Astaksantīna ekstrakcija ar ultraskaņu lielākam iznākumam
- Astaksantīns ir ļoti spēcīgs antioksidants, ko izmanto farmaceitiskajos preparātos un uztura bagātinātājos.
- Lai iegūtu augstas kvalitātes astaksantīnu no dabiskiem avotiem, piemēram, aļģēm, ir nepieciešama augstas veiktspējas ekstrakcijas metode.
- Ekstrakcija ar ultraskaņu ir mehāniska apstrāde, kas nodrošina lielu astaksantīna iznākumu ļoti īsā ekstrakcijas laikā.
Augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas augstas kvalitātes astaksantīna ekstraktiem
Ekstrakcija ar ultraskaņu ir augstas veiktspējas ekstrakcijas metode, kurā izmanto intensīvus ultraskaņas viļņus, lai ekstrahētu astaksantīnu no dabiskiem avotiem, piemēram, mikroaļģēm, krila vai vēžveidīgajiem. Astaksantīns ir dabā sastopams karotinoīdu pigments, kas pazīstams ar savām spēcīgajām antioksidatīvajām īpašībām un dažādo labvēlīgo ietekmi uz veselību. To plaši izmanto kā uztura bagātinātāju un pārtikas krāsvielu. Uzziniet, kā apstrāde ar ultraskaņu palīdz uzlabot astaksantīna ekstrakcijas procesu!
MultiSonoReactor uzlabotai astaksantīna ekstrakcijai, izmantojot lielas jaudas ultraskaņu
Astaksantīna ekstrakcija no mikroaļģēm ar ultraskaņu
Astaksantīnu uztura bagātinātājiem, ko cilvēki un dzīvnieki lieto to labvēlīgās ietekmes uz veselību dēļ, iegūst no jūras veltēm vai ekstrahē no aļģēm H. pluvialis. Haematococcus pluvialis ir zaļā mikroaļģe, kas rada lielu astaksantīna daudzumu, ja tiek pakļauta stresa apstākļiem, piemēram, augstam sāļumam, slāpekļa trūkumam, augstai temperatūrai un gaismai. Uzkrājot līdz 9,2mg/g astaksantīna katrā aļģes šūnā (= līdz 3,8% no H. pluvialis sausās masas), Haematococcus pluvialis uzkrāj ļoti lielu dabiskā astaksantīna daudzumu un tāpēc ir vēlamais organisms astaksantīna ražošanai.
Lai atbrīvotu astaksantīnu no zaļajām mikroaļģēm, aļģu šūnas ir jāsagrauj. Apstrāde ar ultraskaņu ir plaši atzīta metode šūnu sagraušanai, līzei un bioaktīvo savienojumu, piemēram, lipīdu, antioksidantu, polifenolu un dabisko pigmentu, izolēšanai. Augstas veiktspējas ultraskaņa rada tīri mehāniskus spēkus, kas ar bīdes spēku palīdzību sagrauj šūnu sieniņas un izraisa bioaktīvo vielu, piemēram, astaksantīna, atbrīvošanos.
Astaksantīna ekstrakcija no rauga ar ultraskaņu
Phaffia rhodozyma ir ar astaksantīnu bagāts raugs. Tomēr P. rhodozyma biezā šūnas sieniņa, kas galvenokārt sastāv no glikāna un nosaka šūnas stingrību, padara šūnu sagraušanu un astaksantīna izolēšanu par sarežģītu uzdevumu. Pētnieki (Gogate et al. 2015) konstatēja, ka ekstrakcija ar ultraskaņu kombinācijā ar pienskābi pastiprina šūnu sagraušanu un padara astaksantīna ekstrakciju no P. rhodozyma par zaļāku, videi draudzīgāku procesu. Viņi izmantoja pienskābi kā vidi šūnu sagraušanai un etanolu kā ekstrakcijas šķīdinātāju. Maksimālais astaksantīna iznākums (90%) tika iegūts, izmantojot ar ultraskaņu veicinātu ekstrakciju ar 3 M pienskābi un 15 min sagraušanas laiku. Jaudīgi ultraskaņas ekstraktori, piemēram, UIP4000hd (4kW, skat. attēlu pa kreisi), kombinācijā ar caurplūdes reaktoru, kurā var paaugstināt spiedienu, ļauj radīt ļoti intensīvu kavitāciju. Kavitācijas radītie bīdes spēki sagrauj rauga šūnu sieniņas un veicina masas pārnesi starp šūnas iekšieni un šķīdinātāju.
- Augstāks iznākums
- Ātra ekstrakcija – dažu minūšu laikā
- Augstas kvalitātes ekstrakti – saudzīga, netermiska apstrāde
- Videi draudzīgi šķīdinātāji (piemēram, ūdens/etanols)
- Izmaksu ziņā efektīva
- Vienkārša un droša lietošana
- Zemas ieguldījumu un ekspluatācijas izmaksas
- Darbība 24/7 lielas slodzes apstākļos
- Zaļa, videi draudzīga metode
Astaksantīna ekstrakcija ar ultraskaņu – partiju vai nepārtrauktas plūsmas režīmā
Astaksantīns ir lipofils savienojums, un to var izšķīdināt šķīdinātājos (piemēram, 48,0% etanolā etilacetātā) un eļļās (piemēram, sojas pupiņu eļļā).
Partiju režīms: Ultraskaņas ekstrakcijas procesus var īstenot kā vienkāršus partiju procesus vai kā apstrādi plūsmā, kurā vide tiek nepārtraukti padota caur ultraskaņas caurplūdes reaktoru.
Apstrāde partijās ir vienkārša procedūra, kurā ekstrakciju veic katrai partijai atsevišķi. Hielscher Ultrasonics piedāvā ultraskaņas procesorus mazām un lielām partijām, proti, no 1L līdz 120L.
5 līdz 10L partiju apstrādei iesakām UP400ST ar sonotrodi S24d22L2D (skat. attēlu pa kreisi).
Aptuveni 120L partiju apstrādei iesakām ultraskaņas apstrādes ierīci UIP2000hdT ar sonotrodi RS4d40L4.
Caurplūde: Lielākiem apjomiem un pilna mēroga komerciālai ekstrakcijai nepārtrauktu šķidruma plūsmu padod caur ultraskaņas reaktoru, kurā šķīdinātāja un augu materiāla suspensiju intensīvi apstrādā ar ultraskaņu.
Ja apjoms ir aptuveni 8L/min., iesakām UIP4000hdT ar sonotrodi RS4d40L3 un plūsmas šūnu FC130L4-3G0, kurā var paaugstināt spiedienu
UIP2000hdT (2kW) liela mēroga ekstrakcijai partijās
Augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīces ekstrakcijai
Hielscher Ultrasonics specializējas augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīču ražošanā augstas kvalitātes ekstraktu iegūšanai no augiem, raugiem un šūnām. Hielscher Ultrasonics plašais produktu klāsts aptver gan nelielas, jaudīgas laboratorijas ultraskaņas apstrādes ierīces, gan izturīgas uz galda novietojamas un pilnībā rūpnieciskas sistēmas, kas nodrošina augstas intensitātes ultraskaņu tādu bioaktīvo komponentu kā astaksantīna, kvercetīna, kofeīna, kurkumīna, terpēnu u. c. efektīvai ekstrakcijai un izolēšanai. Visām digitālajām ultraskaņas apstrādes ierīcēm no 200W līdz 16 000W ir intuitīva izvēlne ar programmējamiem iestatījumiem, krāsu skārienekrāns ērtai lietošanai, integrēta SD karte automātiskai datu reģistrēšanai, tālvadība pārlūkprogrammā un daudzas citas lietotājam ērtas funkcijas. Sonotrodes un plūsmas šūnas (detaļas, kas saskaras ar vidi) var autoklavēt, un tās ir viegli tīrāmas. Visas mūsu ultraskaņas apstrādes ierīces ir konstruētas darbam 24/7 režīmā, tām nepieciešama neliela apkope, un tās ir viegli un droši lietojamas.
