Ultrasoon verbeterde driefase-partitionering
- Three-phase partitioning (TPP) is een techniek om componenten, bijvoorbeeld lipiden, enzymen, polysacchariden en andere biomoleculen, uit biologisch materiaal, te extraheren, te scheiden en te zuiveren.
- De ultrasoon geassisteerde driefasige scheidingswand overtreft de conventionele TPP door een hogere opbrengst, verbeterde zuiverheid en uitzonderlijke snelheid.
- Ultrasone TPP is toepasbaar voor kleine en grote volumes en kan gemakkelijk worden geschaald naar industriële productie.
Ultrasone driefasenpartitie
Drie-fasen partitionering
Three-phase partitioning (TPP) is een eenvoudig en efficiënt éénstapsproces voor de scheiding, zuivering en concentratie van biomoleculen zoals enzymen, lipiden, polysacchariden enz. Uit complexe mengsels.
TPP wordt uitgevoerd door de achtereenvolgende toevoeging van een voldoende hoeveelheid zout (meestal ammoniumsulfaat) en een organisch oplosmiddel (hoofdzakelijk tbutanol /tertbutanol). Zouten zoals ammoniumsulfaat worden bij een bepaalde verzadiging gebruikt om het eiwit te precipiteren. Een organisch oplosmiddel zoals t-butanol wordt toegevoegd om driefasige lagen te vormen en verbindingen met laag molecuulgewicht zoals lipiden, fenolverbindingen en sommige detergentia te verwijderen. Sinds t-butanol heeft een hoog kookpunt, maar minder brandbaar dan ethanol en methanol, t-butanol is het voorkeursoplosmiddel voor TPP.
Na de behandeling van het ruwe extract en de decantatie scheidt het mengsel zich in drie verschillende fasen: het bovenste oplosmiddel (t-butanol) fase bevat niet-polaire verbindingen, die worden gescheiden van de onderste waterige fase (bevattende polaire verbindingen) door een grensvlak eiwitneerslag. De gewenste eiwitten worden selectief verdeeld naar één fase en andere verontreinigende eiwitten naar de andere fase. Dit veroorzaakt gedeeltelijke zuivering en concentratie van het eiwit. Het extractieproces is een samensmelting van kosmotropische, uitzoutende, isotone co-solvent en osmolytische precipitatie van eiwitten.
Ultrasoon verbeterde TPP
Sonicatie intensiveert het TPP-proces aanzienlijk. Ultrasoon geassisteerde TPP wordt met succes toegepast voor de scheiding en zuivering van biomoleculen. Een breed scala aan biomoleculen is in kortere tijd efficiënter geïsoleerd. Zo zijn er bijvoorbeeld enzymen van planten (bromelaïne, papaïne, invertase, polyfenoloxidase en trypsineremmers), dieren (bijvoorbeeld trypsine, α-chymotrypsine, chymosine, pepsine en luciferase) en microben (e.g. lipase, α-amylase, α-galactosidase, serratiopeptidase, cyclodextrineglycosyltransferase en fibrinolytische enzymen) werden gezuiverd via ultrasoon TPP. Een bijkomend voordeel van het ultrasoon TPP is de verhoogde activiteit van verschillende enzymen, wat resulteert in schijnbaar hogere opbrengsten (>100%) aangezien het beoogde enzym of eiwit in de middenlaag tussen de organische en de waterige fase neerslaat.
Ultrasone TPP kan effectief worden gebruikt met ruwe monsters en kan gemakkelijk worden opgeschaald.
Sonicatie verbetert de driefasige partitionering aanzienlijk en resulteert in een hogere opbrengst en zuiverheid in een drastisch kortere verwerkingstijd.
- hoger rendement
- snel herstel
- hoge zuiverheid
- tijd besparen
- goedkoop
- eenvoudig te bedienen
- eco-vriendelijke
- voor lab en industrie
Voorbeelden voor US-TPP
Ultrasone TPP voor de extractie van astaxanthine
Voor de extractie van astaxanthine (AX), de gecombineerde behandeling van TPP en ultrasoonapparaat met Hielscher's UP400S is niet alleen eenvoudig en gemakkelijk toepasbaar, maar ook zeer efficiënte techniek om AX te isoleren van de bacteriële biomassa van Paracoccus NBRC 101723. De operationele variabelen van ultrasoonapparaat kunnen worden geoptimaliseerd om optimale extractieresultaten te krijgen. Ultrasone verwerkingsparameters zoals amplitude, tijd, temperatuur en extractievat (grootte, vorm) evenals de deeltjesgrootte van biomassa beïnvloeden de ultrasone afgifte van AX uit biomassa aanzienlijk. Met ultrasone trillingen van natte biomassa geeft betere resultaten dan de ultrasone TPP van gedroogde biomassa voor snelle en efficiënte extractie van AX. De ultrasone TPP resulteert in een 37% hogere AX-terugwinning dan de conventionele oplosmiddelextractie. (zie Chougle et al. 2013)
Ultrasone TPP voor de scheiding van andrographolide van Andrographis paniculata
Andrographolide is een labdaan diterpenoïde, dat wordt gewaardeerd om zijn hoge ontstekingsremmende, antioxiderende, hepatoprotectieve, anti-carcinogene en anti-diabetische effecten. Vergelijkende studies tonen aan dat ultrasone TPP niet alleen de opbrengst van andrographolide verhoogde, maar ook de antioxidatieve activiteit verbetert in vergelijking met conventionele TPP.
