Ultrasone extractie van astaxanthine voor hogere opbrengsten
- Astaxanthine is een zeer krachtige antioxidant die wordt gebruikt in geneesmiddelen en voedingssupplementen.
- Om astaxanthine van hoge kwaliteit te produceren uit natuurlijke bronnen zoals algen, is een hoogwaardige extractietechniek nodig.
- Ultrasone extractie is een mechanische behandeling die een hoge opbrengst aan astaxanthine geeft in een zeer korte extractietijd.
Krachtige Sonicators voor hoogwaardige astaxanthine-extracten
Ultrasone extractie is een hoogwaardige extractietechniek waarbij intense ultrasone geluidsgolven worden gebruikt om astaxanthine te extraheren uit natuurlijke bronnen, zoals microalgen, krill of schaaldieren. Astaxanthine is een natuurlijk carotenoïde pigment dat bekend staat om zijn krachtige antioxiderende eigenschappen en verschillende voordelen voor de gezondheid. Het wordt vaak gebruikt als voedingssupplement en als kleurstof in voedsel. Lear hoe sonicatie helpt om je astaxanthine extractieproces te verbeteren!
MultiSonoReactor voor verbeterde astaxanthine-extractie met ultrasoon geluid met hoog vermogen
Ultrasone extractie van astaxanthine uit microalgen
Astaxanthine voor voedingssupplementen, die door mensen en dieren worden geconsumeerd vanwege hun gezondheidsvoordelen, wordt verkregen uit zeevruchten of geëxtraheerd uit de alg H. pluvialis. Haematococcus pluvialis is een groene microalg die hoge gehaltes astaxanthine produceert onder stressomstandigheden, zoals een hoog zoutgehalte, een tekort aan stikstof, een hoge temperatuur en veel licht. Met tot 9,2mg/g astaxanthine per algencel (= tot 3,8% op het drooggewicht van H. pluvialis) accumuleert Haematococcus pluvialis een zeer hoog gehalte aan natuurlijk astaxanthine en is daarom het organisme bij uitstek voor de productie van astaxanthine.
Om astaxanthine uit groene microalgen vrij te maken, moeten de algencellen worden verstoord. Ultrasoon is een beproefd middel voor celdisruptie, lysis en isolatie van bioactieve bestanddelen zoals lipiden, antioxidanten, polyfenolen en natuurlijke pigmenten. Ultrasoon geluid creëert puur mechanische krachten die de celwanden door schuifkrachten verstoren en ervoor zorgen dat bioactieve stoffen zoals astaxanthine vrijkomen.
Ultrasone extractie van astaxanthine uit gist
Phaffia rhodozyma is een gist die rijk is aan astaxanthine. De dikke celwand van P. rhodozyma, die voornamelijk bestaat uit glucan en verantwoordelijk is voor de celstijfheid, maakt celdisruptie en astaxanthine-isolatie echter tot een veeleisende taak. Onderzoekers (Gogate et al. 2015) ontdekten dat ultrasone extractie in combinatie met melkzuur de celdisruptie intensiveert en de extractie van astaxanthine uit P. rhodozyma tot een groener, milieuvriendelijker proces maakt. Ze gebruikten melkzuur als medium voor verstoring en ethanol als oplosmiddel voor de extractie. De maximale opbrengst aan astaxanthine (90%) werd verkregen voor de ultrasoon gestuurde extractiemethode gebaseerd op het gebruik van 3 M melkzuur en een verstoringstijd van 15 minuten. Krachtige ultrasone extractors zoals de UIP4000hd (4kW, zie foto links) in combinatie met een onder druk te zetten doorstroomreactor maken het mogelijk om zeer intense cavitatie te genereren. De schuifkrachten van de cavitatie verstoren de celwanden van de gist en bevorderen de massaoverdracht tussen het inwendige van de cel en het oplosmiddel.
- Superieure opbrengst
- Extractie met hoge snelheid – binnen enkele minuten
- Extracten van hoge kwaliteit – Mild, niet-thermisch
- Groene oplosmiddelen (bijv. water/ethanol)
- Kosteneffectief
- Eenvoudige en veilige bediening
- Lage investerings- en operationele kosten
- 24/7 werking onder zware omstandigheden
- Groene, milieuvriendelijke methode
Ultrasone extractie van astaxanthine – in batch- of continue flowmodus
Astaxanthine is een lipofiele verbinding en kan worden opgelost in oplosmiddelen (bijv. 48,0% ethanol in ethylacetaat) en oliën (bijv. sojaolie).
