Ultrasone algenextractie voor voedingssupplementen

Ultrasone extractie is de superieure methode om algencellen effectief en snel te verstoren. Sonicatie kan de volledige hoeveelheid van de bioactieve bestanddelen vrijgeven, wat de ultrasone techniek zeer efficiënt maakt.

Hoe te halen Proteïnen, Lipiden en Fenoliën uit Algen met Ultrasonics

Algen- en microalgensoorten zijn rijk aan biologisch actieve verbindingen zoals eiwitten, lipiden, carotenoïden, pigmenten (bijv. fycocyaninen, astaxanthine, enz.), fenolen en polysacchariden (bijv. carrageen). Daardoor zijn ze 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, PUFA's met een lange keten (d.w.z. omega-3), polysacchariden (b.v. alginaat, carrageen, β-glucanen), vitaminen, en antioxidanten.
Spirulina is een veel gebruikte algensoort, die rijk is aan hoogwaardige bioactieve stoffen zoals eiwitten (met 50-70% drooggewicht). Aangezien Spirulina door de FDA (Food Drug Administration van de Verenigde Staten) is goedgekeurd 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 blinkt uit in alternatieve extractiemethoden in verdeelpunten, zoals hoge opbrengst, betrouwbaarheid, veiligheid, eenvoud en milieuvriendelijkheid.

Volledige extractieopbrengst

Krachtige ultrasonicatoren breken de algencellen open en verstoren ze, zodat het intracellulaire materiaal vrijkomt. Bij de ultrasone extractie komt daardoor het volledige spectrum aan bioactieve stoffen vrij, zoals phycobiliproteïnen, carotenoïden en lipiden en fenolen.
Fycobiliproteïnen kunnen worden onderscheiden in drie grote groepen, namelijk chlorofycocyanen, allofycocyanen en phycoerythrinen. C-Fycocyanine is een natuurlijk blauw pigment, dat op grote schaal wordt gebruikt in voedingsmiddelen en farmaceutische producten. Bij ultrasone extractie komt het volledige spectrum aan eiwitten vrij.

Hoge extractie-efficiëntie

Duangsee et al. (2009) testten twee verschillende methoden van extractie (ultrasoon oplosmiddelextractie en extractie door herhaald invriezen en ontdooien) van bioactieve verbindingen uit de biomassa van Arthospira en vonden dat ultrasoon oplosmiddelextractie een hoger extractie-efficiëntie (22,1%) opleverde dan invriezen en ontdooien (15,6%). Vergelijking van de celbreuk tussen sonicatie en herhaald invriezen en ontdooien toont aan dat sonicatie effectiever is. Ultrasone cavitatie verstoort de algencellen snel en effectief, wat resulteert in een hogere celverstoring in vergelijking met de spiraalvormige cellen die worden behandeld door herhaaldelijk invriezen en ontdooien.
Sonicatie was effectiever in het breken van de celomhulsel in vergelijking met herhaaldelijk bevriezen en ontdooien. De extractieopbrengst van fycocyanine toonde aan dat de verwerkingstemperatuur de extractie-efficiëntie beïnvloedde.

Snel extractieproces

Hoogwaardige ultrasone systemen kunnen een hoog ultrasoon vermogen via hoge amplitudes in de algensuspensie brengen. Dit maakt de ultrasone extractie een zeer snelle verwerkingsmethode.

temperatuurregeling

Ultrasonicatie is een niet-thermische, zuiver mechanische extractietechniek. De afzuigtemperatuur kan nauwkeurig worden geregeld met behulp van een insteekbare temperatuursensor, die is aangesloten op de digitale Hielscher ultrasonicator. De software van Hielscher's digitale ultrasonicatoren maakt het mogelijk om temperatuurlimieten in te stellen, zodat de ultrasone homogenisator pauzeert wanneer de temperatuurlimiet wordt bereikt. De nauwkeurige temperatuurregeling maakt het mogelijk om de thermische afbraak van warmtegevoelige materialen zoals phycobiliproteïnen, vitaminen, polyfenolen, polysacchariden, lipiden en andere bioactieve verbindingen te voorkomen.

Compatibel met diverse oplosmiddelen

Ultrasoon 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 worden verwerkt in voedingsmiddelen omdat de extractiemiddelen ethanol en water de GRAS (Generally Recognized As Safe) status hebben.