Digitāls krāsu displejs nodrošina ērtu ultraskaņas iekārtu vadību. Mūsu sistēmas spēj nodrošināt amplitūdas no zemām līdz pat ļoti augstām. Tādu ķīmisko savienojumu kā astaksantīna ekstrakcijai piedāvājam īpašas ultraskaņas sonotrodes (pazīstamas arī kā ultraskaņas zondes vai ragi), kas ir optimizētas augstas kvalitātes aktīvo vielu saudzīgai izolēšanai. Hielscher piedāvā īpašas sonotrodes augstām amplitūdām kombinācijā ar plūsmas šūnām, kurās var paaugstināt spiedienu un kuras spēj radīt ārkārtīgi spēcīgus kavitācijas izraisītus bīdes spēkus, kas sagrauj pat ļoti izturīgas rauga šūnas. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj tās darbināt 24/7 režīmā lielas slodzes un sarežģītos vides apstākļos.
Precīza ultraskaņas procesa parametru kontrole nodrošina reproducējamību un procesa standartizāciju. Hielscher rūpnieciska mēroga automatizētās ultraskaņas ekstrakcijas sistēmas ir izstrādātas augstas ražošanas jaudas nodrošināšanai, iegūstot izcilas kvalitātes ekstraktus un vienlaikus samazinot darbaspēka patēriņu, izmaksas un enerģijas patēriņu.
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Literatūra/atsauces
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
Noderīgi fakti
Sonoekstrakcija
Ultraskaņas ekstrakcija jeb sonoekstrakcija balstās uz akustiskās kavitācijas principu.
Kad uz šķidrām sistēmām iedarbojas intensīvi ultraskaņas viļņi, rodas akustiskā kavitācija – parādība, kurā veidojas, aug un visbeidzot sabrūk vakuuma burbuļi (skat. attēlu zemāk). Ultraskaņas viļņu izplatīšanās laikā vakuuma burbuļi svārstās un aug, līdz sasniedz stāvokli, kurā vairs nespēj absorbēt enerģiju. Sasniedzot maksimālo izmēru, burbuļi strauji sabrūk, lokāli izraisot termisku, mehānisku un ķīmisku iedarbību. Mehāniskā iedarbība ietver augstu spiedienu līdz pat 1000atm, turbulenci un intensīvus bīdes spēkus. Šie spēki sagrauj šūnu sieniņas un veicina masas pārnesi starp šūnas iekšieni un šķīdinātāju, atbrīvojot bioaktīvos savienojumus apkārtējā šķidrumā (t. i., šķīdinātājā).
Akustiskā kavitācija, ko rada augstas intensitātes zemfrekvences ultraskaņa, rada intensīvus bīdes spēkus un lokālas lielas spiediena un temperatūras starpības, kas nodrošina šūnu sagraušanai, intensīvai sajaukšanai un masas pārnesei nepieciešamo iedarbību. Šos ultraskaņas radītos bīdes spēkus veiksmīgi izmanto kaņepju ekstrakcijai.
Savienojumu ekstrakcija ar ultraskaņu no augu materiāliem un šūnu audiem ir labi izpētīta. Ļoti intensīvu ultraskaņas viļņu izmantošana ievērojami veicina ekstrakcijas procesus. Papildus procesa intensifikācijai – kas nodrošina lielāku iznākumu un īsāku ekstrakcijas laiku – tiek novērsta termiskā noārdīšanās un temperatūrjutīgo sastāvdaļu zudums, jo apstrāde ar ultraskaņu ir netermiska apstrāde. Turklāt ekstrakcijai ar ultraskaņu ir zemas investīciju un ekspluatācijas izmaksas, tā samazina šķīdinātāju patēriņu un/vai ļauj izmantot videi draudzīgākus šķīdinātājus, tādējādi tā ir ekonomiska un videi draudzīga ekstrakcijas metode. Pārspējot tradicionālās ekstrakcijas metodes, ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību (UAE) ir pārņemta no pārtikas rūpniecības, lai ražotu bioaktīvus savienojumus ar ekonomisku ieguvumu.
