Ultrasone extractie van Spirulina-pigmenten
Ultrasone extractie is zeer efficiënt gebleken voor het isoleren van superieure kwaliteitsextracten van microalgen. Spirulina-pigmenten zoals fycocyanine staan bekend als supervoedsel, dat bijdraagt aan gezondheidsvoordelen vanwege het hoge gehalte aan antioxidanten, vitaminen en eiwitten. Om hooggeconcentreerde supplementen zoals poeders en tabletten te produceren, moeten de blauwe pigmenten uit de spirulina-algen worden geëxtraheerd.
spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) en Arthrospira maxima (A. maxima) staan bekend onder de term spirulina. Spirulina zijn blauwgroene algen die rijk zijn aan aminozuren en antioxidanten. Met een hoog gehalte aan voedingsstoffen zoals eiwitten, enzymen, mineralen en vitamine A, K, B12, ijzer en mangaan, worden ze gecategoriseerd als supervoedsel. Het algengeslacht Arthrospira heeft een bijzonder hoog gehalte aan eiwitten. Het eiwitgehalte varieert van 53 tot 68% van het drooggewicht en biedt het volledige spectrum van alle essentiële aminozuren. Verder heeft Arthrospira een hoog gehalte aan meervoudig onverzadigde vetzuren (PUFA's), ongeveer 1,5 tot 2% van het totale lipidegehalte van 5 tot 6%. Deze PUFA's bevatten het γ-linoleenzuur (GLA), een essentieel omega-6 vetzuur. Andere bioactieve bestanddelen van Arthrospira zijn vitaminen, mineralen en fotosynthetische pigmenten.
Opmerking: Wetenschappelijk gezien worden Spirulina platensis (S. platensis) en Spirulina maxima (S. maxima) correct aangeduid als Arthrospira platensis (A. platensis) en Arthrospira maxima (A. maxima). Beide soorten werden ooit ingedeeld in het geslacht Spirulina en zijn tot op de dag van vandaag in de volksmond bekend onder de naam spirulina. Hoewel de introductie van twee aparte geslachten van Arthrospira en Spirulina nu algemeen geaccepteerd is, wordt de term spirulina vaak gebruikt als overkoepelende term.
Ultrasone Spirulina-extractie
Ultrasone celdisruptoren (ook wel ultrasone extractoren genoemd) staan bekend om hun vermogen om cellen te openen om intracellulair materiaal vrij te maken. Wanneer intense ultrageluidsgolven worden gekoppeld aan vloeistoffen, treedt het fenomeen van akoestische cavitatie op. De cavitatiekrachten verstoren de celwanden en bevorderen de massaoverdracht, zodat de bioactieve doelverbindingen uit de cel in de vloeistof worden getransporteerd.
Ultrasone extractie uit cellen: de microscopische dwarsdoorsnede (TS) toont het werkingsmechanisme tijdens ultrasone extractie uit cellen (vergroting 2000x) [bron: Vilkhu et al. 2011].
Voordelen van ultrasone extractie
- hoog rendement
- Superieure extractkwaliteit
- snelle extractie
- Mild, niet-thermisch proces
- Diverse oplosmiddelen
- Veilig
- eenvoudig te bedienen
- Lineaire schaalvergroting
- gering onderhoud
- Snelle ROI
extractieprotocol
Prabuthas et al. (2011) hebben het volgende extractieprotocol ontwikkeld om een fycocyanine-extract van hoge kwaliteit te verkrijgen: de fycocyanine-extractie werd geëvalueerd in termen van fycocyanineconcentratie met behulp van gedestilleerd water en 1% CaCl2-oplossing. De zeealg spirulina wordt gebruikt in gedroogde vorm, omdat de natte biomassa onmiddellijk wordt gebruikt door bacteriën en begint af te breken vanwege de voedingssamenstelling. Om deze problemen te vermijden, wordt het gebruik van gedroogde algenbiomassa aanbevolen. De extractie werd uitgevoerd door 0,1 g gedroogde biomassa te mengen met een hoeveelheid oplosmiddel en de sonificatie werd uitgevoerd in tijd en amplitude volgens de proefopzet. De monstersuspensies werden gesonitiseerd met een Hielscher UP50H ultrasone celdisruptor, gevolgd door 15 minuten centrifugeren bij 13500 rpm in een gekoelde centrifuge. Het fycocyanine- en eiwitgehalte tijdens de extractie met verschillende oplosmiddelen werden calciumchloride en gedestilleerd water onderzocht.
De maximale hoeveelheid fycocyanine, 0,3116mg/ml, werd verkregen in calciumchlorideoplossing, gevolgd door 0,299mg/ml in gedestilleerd water. De maximale hoeveelheid proteïne, 63,63%, werd verkregen in gedestilleerd water en 54,69% in calciumchlorideoplossing. Dus CaCl2-oplossing bleek het beste oplosmiddel te zijn voor de extractie van fycocyanine met behulp van ultrageluid.