Partij: Ultrasone extractieprocessen kunnen worden uitgevoerd als eenvoudige batchprocessen of als inline behandeling, waarbij het medium continu door een ultrasone doorstroomreactor wordt gevoerd.
Batchverwerking is een eenvoudige procedure, waarbij de extractie partij voor partij wordt uitgevoerd. Hielscher Ultrasonics biedt ultrasone processors voor kleine tot grote batches, d.w.z. van 1 liter tot 120 liter.
Voor het verwerken van batches van 5 tot 10 liter raden we de UP400St met sonotrode S24d22L2D (zie foto links).
Voor het verwerken van batches van ongeveer 120 liter raden we de Sonicator UIP2000hdT met sonotrode RS4d40L4.
Doorstroming: Voor grotere volumes en grootschalige commerciële extractie wordt een continue vloeistofstroom door een ultrasone reactor geleid, waar het oplosmiddel/botanische slurry intensief wordt gesonitiseerd.
Voor een volume van ongeveer 8L/min. raden we de UIP4000hdT met sonotrode RS4d40L3 en drukregelbare flowcel FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) voor grootschalige batch-extractie
Ultrasoonapparaten met hoge prestaties voor extractie
Hielscher Ultrasonics is gespecialiseerd in de productie van hoogwaardige sonicators voor de productie van hoogwaardige extracten van planten, gisten en cellen. Het brede productassortiment van Hielscher Ultrasonics varieert van kleine, krachtige laboratorium ultrasone apparaten tot robuuste bench-top en volledig industriële systemen, die ultrageluid met hoge intensiteit leveren voor de efficiënte extractie en isolatie van bioactieve componenten zoals astaxanthine, quercetine, cafeïne, curcumine, terpenen etc. Alle digitale sonicators van 200 W tot 16.000 W hebben een intuïtief menu met programmeerbare instellingen, een gekleurd aanraakscherm voor comfortabele bediening, een geïntegreerde SD-kaart voor automatische gegevensregistratie, browserafstandsbediening en nog veel meer gebruiksvriendelijke functies. De sonotroden en flowcellen (de onderdelen die in contact komen met het medium) zijn autoclaveerbaar en eenvoudig te reinigen. Al onze ultrasone apparaten zijn gebouwd voor 24/7 gebruik, vereisen weinig onderhoud en zijn eenvoudig en veilig te bedienen.
Een digitaal kleurendisplay zorgt voor een gebruiksvriendelijke bediening van de ultrasone apparatuur. Onze systemen kunnen lage tot zeer hoge amplitudes leveren. Voor de extractie van chemische verbindingen zoals astaxanthine bieden we speciale ultrasone sonotroden (ook wel ultrasone sondes of hoorns genoemd) die geoptimaliseerd zijn voor de gevoelige isolatie van hoogwaardige actieve stoffen. Hielscher biedt speciale sonotroden voor hoge amplitudes in combinatie met onder druk te plaatsen flowcellen die extreme cavitatieschuifkrachten kunnen opwekken, waardoor zelfs zeer stevige gistcellen worden verstoord. De robuustheid van de Hielscher ultrasoonapparatuur maakt een 24/7 werking mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
De nauwkeurige regeling van de ultrasone procesparameters zorgt voor reproduceerbaarheid en standaardisatie van het proces. Hielscher geautomatiseerde ultrasone extractiesystemen op industriële schaal zijn ontworpen voor een hoge productiecapaciteit van extracten van superieure kwaliteit, terwijl tegelijkertijd arbeid, kosten en energie worden bespaard.
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Literatuur/referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
sono-extractie
Ultrasone extractie of sono-extractie is gebaseerd op het principe van akoestische cavitatie.
Wanneer intense ultrageluidsgolven worden toegepast op vloeibare systemen, treedt akoestische cavitatie op, wat het fenomeen is van het ontstaan, de groei en het uiteindelijk instorten van vacuümbellen (zie onderstaande afbeelding). Tijdens de voortplanting van de ultrageluidsgolven oscilleren en groeien de vacuümbellen totdat ze een punt bereiken waarop ze geen energie meer kunnen absorberen. Op het hoogtepunt van de bellengroei storten ze heftig in elkaar, wat plaatselijk thermische, mechanische en chemische effecten veroorzaakt. De mechanische effecten omvatten hoge drukken tot 1000atm, turbulenties en intense schuifkrachten. Deze krachten verstoren de celwanden en bevorderen de massaoverdracht tussen het inwendige van de cel en het oplosmiddel, waarbij bioactieve stoffen vrijkomen in de omringende vloeistof (d.w.z. het oplosmiddel).
Akoestische cavitatie, gegenereerd door ultrageluid met hoge intensiteit en lage frequentie, creëert intense schuifkrachten en lokaal optredende hoge druk- en temperatuurverschillen, die de nodige impact hebben voor celdisruptie, intense menging en massaoverdracht. Deze ultrasone schuifkrachten worden met succes toegepast voor cannabisextractie.
Ultrasone extractie van verbindingen uit plantaardige stoffen en celweefsel is goed onderzocht. De toepassing van zeer intense ultrasone golven bevordert het extractieproces aanzienlijk. Naast procesintensivering – wat resulteert in een hogere opbrengst en een kortere extractietijd – thermische degradatie en verlies van temperatuurgevoelige bestanddelen wordt voorkomen omdat sonicatie een niet-thermische behandeling is. Bovendien heeft ultrasone extractie lage investerings- en operationele kosten, vermindert het gebruik van oplosmiddelen en/of maakt het het gebruik van groenere oplosmiddelen mogelijk, waardoor het een economische en milieuvriendelijke extractietechniek is. Ultrasoon geassisteerde extractie (UAE), die conventionele extractiemethoden overtreft, is overgenomen uit de voedingsmiddelenindustrie om bioactieve verbindingen te produceren met economische voordelen.
Krachtige ultrageluidsgolven verstoren de celmatrix van biologische structuren en maken de bioactieve stoffen vrij. De massaoverdracht tussen het plantenmateriaal en het oplosmiddel wordt geïntensiveerd. Door deze mechanismen is ultrasone extractie zeer efficiënt voor cannabisextractie.
astaxanthine
Astaxanthine wordt gekenmerkt door een dieprode kleur. Het is een vetoplosbaar pigment dat voorkomt in algen (bijv. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), gist (bijv. Phaffia rhodozyma), zalm, forel, krill, garnalen en rivierkreeften. Astaxanthine wordt beschouwd als een superantioxidant omdat zijn antioxidatieve kracht tien tot twintig keer krachtiger is dan die van veel andere carotenoïden, zoals bètacaroteen, luteïne en zeaxanthine, en honderd keer krachtiger dan alfa-tocoferol (vitamine E).
Astaxanthine (3,3′-dihydroxy-β, β′-caroteen-4,4′-dion) is een keto-carotenoïde en behoort tot een grotere klasse van chemische verbindingen die bekend staan als terpenen (als een tetraterpenoïde), die zijn samengesteld uit vijf koolstofvoorlopers, isopentenyldifosfaat en dimethylallyldifosfaat. Astaxanthine wordt geclassificeerd als een type carotenoïde verbindingen met zuurstofhoudende componenten, namelijk hydroxyl (-OH) of keton (C=O), zoals zeaxanthine en canthaxanthine. Astaxanthine is een metaboliet van zeaxanthine en/of canthaxanthine en bevat zowel hydroxyl- als keton functionele groepen. Zoals veel carotenoïden is astaxanthine een in vet oplosbaar pigment dat zich onderscheidt door zijn rode kleur. Carotenoïden, waaronder astaxanthine, staan bekend om hun antioxidatieve capaciteit.
Astaxanthine is een rood pigment dat van nature voorkomt in de regenwater microalg (Haematococcus pluvialis) en de gist Xanthophyllomyces dendrorhous (ook bekend als Phaffia rhodozyma). De algen ondergaan stress door één of een combinatie van omstandigheden, variërend van een gebrek aan voedingsstoffen, een verhoogd zoutgehalte en overmatige zonneschijn om Astaxanthine te creëren. De soorten die deze gestresste zoetwater microalgen consumeren, zoals zalm, rode forel, zeebrasem, flamingo, schaaldieren (bijv. garnalen, krill, krab, kreeft, rivierkreeft), weerspiegelen de pigmentatie van de rood-oranje tinten in hun uiterlijk.
Als supplement wordt astaxanthine toegediend vanwege de gezondheidsbevorderende en ziektebehandelende effecten. Astaxanthine is een beproefd nutraceutisch middel dat wordt toegediend om de gezondheid van de huid te verbeteren (bijv. het verminderen van rimpels, schade door zonnebrand etc.).
Bovendien krijgt astaxanthine steeds meer aandacht voor het gebruik bij de behandeling van de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson, hart- en vaatziekten, een hoog cholesterolgehalte, leveraandoeningen, leeftijdsgebonden maculadegeneratie en het voorkomen van kanker.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.