Spēcīgi ultraskaņas viļņi sagrauj bioloģisko struktūru šūnu matricu un atbrīvo bioaktīvos savienojumus. Tiek intensificēta masas pārnese starp augu materiālu un šķīdinātāju. Pateicoties šiem mehānismiem, ekstrakcija ar ultraskaņu ir ļoti efektīva kaņepju ekstrakcijai.
Astaksantīns
Astaksantīns izceļas ar tumši sarkanu krāsu. Tas ir taukos šķīstošs pigments, kas sastopams aļģēs (piemēram, Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), raugā (piemēram, Phaffia rhodozyma), lašos, forelēs, krilā, garnelēs un saldūdens vēžos. Astaksantīnu uzskata par superantioksidantu, jo tā antioksidatīvā iedarbība ir desmit līdz divdesmit reizes spēcīgāka nekā daudziem citiem karotinoīdiem, piemēram, beta-karotīnam, luteīnam un zeaksantīnam, un simt reižu spēcīgāka nekā alfa-tokoferolam (E vitamīnam).
Astaksantīns (3,3′-dihidroksi-β, β′-karotīn-4,4′-dions) ir ketokarotinoīds un pieder pie plašākas ķīmisko savienojumu klases, ko sauc par terpēniem (kā tetraterpenoīds), kuri veidoti no piecu oglekļa atomu prekursoriem – izopentenildifosfāta un dimetilallildifosfāta. Astaksantīnu klasificē kā tādu karotinoīdu savienojumu veidu, kuriem ir skābekli saturošas grupas, proti, hidroksilgrupa (-OH) vai ketongrupa (C=O), piemēram, zeaksantīns un kantaksantīns. Astaksantīns ir zeaksantīna un/vai kantaksantīna metabolīts, kas satur gan hidroksilgrupas, gan ketonu funkcionālās grupas. Tāpat kā daudzi karotinoīdi, astaksantīns ir lipīdos šķīstošs pigments un izceļas ar sarkanu krāsu. Karotinoīdi, tostarp astaksantīns, ir labi pazīstami ar savu antioksidatīvo spēju.
Astaksantīns ir sarkans pigments, kas dabā veidojas lietusūdens mikroaļģēs (Haematococcus pluvialis) un raugā, ko sauc par Xanthophyllomyces dendrorhous (pazīstams arī kā Phaffia rhodozyma). Lai veidotu astaksantīnu, aļģes tiek pakļautas stresam, ko izraisa viens vai vairāki apstākļi, piemēram, barības vielu trūkums, paaugstināts sāļums un pārmērīga saules gaisma. Sugām, kas patērē šīs stresam pakļautās saldūdens mikroaļģes, piemēram, lašiem, sarkanajām forelēm, sarkanajām jūras karūsām, flamingiem un vēžveidīgajiem (piemēram, garnelēm, krilam, krabjiem, omāriem, saldūdens vēžiem), šī pigmentācija izpaužas izskata sarkanīgi oranžajos toņos.
Astaksantīnu lieto kā uztura bagātinātāju tā veselību veicinošās un slimības ārstējošās iedarbības dēļ. Astaksantīns ir plaši atzīts nutriceitisks līdzeklis, ko lieto ādas veselības uzlabošanai (piemēram, grumbu, saules apdegumu radīto bojājumu u. c. mazināšanai).
Turklāt arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta astaksantīna izmantošanai Alcheimera slimības, Parkinsona slimības, sirds un asinsvadu slimību, augsta holesterīna līmeņa, aknu slimību un ar vecumu saistītas makulas deģenerācijas ārstēšanai, kā arī vēža profilaksei.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas mēroga līdz rūpnieciskam mērogam.