Spirulina 색소의 초음파 추출
초음파 추출은 우수한 품질의 미세조류 추출물을 분리하는 데 매우 효율적인 것으로 입증되었습니다. 피코시아닌과 같은 스피룰리나 색소는 슈퍼푸드로 알려져 있으며, 항산화제, 비타민 및 단백질 함량이 높아 건강상의 이점에 기여합니다. 분말 및 정제와 같은 고농축 보충제를 생산하려면 스피룰리나 조류에서 청색 색소를 추출해야 합니다.
스피룰리나
Arthrospira platensis (A. platensis) 및 Arthrospira maxima (A. maxima)는 스피룰리나라는 용어로 알려져 있습니다. 스피룰리나는 아미노산과 항산화제가 풍부한 남조류입니다. 단백질, 효소, 미네랄, 비타민 A, K, B12, 철, 망간 등의 영양소가 풍부하여 슈퍼푸드로 분류됩니다. 조류 속 Arthrospira는 특히 단백질 함량이 높습니다. 단백질 함량은 건조 중량 기준으로 53%에서 68%에 이르며 모든 필수 아미노산의 전체 스펙트럼을 제공합니다. 또한, Arthrospira는 총 지질 함량 5-6%의 약 1.5-2%인 고도 불포화 지방산(PUFA)을 다량 함유하고 있습니다. 이 PUFA는 필수 오메가-6 지방산인 γ-리놀렌산(GLA)을 함유하고 있습니다. Arthrospira의 추가 생체 활성 화합물에는 비타민, 미네랄 및 광합성 색소가 포함됩니다.
참고: 과학적으로 스피룰리나 플라텐시스(S. platensis) 및 스피룰리나 맥시마(S. maxima)는 Arthrospira platensis(A. platensis) 및 Arthrospira maxima(A. maxima)로 정확하게 불립니다. 두 종 모두 한때 스피룰리나 속으로 분류되었으며 오늘날까지 스피루리나 이름으로 구어체로 알려져 있습니다. Arthrospira와 Spirulina의 두 가지 별도 속의 도입은 이제 일반적으로 받아 들여지지만, 스피룰리나라는 용어는 종종 포괄적 인 용어로 사용됩니다.
초음파 스피룰리나 추출
초음파 세포 교란기(초음파 추출기라고도 함)는 세포 내 물질을 방출하기 위해 세포를 열 수 있는 능력으로 잘 알려져 있습니다. 강렬한 초음파가 유체에 결합되면 음향 캐비테이션 현상이 발생합니다. 캐비테이션력은 세포벽을 파괴하고 질량 전달을 강화하여 생체 활성 표적 화합물이 세포에서 액체로 운반되도록 합니다.
세포에서 초음파 추출: 현미경 횡단면(TS)은 세포에서 초음파 추출 중 작용 메커니즘을 보여줍니다(배율 2000x) [리소스: Vilkhu et al. 2011]
초음파 추출의 장점
- 높은 수율
- 우수한 추출물 품질
- 신속한 추출
- 온화한 비열 공정
- 다양한 용제
- 금고
- 간편한 작동
- 리니어 스케일업
- 낮은 유지 보수
- 빠른 ROI
추출 프로토콜
Prabuthas et al. (2011)은 고품질 피코시아닌 추출물을 얻기 위해 다음과 같은 추출 프로토콜을 개발했습니다. 피코시아닌 추출은 증류수와 1% CaCl2 용액을 사용하여 피코시아닌 농도로 평가되었습니다. 해조류 스피룰리나는 습식 바이오매스가 박테리아에 의해 즉시 이용되고 영양 구성으로 인해 분해를 시작하기 때문에 건조 형태로 사용됩니다. 따라서 이러한 문제를 피하려면 건조 조류 바이오매스를 사용하는 것이 좋습니다. 추출은 0.1g의 건조 된 바이오 매스와 용매의 양을 혼합하여 수행되었으며, 실험 설계에 따라 시간과 진폭을 수행하여 초음파 처리를 수행했습니다. 샘플 현탁액은 Hielscher의 UP50H 초음파 세포 교란기를 사용하여 초음파 처리 한 후 냉장 원심 분리기를 사용하여 13500rpm에서 15 분 동안 원심 분리했습니다. 다른 용매로 추출하는 동안 피코시아닌과 단백질 함량은 염화칼슘과 증류수를 조사했습니다.
피코시아닌의 최대량인 0.3116mg/ml는 염화칼슘 용액에서 얻은 후 증류수에서 0.299mg/ml를 얻었다. 단백질의 최대량인 63.63%는 증류수 용매에서, 54.69%는 염화칼슘 용액에서 얻었다. 따라서 CaCl2 용액은 초음파 보조를 통해 피코시아닌을 추출하는 데 가장 적합한 용매로 발견되었습니다.
스피룰리나 추출을 위한 고성능 초음파 추출기
Hielscher는 식물 및 식물 바이오 매스에서 생체 활성제의 강력하고 신뢰할 수있는 초음파 추출에 관한 한 장기적인 경험이 풍부한 파트너입니다. 모든 초음파 추출기는 24/7 작동 할 수 있으며식이 추출물의 상업적 생산에 적합합니다. 당사의 제품 범위는 소형 휴대용 생물 파괴자에서 파일럿 초음파 발생기 및 산업용 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 포괄합니다. 다양한 소노트로드 및 플로우 셀 반응기와 같은 다양한 액세서리를 통해 공정 요구 사항에 최적으로 적응할 수 있습니다. 모든 Hielscher 초음파 프로세서는 견고하고 작동하기 쉬우 며 사용자 친화성을 위해 설계되었습니다. 우리의 디지털 제어 초음파는 초음파 처리 데이터의 자동 프로토콜링을위한 내장 SD 카드와 함께 제공됩니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
- 초음파 처리에 대한 오랜 경험
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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.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
스피룰리나
스피룰리나(Spirulina)는 광합성을 통해 에너지를 얻는 박테리아의 문인 시아노박테리아(cyanobacteria)의 일종입니다. 그들은 산소를 생산할 수 있는 유일한 광합성 원핵생물입니다. 시아노박테리아라는 이름은 박테리아의 색깔(그리스어: κυανός, 음역: kyanós, 직역하면 파란색)에서 유래했습니다. 그들의 색깔 때문에 그들은 또한 남조류 (blue-green algae)라고 불리지만, 현대 사용에서 조류라는 용어는 진핵 생물로 제한됩니다. 스피룰리나 플라텐시스(S. platensis)는 열린 연못이나 폐쇄된 생물 반응기에서 단일 배양으로 쉽게 성장할 수 있는 다중사상 원핵생물 시아노박테리아입니다. C-피코시아닌(C-PC)은 스피룰리나의 주요 피코빌리단백질입니다.
스피룰리나 추출물
스피룰리나는 해양 시아노박테리아(남조류)의 바이오매스에서 추출한 인기 있는 건강 보조 식품입니다. 비건 단백질 및 색소 보충제 제조에 사용되는 두 가지 스피룰리나 종은 Arthrospira platensis와 Arthrospira maxima입니다. 이 미세조류에서 방출되는 추출물은 항산화제, 아미노산 및 비타민이 풍부합니다. 따라서 블루 추출물 파우더는 주스, 스무디, 쉐이크 및 음료에 첨가되어 아름답고 강렬한 파란색을 띠게 됩니다. 또는, 스피룰리나 추출물은 정제 형태로 섭취할 수 있습니다.
피코시아닌(Phycocyanin) 알로피코시아닌(allophycocyanin)과 피코에리트린(phycoerythrin)은 광수확 피코빌리단백질(phycobiliprotein)군에 속하는 색소-단백질 복합체로, 강렬한 연한 파란색으로 잘 알려져 있습니다. 피코시아닌(Phycocyanin)은 엽록소에 대한 부속 색소입니다. 모든 phycobiliprotein은 수용성이기 때문에 막 내에 존재하지 않으며, 대신 phycobiliproteins는 세포막에 응집체(소위 phycobilisomes)로 결합됩니다.
초음파 추출 및 세포 파괴
UAE(Ultrasound-Assisted Extraction)는 식물 물질과 조직에서 생체 활성 화합물을 방출하고 분리하는 데 사용됩니다.
초음파 추출 공정의 경우, 강렬한 초음파가 매체로 결합되어 파동이 압축과 팽창을 번갈아 발생시킵니다. 압축/팽창 주기 동안 진공 기포가 생성되어 더 많은 에너지를 흡수할 수 없을 때까지 여러 주기에 걸쳐 성장하여 격렬하게 파열됩니다. 기포 내파는 최대 5000K의 국부적으로 발생하는 온도, 1000atm의 압력 차이, 1010K/s 이상의 가열 및 냉각 속도, 280m/s의 속도를 가진 액체 제트로 매우 에너지 있는 상태를 생성합니다. 이 현상을 음향 캐비테이션이라고 합니다.
초음파 추출은 음향 캐비테이션과 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다