Ultrasone extractoren met hoge prestaties voor Spirulina-extractie
Hielscher is uw ervaren partner als het gaat om krachtige, betrouwbare ultrasone extractie van bioactieve stoffen uit planten- en fytobiomassa. Alle ultrasone extractoren kunnen 24/7 worden gebruikt en zijn geschikt voor de commerciële productie van voedingsextracten. Ons productassortiment omvat het volledige spectrum van kleinere handbediende biodisruptors tot pilot ultrasone apparaten en industriële ultrasone systemen. Diverse accessoires zoals verschillende sonotroden en flowcelreactoren maken een optimale aanpassing aan uw procesvereisten mogelijk. Alle Hielscher ultrasoonprocessoren zijn robuust, eenvoudig te bedienen en ontworpen met het oog op gebruiksvriendelijkheid. Onze digitaal gestuurde ultrasoonprocessoren zijn voorzien van een ingebouwde SD-kaart voor automatische protocollering van sonicatiegegevens.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000 |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
- Langdurige ervaring met sonicatie
- hoge kwaliteit
- robuustheid
- 24/7 werking
- Beveiligd tegen drooglopen
- lineaire schaalbaarheid
- Uitstekende klantenservice
- gering onderhoud
- opleiding & installatieservice
- technisch centrum
- procesontwikkeling
- Aangepaste ultrasone apparatuur
Ons goed opgeleide personeel staat garant voor een hoge klantenservice en professioneel advies.
Neem vandaag nog contact met ons op! We adviseren u graag over de meest geschikte ultrasone extractor voor uw toepassing.
Krachtige ultrasone extractors van laboratorium- tot pilot- en industriële schaal.
Literatuur/referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
spirulina
Spirulina is een soort cyanobacterie (ook bekend als cyanophyta), een phylum van bacteriën die hun energie verkrijgen door middel van fotosynthese. Het zijn de enige fotosynthetische prokaryoten die zuurstof kunnen produceren. De naam cyanobacteriën komt van de kleur van de bacteriën (Grieks: κυανός, vert. kyanós, letterlijk blauw). Vanwege hun kleur worden ze ook wel blauwalgen genoemd, hoewel de term algen in het moderne gebruik beperkt is tot eukaryoten. Spirulina platensis (S. platensis) is een multifilamentaire prokaryote cyanobacterie die gemakkelijk als monocultuur kan worden gekweekt in open vijvers of gesloten bioreactoren. C-fycocyanine (C-PC) is de belangrijkste fycobiliproteïne in spirulina.
Spirulina-extracten
Spirulina is een populair voedingssupplement dat is afgeleid van biomassa van mariene cyanobacteriën (blauwalgen). De twee spirulina soorten die gebruikt worden voor de bereiding van veganistische eiwit- en pigment supplementen zijn Arthrospira platensis en Arthrospira maxima. Het extract dat vrijkomt uit deze microalgen is rijk aan antioxidanten, aminozuren en vitaminen. Het blauwe extractpoeder wordt daarom toegevoegd aan sappen, smoothies, shakes en drankjes en geeft ze een prachtige intens blauwe kleur. Je kunt het spirulina extract ook in tabletvorm consumeren.
Fycocyanine, allophycocyanine en fycoerythrine zijn pigmenteiwitcomplexen uit de licht oogsten fycobiliproteïne-familie, die bekend staan om hun intens lichtblauwe kleur. Fycocyanine is een bijkomend pigment van chlorofyl. Omdat alle fycobiliproteïnen oplosbaar zijn in water, zijn ze niet aanwezig in het membraan. In plaats daarvan zijn fycobiliproteïnen als aggregaten (zogenaamde fycobilisomen) gebonden aan het celmembraan.
Ultrasone extractie en celverstoring
Ultrasone Ondersteunde Extractie (UAE) wordt gebruikt om bioactieve stoffen vrij te maken en te isoleren uit zowel fytomateriaal als weefsel.
Voor ultrasone extractieprocessen worden intense ultrasone golven gekoppeld aan een medium waar de golven afwisselend compressie en expansie genereren. Tijdens de compressie-/uitzettingscycli ontstaan vacuümbellen die gedurende meerdere cycli groeien totdat ze geen energie meer kunnen absorberen en met geweld imploderen. De imploderende bellen produceren een zeer energetische toestand met lokaal voorkomende temperaturen tot 5000 K, drukverschillen van 1000 atm, verhittings- en afkoelsnelheden van meer dan 1010 K/s en vloeistofstralen met snelheden van 280 m/s. Dit fenomeen staat bekend als akoestische cavitatie.
Ultrasone extractie is gebaseerd op akoestische cavitatie en de bijbehorende hydrodynamische schuifkrachten