Ultrasoon verbeterde driefasenpartitionering
- Driefasenpartitionering (TPP) is een techniek om componenten, bijvoorbeeld lipiden, enzymen, polysachariden en andere biomoleculen, uit biologisch materiaal te extraheren, te scheiden en te zuiveren.
- Ultrasoon ondersteunde driefasenpartitionering overtreft conventionele driefasenpartitionering door een hogere opbrengst, verbeterde zuiverheid en uitzonderlijke snelheid.
- Ultrasone driefasenpartitionering is toepasbaar op kleine en grote volumes en kan eenvoudig worden opgeschaald naar industriële productie.
Ultrasone driefasenpartitionering
Driefasenpartitionering
Driefasenpartitionering (TPP) is een eenvoudig en efficiënt proces in één stap voor de scheiding, zuivering en concentratie van biomoleculen zoals enzymen, lipiden, polysachariden enz. uit complexe mengsels.
TPP wordt uitgevoerd door achtereenvolgens een voldoende hoeveelheid zout (doorgaans ammoniumsulfaat) en een organisch oplosmiddel (voornamelijk t-butanol/tert-butanol) toe te voegen. Zouten zoals ammoniumsulfaat worden bij een bepaalde verzadiging gebruikt om het eiwit te laten neerslaan. Een organisch oplosmiddel zoals t-butanol wordt toegevoegd om drie faselagen te vormen en verbindingen met een laag molecuulgewicht, zoals lipiden, fenolische verbindingen en sommige detergenten, te verwijderen. Omdat t-butanol een hoog kookpunt heeft, maar minder ontvlambaar is dan ethanol en methanol, is t-butanol het voorkeursoplosmiddel voor TPP.
Na de behandeling van het ruwe extract en het decanteren scheidt het mengsel zich in drie afzonderlijke fasen: de bovenste fase met oplosmiddel (t-butanol) bevat apolaire verbindingen, die door een eiwitprecipitaat op het grensvlak worden gescheiden van de onderste waterige fase (die polaire verbindingen bevat). De gewenste eiwitten worden selectief verdeeld naar de ene fase en andere verontreinigende eiwitten naar de andere fase. Dit leidt tot gedeeltelijke zuivering en concentratie van het eiwit. Het extractieproces is een combinatie van kosmotrope precipitatie, uitzouting, een isotoon co-oplosmiddel en osmolytische precipitatie van eiwitten.
Ultrasoon verbeterde driefasenpartitionering
Sonicatie intensiveert het TPP-proces aanzienlijk. Ultrasoon ondersteunde driefasenpartitionering wordt met succes toegepast voor de scheiding en zuivering van biomoleculen. Een breed scala aan biomoleculen is efficiënter en in kortere tijd geïsoleerd. Zo werden enzymen uit planten (bijvoorbeeld bromelaïne, papaïne, invertase, polyfenoloxidase en trypsineremmers), dieren (bijvoorbeeld trypsine, α-chymotrypsine, chymosine, pepsine en luciferase) en micro-organismen (bijvoorbeeld lipase, α-amylase, α-galactosidase, serratiopeptidase, cyclodextrineglycosyltransferase en fibrinolytische enzymen) gezuiverd met ultrasone TPP. Een bijkomend voordeel van ultrasone driefasenpartitionering is de verhoogde activiteit van verschillende enzymen, die resulteert in schijnbaar hogere opbrengsten (met ca. 100%), doordat het beoogde enzym of eiwit neerslaat in de middelste laag tussen de organische en waterige fasen.
Ultrasone driefasenpartitionering kan effectief worden gebruikt met ruwe monsters en kan eenvoudig worden opgeschaald.
Sonicatie verbetert driefasenpartitionering aanzienlijk en leidt tot een hogere opbrengst en zuiverheid in een drastisch kortere procestijd.
- hogere opbrengst
- snelle terugwinning
- hoge zuiverheid
- tijdbesparend
- goedkoop
- eenvoudig uit te voeren
- milieuvriendelijk
- voor laboratorium en industrie
Voorbeelden van ultrasone driefasenpartitionering (US-TPP)
Ultrasone TPP voor de extractie van astaxanthine
Voor de extractie van astaxanthine (AX) is de gecombineerde behandeling met TPP en sonicatie met de Hielscher sonicator UP400S niet alleen eenvoudig en gemakkelijk toepasbaar, maar ook een zeer efficiënte techniek om AX te isoleren uit de bacteriële biomassa van Paracoccus NBRC 101723. De bedrijfsvariabelen van sonicatie kunnen worden geoptimaliseerd om optimale extractieresultaten te verkrijgen. Ultrasone verwerkingsparameters zoals amplitude, tijd, temperatuur en extractievat (grootte, vorm), evenals de deeltjesgrootte van de biomassa, beïnvloeden de ultrasone vrijmaking van AX uit biomassa aanzienlijk. Voor een snelle en efficiënte extractie van AX geeft ultrasone behandeling van natte biomassa betere resultaten dan ultrasone TPP van gedroogde biomassa. Ultrasone TPP resulteert in een 37% hogere terugwinning van AX dan conventionele oplosmiddelextractie. (vgl. Chougle et al. 2013)
Ultrasone TPP voor de scheiding van andrographolide uit Andrographis paniculata
Andrographolide is een labdaanditerpenoïde die wordt gewaardeerd om zijn sterke ontstekingsremmende, antioxiderende, leverbeschermende, anticarcinogene en antidiabetische effecten. Vergelijkende studies tonen aan dat ultrasone TPP niet alleen de opbrengst van andrographolide verhoogde, maar ook de antioxiderende activiteit verbetert ten opzichte van conventionele TPP.
Sonicators met hoge prestaties voor driefasenpartitionering
Hielscher Ultrasonics is gespecialiseerd in het ontwerp en de productie van ultrasone systemen met hoog vermogen voor extractie en vele andere processen.
Ons productassortiment omvat kleine, krachtige laboratoriumsonicators, robuuste tafelhomogenisatoren en industriële ultrasone systemen met hoge prestaties. Met de vele accessoires kan het ultrasone systeem optimaal worden aangepast aan uw specifieke procesvereisten. Alle Hielscher sonicators zijn gebouwd voor 24/7-bedrijf onder volledige belasting.
Dankzij onze jarenlange ervaring met ultrasone verwerking kunnen wij onze klanten adviseren vanaf hun eerste tests met ultrageluid tot en met de stappen van procesoptimalisatie en implementatie op industriële schaal.
Gebruik het onderstaande formulier om ons over uw proces te vertellen! Wij geven u graag aanbevelingen en bespreken graag de mogelijkheden en voordelen van sonicatie voor uw toepassing.
Ultrasone homogenisator UP400St voor de intensivering van driefasenpartitionering
Literatuur/Referenties
- Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound assisted three phase partitioning (UATPP): A novel technique developed for extraction of astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Annual Conference University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Phase partitioning for enzyme separation: An overview and recent applications. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Verbeterde extractie van oleoresine uit gember (Zingiber officinale) wortelstokpoeder met behulp van enzym-ondersteunde driefasige partitionering. Food Chemistry 216, 2017. 27-36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Ultrasound synergized with three-phase partitioning for extraction and separation of Corbicula fluminea polysaccharides and possible relevant mechanisms. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.
Wetenswaardigheden
Driefasenpartitionering (TPP)
TPP is een bioscheidingstechniek die is gebaseerd op de verdeling van polaire bestanddelen, eiwitten en hydrofobe bestanddelen over drie fasen die bestaan uit water, ammoniumsulfaat en t-butanol.
Talrijke belangrijke therapeutische en industriële enzymen (bijvoorbeeld α-galactocidase, α-amylaseremmers en protease) en natuurlijke verbindingen (bijvoorbeeld diterpenen zoals forskoline en andrographolide) worden gezuiverd door driefasenpartitionering. Pigmenten, lipiden en enzymremmers hopen zich op in de bovenste oplosmiddelfase, die door een tussenliggende laag van neergeslagen eiwitten wordt gescheiden van de onderste waterige fase, waarin polaire componenten zoals sachariden zich ophopen. Omdat t-butanol de door TPP neergeslagen eiwitten bindt, die voorkomen als eiwit-t-butanolcoprecipitaten, drijft het tussen de organische en waterige laag en kan het gemakkelijk worden gescheiden en gezuiverd. Over het algemeen worden biomoleculen in gezuiverde vorm teruggewonnen op het grensvlak, terwijl de verontreinigingen zich voornamelijk verdelen naar t-butanol (bovenste fase) en naar de waterige fase (onderste fase).
Astaxanthine
Astaxanthine (3, 3´-dihydroxy-ß, ß-carotene 4, 4´-dione) is een ketocarotenoïde die behoort tot de klasse van de terpenen. Als tetraterpenoïde is het opgebouwd uit voorlopers met vijf koolstofatomen, isopentenyldifosfaat en dimethylallyldifosfaat. Astaxanthine is een geeloranje plantenpigment en wordt daarom geclassificeerd als een xanthofyl. Astaxanthine komt voornamelijk voor in microalgen, gist, zalmachtigen, forel, krill, garnalen, rivierkreeften en kreeftachtigen. Als zeer krachtige vanger van vrije radicalen, huidbeschermende stof, anticarcinogene stof en versterker van het immuunsysteem wordt astaxanthine gebruikt als supplement en als toevoeging in voedingsmiddelen, geneesmiddelen en cosmetica. Ultrasone TPP verbetert het extractie- en scheidingsproces van astaxanthine uit natuurlijke bronnen en maakt de economische productie ervan toepasbaar op industrieel niveau.
UIP1000hdT – industriële sonicator van 1kW