Ultrasone algenextractie voor voedingssupplementen

Ultrasone extractie is de superieure methode om algencellen effectief en snel te ontleden. Sonicatie kan de volledige hoeveelheid bioactieve stoffen vrijmaken, waardoor de ultrasone techniek zeer efficiënt is.

Eiwitten, lipiden en fenolen uit algen extraheren met ultrasoontechniek

Algen en microalgen zijn rijk aan biologisch actieve stoffen zoals eiwitten, lipiden, carotenoïden, pigmenten (bijv. fycocyaninen, astaxanthine enz.), fenolen en polysachariden (bijv. carrageen). Dit maakt ze tot een veelgebruikt natuurlijk materiaal voor de productie van extracten voor voedingsmiddelen en voedingssupplementen. Veel gebruikte algensoorten voor voedingssupplementen zijn Arthrospira maxima en (ook bekend als spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis en Ulva spp. Algen staan bekend als een goede bron van hoogwaardige eiwitten, lipiden, lange-keten-PUFA's (bijv. omega-3), polysachariden (bijv. alginaat, carrageen, β-glucanen), vitaminen en antioxidanten.
Spirulina is een veelgebruikte algensoort die rijk is aan hoogwaardige bioactieve bestanddelen zoals eiwitten (met 50-70% droge stof). Omdat Spirulina is goedgekeurd door de FDA (Food Drug Administration van de Verenigde Staten) als GRAS (Generally Recognized As Safe), kunnen spirulina en spirulina-extracten worden gebruikt in gecommercialiseerde voedingsmiddelen of als voedingssupplementen.

Voordelen van ultrasone algenextractie

Ultrasone extractie overtreft alternatieve extractiemethoden op vele punten, zoals hoge opbrengst, betrouwbaarheid, veiligheid, eenvoud en milieuvriendelijkheid.

Volledig extractierendement

Krachtige ultrasone apparaten breken de algencellen open en verstoren ze zodat het intracellulaire materiaal vrijkomt. Door de ultrasone extractie komt het volledige spectrum aan bioactieve stoffen vrij, zoals fycobiliproteïnen, carotenoïden, lipiden en fenolen.
Fycobiliproteïnen kunnen worden onderverdeeld in drie grote groepen, namelijk chloorfycocyaninen, allofycocyaninen en fycoerythrinen. C-fycocyanine is een natuurlijk blauw pigment dat veel wordt gebruikt in voedingsmiddelen en farmaceutische producten. Ultrasone extractie maakt het volledige spectrum van eiwitten vrij.

Hoge extractie efficiëntie

Duangsee et al. (2009) testten twee verschillende extractiemethoden (ultrasone oplosmiddelextractie en extractie door herhaaldelijk invriezen en ontdooien) van bioactieve bestanddelen uit biomassa van Arthospira en ontdekten dat ultrasone oplosmiddelextractie resulteerde in een hogere extractie-efficiëntie (22,1%) dan invriezen en ontdooien (15,6%). Vergelijking van celbreuk tussen sonicatie en herhaaldelijk invriezen en ontdooien toont aan dat sonicatie effectiever is. Ultrasone cavitatie verstoort de algencellen snel en effectief, wat resulteert in een hogere celdisruptie in vergelijking met de spirulina cellen die zijn behandeld door herhaaldelijk invriezen en ontdooien.
Sonificatie was effectiever bij het breken van het celomhulsel in vergelijking met herhaaldelijk invriezen en ontdooien. De extractieopbrengst van fycocyanine toonde aan dat de verwerkingstemperatuur de extractie-efficiëntie beïnvloedde.

Snel extractieproces

Ultrasone systemen met hoge prestaties kunnen een hoog ultrageluidvermogen via hoge amplitudes in de algensuspensie brengen. Dit maakt de ultrasone extractie tot een zeer snelle verwerkingsmethode.

temperatuurregeling

Ultrasoon is een niet-thermische, puur mechanische extractietechniek. De extractietemperatuur kan nauwkeurig worden geregeld met behulp van een insteekbare temperatuursensor die is aangesloten op de digitale Hielscher ultrasoonmachine. Met de software van Hielscher's digitale ultrasone apparaten kunnen temperatuurlimieten worden ingesteld, zodat de ultrasone homogenisator pauzeert wanneer de temperatuurlimiet wordt bereikt. De nauwkeurige temperatuurregeling voorkomt thermische degradatie van hittegevoelige materialen zoals fycobiliproteïnen, vitaminen, polyfenolen, polysacchariden, lipiden en andere bioactieve verbindingen.

Compatibel met verschillende oplosmiddelen

Ultrasoon extractie is compatibel met bijna elk oplosmiddel. Ultrasone extractie in combinatie met groene oplosmiddelen zoals water of ethanol produceren schone extracten. Deze ultrasone extracten kunnen veilig in voedingsmiddelen worden verwerkt omdat de extractiemiddelen ethanol en water de GRAS-status (Generally Recognized As Safe) hebben.

Reproduceerbaarheid en processtandaardisatie

De digitale ultrasoonapparaten van Hielscher worden geleverd met intelligente software en een uitgebreide reeks instellingen voor de ideale extractieparameters. De software registreert alle parameters van het ultrasoonproces (bijv. amplitude, nettovermogen, totaal vermogen, temperatuur, druk, tijd, datum) en schrijft de sonicatiegegevens naar een CSV-bestand op de ingebouwde SD-kaart. Hierdoor kunt u uw extractieproces standaardiseren en de sonicatie en kwaliteitsoutput nauwlettend in de gaten houden. Deze functies helpen u te voldoen aan de eisen voor processtandaardisatie en Good Manufacturing Practices (GMP), die beide zeer belangrijk zijn als de extracten worden geproduceerd voor supplementen, voedingsmiddelen of farmaceutische producten.