Reproduceerbaarheid en processtandaardisatie

Hielscher's digitale ultrasonicatoren worden geleverd met een intelligente software en een uitgebreide verscheidenheid aan instellingen voor de ideale extractieparameters. De software protocolleert alle ultrasone procesparameters (bijv. amplitude, nettovermogen, totaal vermogen, temperatuur, druk, tijd, datum) en schrijft de sonische gegevens in een CSV-bestand op de ingebouwde SD-kaart. Hierdoor kunt u uw extractieproces standaardiseren en de geluids- en kwaliteitsuitvoer nauwkeurig controleren. Deze functies helpen u om te voldoen aan de eisen van processtadandizatie en aan de Good Manufacturing Practices (GMP), die beide van groot belang zijn bij de productie van de extracten voor supplementen, voedingsmiddelen of farmaceutische producten.

Ultrasone Phycocyanine Extractie Protocol

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

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

UIP1000hdT – Manothermosonication (MTS) setup und onze proteïne-extractie uit spirulina op labschaal
Bron: Vernes et al. 2019

De onderzoeksresultaten tonen aan dat ultrasone extractiecondities die geoptimaliseerd zijn voor de eiwitopbrengst, een licht verhoogde temperatuur en druk met zich meebrengen (zogenaamde manothermosonication MTS). MTS bevordert de massatransfer en maakt het mogelijk om 229% meer eiwitten (28,42 ± 1,15 g/100 g droog wt.) te krijgen dan het conventionele proces zonder ultrasoon geluid (8,63 ± 1,15 g/100 g droog wt.).
Met 28,42 g eiwitten verkregen per 100 g droge spirulina-biomassa in het extract werd in slechts 6 minuten een proteïneherstelsnelheid van 50% bereikt in een continu sonicatieproces. Microscopische beeldvorming toont aan dat akoestische cavitatie de spirulina filamenten beïnvloedt door verschillende mechanismen zoals fragmentatie, sonoporatie, detexturatie. Deze verschillende effecten maken de extractie, het vrijkomen en de solubilisatie van spirulina bioactieve verbindingen gemakkelijker en effectiever, wat resulteert in een hoge eiwitopbrengst van hoge kwaliteit.
Wat betreft de kwaliteit van de ultrasoon geëxtraheerde eiwitten, werden de aminozuren niet afgebroken door een ultrasone behandeling, maar ze zijn wel in een grotere hoeveelheid aanwezig in het geval van sonicatie in vergelijking met de conventionele extractie.
Wanneer manothermosonicatie en ultrasone extractie zonder verhoogde druk en temperatuur worden vergeleken, is het verschil in extractie-opbrengst en -efficiëntie slechts minimaal. Daarom wordt ultrasone extractie beschouwd als de meest economische en gemakkelijkste techniek om een hoogwaardig extract 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 kan worden opgeschaald naar proefschaal en industriële schaal. (cf. Vernès et al. 2019)

Ultrasone extractors met hoge prestaties

Alle extractie-resultaten die op kleine schaal worden bereikt, kunnen lineair worden geschaald naar grotere productiecapaciteiten. Hielscher Ultrasonics grote productportfolio van laboratorium- tot industriële afzuiginstallaties heeft de meest geschikte ultrasoonmachine voor uw beoogde procescapaciteit. Onze ervaren medewerkers begeleiden u van haalbaarheidstesten en procesoptimalisatie tot en met de installatie van uw ultrasoonsysteem op het uiteindelijke productieniveau.

Hielscher Ultrasonics – Geavanceerde extractie-apparatuur

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige scala van hoogwaardige ultrasone afzuigapparaten van kleine tot grote schaal. Aanvullende accessoires maken het mogelijk op eenvoudige wijze de meest geschikte ultrasoon apparaatconfiguratie voor uw proces samen te stellen. De optimale ultrasoon opstelling is afhankelijk van de beoogde capaciteit, het volume, de grondstof, het batch- of inline-proces en de tijdslijn. De robuustheid van Hielscher's ultrasoon apparatuur maakt het mogelijk om 24/7 te werken bij zware belasting en in veeleisende omgevingen. De lineaire schaalbaarheid van ultrasone extractie processen maken het mogelijk de productie eenvoudig en betrouwbaar te verhogen. Lees meer over de lineaire schaalvergroting van ultrasone extractieprocessen!

Kies uit verschillende accessoires zoals:

• sonotrodes met verschillende maten, diameters en vormen
• sonotrodes voor hoge amplitude van 200µm en hoger
• stromingscelreactoren met verschillende volumes en geometrieën
• talrijke boosterhoorns om de winst te verhogen of te verlagen
• complete sonica-opstellingen zoals de SonoStation, met inbegrip van ultrasone afzuiging, tank, roerwerk en pomp
• insteekbare temperatuursensoren
• insteekbare druksensoren

Onze goed opgeleide, langjarige medewerkers zullen u raadplegen en u het meest geschikte ultrasone systeem voor uw afzuigproces aanbevelen!

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: