파쇄하고 물질 전달을 촉진하여 표적 생리활성 화합물이 세포에서 액체로 이동하게 합니다.
세포로부터의 초음파 추출: 현미경 횡단면(TS)은 세포로부터 초음파로 추출하는 동안의 작용 기전을 보여줍니다(배율 2000x) [출처: Vilkhu et al. 2011]
초음파 추출의 장점
- 높은 수율
- 우수한 추출물 품질
- 신속한 추출
- 온화한 비열 공정
- 다양한 용매
- 안전성
- 간편한 조작
- 선형 스케일업
- 적은 유지보수
- 빠른 투자 회수
추출 프로토콜
Prabuthas et al. (2011)은 고품질 피코시아닌 추출물을 얻기 위해 다음과 같은 추출 프로토콜을 개발했습니다. 증류수와 1% CaCl2 용액을 사용하여 피코시아닌 농도를 기준으로 피코시아닌 추출을 평가했습니다. 해조류인 스피룰리나는 건조된 형태로 사용합니다. 습윤 바이오매스는 영양 조성 때문에 박테리아에 즉시 이용되어 분해되기 시작하기 때문입니다. 따라서 이러한 문제를 피하려면 건조 조류 바이오매스를 사용하는 것이 권장됩니다. 건조 바이오매스 0.1g을 용매와 혼합하여 추출했으며, 실험 설계에 따른 시간과 진폭으로 초음파 처리를 수행했습니다. 시료 현탁액을 Hielscher의 UP50H 초음파 세포 파쇄기로 초음파 처리한 다음, 냉장 원심분리기를 사용하여 13,500rpm에서 15 min 동안 원심분리했습니다. 서로 다른 용매인 염화칼슘과 증류수를 사용한 추출 과정에서 피코시아닌 및 단백질 함량을 조사했습니다.
피코시아닌의 최대량인 0.3116mg/ml는 염화칼슘 용액에서 얻었으며, 그다음은 증류수에서 얻은 0.299mg/ml였습니다. 단백질의 최대 함량인 63.63%는 증류수 용매에서 얻었고, 염화칼슘 용액에서는 54.69%를 얻었습니다. 따라서 CaCl2 용액이 초음파 보조 피코시아닌 추출에 가장 적합한 용매인 것으로 나타났습니다.
스피룰리나 추출을 위한 고성능 초음파 추출기
Hielscher는 식물 및 식물성 바이오매스에서 생리활성 물질을 강력하고 신뢰성 있게 초음파로 추출하는 분야에서 오랜 경험을 보유한 파트너입니다. 모든 초음파 추출기는 24/7 가동할 수 있으며 식이용 추출물의 상업적 생산에 적합합니다. 당사의 제품군은 소형 휴대용 생물 시료 파쇄기부터 파일럿 초음파 처리기와 산업용 초음파 시스템까지 전 범위를 아우릅니다. 다양한 소노트로드와 플로우 셀 반응기 등의 액세서리를 통해 공정 요구 사항에 최적으로 맞출 수 있습니다. 모든 Hielscher 초음파 프로세서는 견고하고 조작이 간편하며 사용 편의성을 고려하여 설계되었습니다. 당사의 디지털 제어 초음파 처리기에는 초음파 처리 데이터를 자동으로 기록하는 SD 카드가 내장되어 있습니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 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. | 더 높은 유량 | 여러 대를 조합한 UIP16000 |
- 초음파 처리 분야의 오랜 경험
- 높은 품질
- 견고함
- 24/7 가동
- 공회전 보호 기능
- 선형 확장성
- 우수한 고객 서비스
- 적은 유지보수
- 교육 및 설치 서비스
- 기술 센터
- 공정 개발
- 맞춤형 초음파 장비
충분한 교육을 받은 당사 직원들이 수준 높은 고객 서비스와 전문적인 상담을 제공합니다.
지금 문의하세요! 귀하의 용도에 가장 적합한 초음파 추출기를 기꺼이 추천해 드리겠습니다.
실험실 규모부터 파일럿 및 산업 규모까지 아우르는 고출력 초음파 추출기.
문헌/참고문헌
- 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.
알아두면 좋은 정보
스피룰리나
스피룰리나는 남세균(남조식물이라고도 함)의 일종이며, 남세균은 광합성을 통해 에너지를 얻는 세균의 한 문입니다. 남세균은 산소를 생성할 수 있는 유일한 광합성 원핵생물입니다. 남세균의 영어 명칭인 cyanobacteria는 세균의 색에서 유래했습니다(그리스어: κυανός, 음역: kyanós, 문자 그대로의 뜻: 파란색). 그 색 때문에 남조류라고도 불리지만, 현대적 용법에서 조류라는 용어는 진핵생물로 한정됩니다. Spirulina platensis (S. platensis)는 여러 사상체로 이루어진 원핵성 남세균으로, 개방형 연못이나 밀폐형 생물반응기에서 단일 배양으로 쉽게 기를 수 있습니다. C-피코시아닌(C-PC)은 스피룰리나의 주요 피코빌리단백질입니다.
스피룰리나 추출물
스피룰리나는 해양 남세균(남조류)의 바이오매스에서 얻는 인기 있는 식이 보충제입니다. 비건 단백질 및 색소 보충제 제조에 사용되는 두 스피룰리나 종은 Arthrospira platensis와 Arthrospira maxima입니다. 이 미세조류에서 방출되는 추출물에는 항산화 물질, 아미노산 및 비타민이 풍부합니다. 따라서 청색 추출물 분말을 주스, 스무디, 셰이크 및 음료에 첨가하여 아름답고 선명한 청색을 부여합니다. 또는 스피룰리나 추출물을 정제 형태로 섭취할 수도 있습니다.
피코시아닌, 알로피코시아닌 및 피코에리트린은 집광성 피코빌리단백질 계열에 속하는 색소–단백질 복합체로, 선명한 연청색으로 알려져 있습니다. 피코시아닌은 엽록소의 보조 색소입니다. 모든 피코빌리단백질은 수용성이므로 막 내부에 존재하지 않으며, 대신 응집체(피코빌리솜이라고 함) 형태로 세포막에 결합되어 있습니다.
초음파 추출 및 세포 파쇄
초음파 보조 추출(UAE)은 식물성 물질과 조직에서 생리활성 화합물을 방출하고 분리하는 데 사용됩니다.
초음파 추출 공정에서는 강력한 초음파를 매질에 전달하며, 이 파동은 압축과 팽창을 번갈아 발생시킵니다. 압축 / 팽창 주기 동안 진공 기포가 생성되며, 이 기포는 여러 주기에 걸쳐 성장하다가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없게 되면 격렬하게 내파합니다. 기포의 내파는 국소적으로 발생하는 최대 5000K의 온도, 1000atm의 압력 차이, 1010 K/s를 초과하는 가열 및 냉각 속도, 280m/s의 속도로 분출되는 액체 제트를 동반하는 매우 높은 에너지 상태를 만들어 냅니다. 이 현상을 음향 캐비테이션이라고 합니다.
초음파 추출은 음향 캐비테이션과 그에 따른 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다