Ultrasoon fycocyanine-extractieprotocol

Mazumder et al. (2017) onderzochten de optimale verwerkingsparameters voor de ultrasone extractie van fycocyanine en fenolen uit Arthospira platensis. De maximale opbrengst aan fycocyanine (29,9 mg/g) en totaal fenol (2,4 mg/g) werd verkregen bij een ethanolconcentratie van 40%, een extractietemperatuur van 34,9°C met gebruik van de ultrasoneator UP50H (50 watt, 30 kHz) bij een amplitude van 95% voor een extractietijd van 104,7 sec.

Vernès et al. (2019) gebruikten een UIP1000hdT (1000W, 20kHz) ultrasoonapparaat om eiwitten uit spirulina te extraheren. De ultrasoonator was uitgerust met een BS2d34 sonotrode en een ultrasone flowreactor (zie onderstaande afbeelding voor de exacte ultrasone extractieopstelling met flowcel en Seepex pomp).

UIP1000hdT – Manothermosonicatie (MTS) opstelling en onze eiwitextractie uit spirulina op laboratoriumschaal
bron: Vernes et al. 2019

De onderzoeksresultaten tonen aan dat de ultrasone extractiecondities die geoptimaliseerd zijn voor de eiwitopbrengst een licht verhoogde temperatuur en druk (de zogenaamde manothermosonicatie MTS) omvatten. MTS bevordert de massaoverdracht en maakt het mogelijk om 229% meer eiwitten (28,42 ± 1,15 g/100 g droog gewicht) te verkrijgen dan bij het conventionele proces zonder ultrasoon geluid (8,63 ± 1,15 g/100 g droog gewicht).
Met 28,42 g eiwitten verkregen per 100 g droge spirulina biomassa in het extract, werd een eiwitherkwamingspercentage van 50% bereikt in slechts 6 minuten in een continu sonicatieproces. Microscopische beeldvorming onthult dat akoestische cavitatie de spirulina filamenten beïnvloedt door verschillende mechanismen zoals fragmentatie, sonoporation, detexturatie. Deze verschillende effecten maken extractie, vrijgave en solubilisering van de bioactieve bestanddelen van spirulina gemakkelijker en effectiever, wat resulteert in een hoge eiwitopbrengst van hoge kwaliteit.
Wat betreft de kwaliteit van de ultrasoon geëxtraheerde eiwitten, werden aminozuren niet afgebroken door ultrasone behandeling, maar ze zijn aanwezig in een grotere hoeveelheid in het geval van sonicatie in vergelijking met conventionele extractie.
Wanneer manothermosonicatie en ultrasone extractie zonder verhoogde druk en temperatuur worden vergeleken, is het verschil in extractieopbrengst en efficiëntie slechts minimaal. Daarom wordt alleen ultrasone extractie beschouwd als de meest economische en eenvoudigste techniek om een extract van hoge kwaliteit te produceren dat rijk is aan spirulina-eiwitten. Ultrasone extractie is een groene, milieuvriendelijke extractietechniek die geschikt is voor eiwitextractie uit spirulina op laboratoriumschaal en die gemakkelijk opgeschaald kan worden naar pilot- en industriële schaal. (cf. Vernès et al. 2019)

Ultrasone afzuigers met hoge prestaties

Alle extractieresultaten die op kleine schaal zijn bereikt, kunnen lineair worden opgeschaald naar grotere productiecapaciteiten. Hielscher Ultrasonics uitgebreide productportfolio van laboratorium- tot industriële extractiesystemen heeft de meest geschikte ultrasoon voor uw beoogde procescapaciteit. Onze ervaren medewerkers begeleiden u van haalbaarheidstests en procesoptimalisatie tot de installatie van uw ultrasone systeem op het uiteindelijke productieniveau.

Hielscher Ultrasonics – Geavanceerde extractieapparatuur

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige assortiment hoogwaardige ultrasone extractors, van klein tot groot. Met extra accessoires kunt u eenvoudig de meest geschikte ultrasoon apparaatconfiguratie voor uw proces samenstellen. De optimale ultrasoonopstelling is afhankelijk van de beoogde capaciteit, het volume, de grondstof, het batch- of inline-proces en de tijdlijn. De robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maakt een 24/7 werking mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen. De lineaire schaalbaarheid van ultrasone extractieprocessen maakt een eenvoudige en betrouwbare productieverhoging mogelijk. Lees meer over de lineaire schaalvergroting van ultrasone extractieprocessen!

Kies uit verschillende accessoires zoals:

• sonotroden met verschillende maten, diameters en vormen
• sonotroden voor hoge amplitude van 200µm en hoger
• doorstroomcelreactoren met verschillende volumes en geometrieën
• talrijke boosterhoorns om de gains te vergroten of te verkleinen
• complete sonicatieopstellingen zoals het SonoStation, inclusief ultrasone extractor, tank, roerwerk en pomp
• insteekbare temperatuursensoren
• insteekbare druksensoren

Ons goed opgeleide en ervaren personeel zal u adviseren en u het meest geschikte ultrasone systeem aanbevelen voor uw extractieproces!

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: