Ultrasoon verbeterde driefasige scheiding
- Driefasige partitionering (TPP) is een techniek om componenten zoals lipiden, enzymen, polysacchariden en andere biomoleculen uit biologisch materiaal te extraheren, te scheiden en te zuiveren.
- Ultrasoon gestuurde driefasige partitionering overtreft de conventionele driefasige partitionering door een hogere opbrengst, verbeterde zuiverheid en uitzonderlijke snelheid.
- Ultrasoon driefasig partitioneren is toepasbaar voor kleine en grote volumes en kan gemakkelijk worden opgeschaald naar industriële productie.
Ultrasone driefasige partitonnering
Driefasige partitionering
Driefasige partitionering (TPP) is een eenvoudig en efficiënt eenstapsproces voor de scheiding, zuivering en concentratie van biomoleculen zoals enzymen, lipiden, polysacchariden enz. uit complexe mengsels.
TPP wordt uitgevoerd door de sequentiële toevoeging van een voldoende hoeveelheid zout (meestal ammoniumsulfaat) en een organisch oplosmiddel (voornamelijk t-butanol/tert-butanol). Zouten zoals ammoniumsulfaat worden bij een bepaalde verzadiging gebruikt om het eiwit neer te slaan. Een organisch oplosmiddel zoals t-butanol wordt toegevoegd om driefasige lagen te vormen en verbindingen met een laag molecuulgewicht zoals lipiden, fenol en sommige detergenten te verwijderen. Aangezien t-butanol heeft een hoog kookpunt, maar is minder ontvlambaar dan ethanol en methanol, t-butanol is het oplosmiddel bij uitstek voor TPP.
Na de behandeling van het ruwe extract en het decanteren scheidt het mengsel zich in drie afzonderlijke fasen: het bovenste oplosmiddel (t-butanol) fase bevat apolaire verbindingen, die van de lagere waterige fase (die polaire verbindingen bevat) worden gescheiden door een interfaciaal eiwitneerslag. De gewenste eiwitten worden selectief gepartitioneerd naar de ene fase en andere verontreinigende eiwitten naar de andere fase. Dit zorgt voor een gedeeltelijke zuivering en concentratie van het eiwit. Het extractieproces is een samensmelting van kosmotroop, uitzouten, isotoon cosolvent en osmolytische neerslag van eiwitten.
Ultrasoon verbeterde driefasige scheiding
Sonificatie intensiveert het TPP-proces aanzienlijk. Ultrasoon geassisteerde driefasige partitionering wordt met succes toegepast voor de scheiding en zuivering van biomoleculen. Een breed scala aan biomoleculen is efficiënter en in kortere tijd geïsoleerd. Bijvoorbeeld enzymen van planten (bijv. bromelaïne, papaïne, invertase, polyfenoloxidase en trypsineremmers), dieren (bijv. trypsine, α-chymotrypsine, chymosine, pepsine en luciferase) en microben (bijv.lipase, α-amylase, α-galactosidase, serratiopeptidase, cyclodextrineglycosyltransferase en fibrinolytische enzymen) werden gezuiverd via ultrasone TPP. Een bijkomend voordeel van de ultrasone driefasige partitionering is de verhoogde activiteit van verschillende enzymen, wat resulteert in een schijnbaar hoger rendement (ongeveer 100%) omdat het beoogde enzym of eiwit neerslaat in de middelste laag tussen de organische en waterige fasen.
Ultrasone driefasige partitionering kan effectief worden gebruikt met ruwe monsters en kan gemakkelijk worden opgeschaald.
Sonificatie verbetert de driefasige partitionering aanzienlijk en resulteert in een hogere opbrengst en zuiverheid in een drastisch kortere procestijd.
- Hogere opbrengst
- snel herstel
- hoge zuiverheidsgraad
- tijdsbesparing
- Goedkoop
- eenvoudig uit te voeren
- milieuvriendelijk
- voor laboratorium en industrie
Voorbeelden voor ultrasone driefasenscheiding (US-TPP)
Ultrasone TPP voor de extractie van astaxanthine
Voor de extractie van astaxanthine (AX) is de gecombineerde behandeling van TPP en sonicatie met de Hielscher UP400S niet alleen een eenvoudige en gemakkelijk toepasbare, maar ook een zeer efficiënte techniek om AX uit de bacteriële biomassa van Paracoccus NBRC 101723 te isoleren. De werkingsvariabelen van sonicatie kunnen worden geoptimaliseerd om optimale extractieresultaten te verkrijgen. Ultrasone verwerkingsparameters zoals amplitude, tijd, temperatuur, extractievat (grootte, vorm) en de deeltjesgrootte van de biomassa zijn van grote invloed op de ultrasone vrijgave van AX uit biomassa. Ultrasone behandeling van natte biomassa geeft betere resultaten dan ultrasone TPP van gedroogde biomassa voor een snelle en efficiënte extractie van AX. De ultrasone TPP resulteert in een 37% hogere AX-terugwinning dan de conventionele oplosmiddelextractie. (vgl. Chougle et al. 2013)
Ultrasone TPP voor de scheiding van andrographolide uit Andrographis paniculata
Andrographolide is een labdane diterpenoïde, die wordt gewaardeerd om zijn hoge ontstekingsremmende, antioxiderende, hepatoprotectieve, anticarcinogene en antidiabetische effecten. Vergelijkende studies tonen aan dat ultrasone TPP niet alleen de opbrengst van andrographolide verhoogt, maar ook de antioxidatieve activiteit verbetert in vergelijking met conventionele TPP.
Krachtige Sonicators voor driefasige scheiding
Hielscher Ultrasonics is gespecialiseerd in het ontwerp en de productie van krachtige ultrasone systemen voor extractie en vele andere processen.
Ons productassortiment omvat kleine, krachtige laboratorium sonicators, robuuste bench-top homogenisatoren en industriële ultrasone systemen met hoge prestaties. Met de verdeelaccessoires kan het ultrasone systeem ideaal worden aangepast aan uw specifieke procesvereisten. Alle Hielscher sonicators zijn gebouwd voor 24/7 werking onder volledige belasting.
Dankzij onze jarenlange ervaring in ultrasone verwerking kunnen we onze klanten adviseren vanaf hun eerste tests met ultrageluid tot aan de stappen van procesoptimalisatie en implementatie op industriële schaal.
Gebruik het onderstaande formulier om ons te vertellen over uw proces! We adviseren u graag over de mogelijkheden en voordelen van sonicatie voor uw toepassing.
Ultrasone homogenisator UP400ST voor de intensivering van driefasige partitionering
Literatuur/referenties
- Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasone drie-fasen-partitionering (UATPP): Een nieuwe techniek ontwikkeld voor de extractie van astaxanthine uit Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Jaarlijkse conferentie Universiteit van Saskatchewan, Saskatoon, 7-10 juli 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Fase partitionering voor enzymscheiding: Een overzicht en recente toepassingen. 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): Ultrasoon synergetisch met driefasige partitionering voor extractie en scheiding van Corbicula fluminea polysacchariden en mogelijke relevante mechanismen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128-134.
Wetenswaardigheden
Driefasige partitionering (TPP)
TPP is een bioseparatietechniek, gebaseerd op partitionering van polaire bestanddelen, eiwitten en hydrofobe bestanddelen in drie fasen bestaande uit water, ammoniumsulfaat en t-butanol.
Veel belangrijke therapeutische en industriële enzymen (bijv. α-galactocidase, α-amylaseremmers en protease) en natuurlijke verbindingen (bijv. diterpenen zoals forskoline en andrographolide) worden gezuiverd door driefasige partitionering. Terwijl pigmenten, lipiden en enzymremmers zich ophopen in de bovenste oplosmiddelfase, die van de onderste waterfase, waar polaire componenten zoals sachariden zich ophopen, wordt gescheiden door een tussenliggende eiwitneerslag. Aangezien t-butanol bindt TPP-geprecipiteerde eiwitten, die voorkomen als eiwit-t-butanol coprecipitaten, het zweeft tussen de organische en waterige laag en kan gemakkelijk worden gescheiden en gezuiverd. In het algemeen worden biomoleculen in een gezuiverde vorm teruggevonden in de interfase, terwijl de verontreinigingen meestal partitioneren naar t-butanol (bovenste fase) en naar de waterige fase (onderste fase).
astaxanthine
Astaxanthine (3, 3´-dihydroxy-β, ß-caroteen 4, 4´-dion) is een keto-carotenoïde die behoort tot de klasse van de terpenen. Als tetraterpenoïde is het opgebouwd uit vijf koolstofvoorlopers, isopentenyldifosfaat en dimethylallyldifosfaat. Astaxanthine is een geeloranje plantenpigment en daarom geclassificeerd als een xanthofyl. Astaxanthine komt voornamelijk voor in microalgen, gist, zalmachtigen, forel, krill, garnalen, rivierkreeften en schaaldieren. Als zeer krachtige vrije radicalenvanger, huidbeschermer, anticarcinogeen en versterker van het immuunsysteem wordt astaxanthine gebruikt als supplement en als additief in voedingsmiddelen, farmaceutica 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 – 1kW industriële ultrasoon