Ultrasone processors met hoge prestaties
Hielscher Ultrasonics is gespecialiseerd in het ontwerpen en produceren van krachtige ultrasone systemen voor extractie evenals vele andere processen.
Ons assortiment omvat kleine, krachtige lab-apparaten, robuuste ultrasonicators op de werkbank en industriële high-performance systemen. Het spruitstuk Accessoires zorg voor de ideale aanpassing van het ultrasone systeem aan uw specifieke procesvereisten. Alle Hielscher ultrasone sensoren zijn gebouwd voor 24/7 gebruik onder volle belasting.
Door onze jarenlange ervaring in ultrasone verwerking kunnen we onze klanten raadplegen vanaf hun eerste tests met echografie door de stappen van procesoptimalisatie en implementatie op industriële schaal.
Gebruik het onderstaande formulier om ons te vertellen over uw proces! We adviseren u graag om de mogelijkheden en voordelen van ultrasoonapparaat voor uw toepassing te bespreken.
Krachtige en betrouwbare ultrasone apparatuur van laboratorium tot industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound geassisteerde driefasenverdeling (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): Faseverdeling voor enzymscheiding: een overzicht en recente toepassingen. International Food Research Journal 24 (1), 2017. 1-24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Verbeterde extractie van oleohars uit gember (Zingiber officinale) wortelstokpoeder met behulp van enzym-geassisteerde driefasige partitionering. Food Chemistry 216, 2017. 27-36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Ultrageluid synergetisch met driefasige partitionering voor extractie en scheiding van Corbicula-fluminea-polysacchariden en mogelijke relevante mechanismen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, deel A, 2018. 128-134.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
Drie-Phase Partitioning (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.
Diverse belangrijke therapeutische en industriële enzymen (bijv. Α-galactocidase, α-amylase-remmers en protease) en natuurlijke verbindingen (bijv. Diterpenen zoals forskolin en andrographolide) worden gezuiverd door driefasenscheiding. Terwijl pigmenten, lipiden en enzymremmers accumuleren in de bovenste oplosmiddelfase, die wordt gescheiden van de onderste waterige fase, waar polaire componenten zoals sacchariden worden geaccumuleerd, door een tussengelegen proteïne geprecipiteerde laag. Sinds t-butanol bindt TPP-geprecipiteerde eiwitten, die voorkomen als proteïne-t-butanol-coprecipitaten, drijft tussen organische en waterige lagen in en kan gemakkelijk worden gescheiden en gezuiverd. In het algemeen worden biomoleculen in een gezuiverde vorm in de interfase teruggewonnen, terwijl de verontreinigingen zich meestal afscheiden t-butanol (bovenste fase) en de waterige fase (onderste fase).
astaxanthine
Astaxanthine (3, 3´-dihydroxy-β, ß-caroteen 4, 4´-dion) is een keto-carotenoïde dat tot de klasse van de terpenen behoort. Als tetraterpenoïde is het opgebouwd uit vijf koolstofprecursoren, isopentenyldifosfaat en dimethylallyldifosfaat. Astaxanthine is een geel-oranje plantaardig pigmant en daarom geclassificeerd als xanthophyl. Astaxanthine komt vooral voor in microalgen, gist, zalmachtigen, forel, krill, garnalen, rivierkreeften en schaaldieren. Als een zeer krachtige aaseter van vrije radicalen, huidbeschermer, anticarcinogeen en als versterker van het immuunsysteem wordt astaxanthine gebruikt als supplement en als additief in voedingsmiddelen, farmaceutica en cosmetica. Ultrasoon TPP verbetert het extractie- en scheidingsproces van astaxanthine uit natuurlijke bronnen en maakt de economische productie ervan toepasbaar op industrieel niveau.
UIP1000hdT – 1 kW industriële ultrasonicator