Ultradźwiękowa ekstrakcja astaksantyny dla wyższych plonów
- Astaksantyna jest bardzo silnym przeciwutleniaczem stosowanym w farmaceutykach i suplementach diety.
- Aby produkować wysokiej jakości astaksantynę z naturalnych źródeł, takich jak algi, wymagana jest wysokowydajna technika ekstrakcji.
- Ekstrakcja ultradźwiękowa jest obróbką mechaniczną, która daje wysoką wydajność astaksantyny w bardzo krótkim czasie ekstrakcji.
Wysokowydajne sonikatory dla wysokiej jakości ekstraktów astaksantyny
Ekstrakcja ultradźwiękowa to wysokowydajna technika ekstrakcji, która wykorzystuje intensywne fale ultradźwiękowe do ekstrakcji astaksantyny z naturalnych źródeł, takich jak mikroalgi, kryl lub skorupiaki. Astaksantyna jest naturalnie występującym pigmentem karotenoidowym znanym ze swoich silnych właściwości przeciwutleniających i różnych korzyści zdrowotnych. Jest powszechnie stosowana jako suplement diety i barwnik spożywczy. Dowiedz się, jak sonikacja pomaga usprawnić proces ekstrakcji astaksantyny!
MultiSonoReactor do ulepszonej ekstrakcji astaksantyny za pomocą ultradźwięków o dużej mocy
Ultradźwiękowa ekstrakcja astaksantyny z mikroalg
Astaksantyna do suplementów diety, które są spożywane przez ludzi i zwierzęta ze względu na ich korzyści zdrowotne, astaksantyna jest uzyskiwana z owoców morza lub ekstrahowana z alg H. pluvialis. Haematococcus pluvialis to zielona mikroalga, która wytwarza wysoką zawartość astaksantyny, gdy stosowane są warunki stresowe, np. wysokie zasolenie, niedobór azotu, wysoka temperatura i światło. Dzięki zawartości do 9,2 mg/g astaksantyny na komórkę algi (= do 3,8% suchej masy H. pluvialis), Haematococcus pluvialis gromadzi bardzo wysoką zawartość naturalnej astaksantyny i dlatego jest preferowanym organizmem do produkcji astaksantyny.
W celu uwolnienia astaksantyny z zielonych mikroalg, komórki alg muszą zostać zakłócone. Ultradźwięki są dobrze ugruntowane w celu rozerwania komórek, lizy i izolacji związków bioaktywnych, takich jak lipidy, przeciwutleniacze, polifenole i naturalne pigmenty. Wysokowydajne ultradźwięki wytwarzają siły czysto mechaniczne, które rozbijają ściany komórkowe siłami ścinającymi i powodują uwalnianie substancji bioaktywnych, takich jak astaksantyna.
Ultradźwiękowa ekstrakcja astaksantyny z drożdży
Phaffia rhodozyma to drożdże bogate w astaksantynę. Jednak gruba ściana komórkowa P. rhodozyma, która składa się głównie z glukanu i jest odpowiedzialna za sztywność komórek, sprawia, że rozbicie komórek i izolacja astaksantyny jest wymagającym zadaniem. Naukowcy (Gogate et al. 2015) odkryli, że ekstrakcja ultradźwiękowa w połączeniu z kwasem mlekowym intensyfikuje rozrywanie komórek i sprawia, że ekstrakcja astaksantyny z P. rhodozyma jest procesem bardziej ekologicznym i przyjaznym dla środowiska. Zastosowano kwas mlekowy jako medium do rozbijania komórek i etanol jako rozpuszczalnik do ekstrakcji. Maksymalną wydajność astaksantyny (90%) uzyskano dla metody ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami w oparciu o zastosowanie 3 M kwasu mlekowego, czas przerwania 15 min. Potężne ekstraktory ultradźwiękowe, takie jak UIP4000hd (4kW, patrz zdjęcie po lewej) w połączeniu z ciśnieniowym reaktorem przepływowym umożliwiają wytwarzanie bardzo intensywnej kawitacji. Kawitacyjne siły ścinające rozbijają ściany komórkowe drożdży i promują przenoszenie masy między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem.
- Najwyższa wydajność
- Szybka ekstrakcja – w ciągu kilku minut
- Wysokiej jakości ekstrakty – Łagodny, nietermiczny
- Zielone rozpuszczalniki (np. woda/etanol)
- Opłacalność
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- Niskie koszty inwestycyjne i operacyjne
- Praca 24/7 pod dużym obciążeniem
- Zielona, przyjazna dla środowiska metoda
Ultradźwiękowa ekstrakcja astaksantyny – w trybie wsadowym lub ciągłym
Astaksantyna jest związkiem lipofilowym i może być rozpuszczana w rozpuszczalnikach (np. 48,0% etanolu w octanie etylu) i olejach (np. oleju sojowym).
Partia: Procesy ekstrakcji ultradźwiękowej mogą być obsługiwane jako proste procesy wsadowe lub jako obróbka liniowa, w której medium jest stale podawane przez ultradźwiękowy reaktor przepływowy.
Przetwarzanie wsadowe jest łatwą procedurą, w której ekstrakcja odbywa się partia po partii. Hielscher Ultrasonics oferuje procesory ultradźwiękowe dla małych i dużych partii, tj. od 1L do 120L.
Do przetwarzania partii od 5 do 10 litrów zalecamy UP400St z sonotrodą S24d22L2D (patrz rys. po lewej).
Do przetwarzania partii o objętości ok. 120 l zalecamy Sonicator UIP2000hdT z sonotrodą RS4d40L4.
Przepływ: W przypadku większych objętości i komercyjnej ekstrakcji na pełną skalę, ciągły strumień cieczy jest podawany przez reaktor ultradźwiękowy, w którym zawiesina rozpuszczalnika/botaniczna jest intensywnie sonikowana.
Dla objętości ok. 8 l/min. zalecamy UIP4000hdT z sonotrodą RS4d40L3 i ciśnieniową komorą przepływową FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2 kW) do ekstrakcji wsadowej na dużą skalę
Wysokowydajne ultradźwięki do ekstrakcji
Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w produkcji wysokowydajnych sonikatorów do produkcji wysokiej jakości ekstraktów z roślin, drożdży i komórek. Szeroka gama produktów firmy Hielscher Ultrasonics obejmuje zarówno małe, wydajne ultrasonografy laboratoryjne, jak i solidne systemy stołowe i w pełni przemysłowe, które zapewniają ultradźwięki o wysokiej intensywności do wydajnej ekstrakcji i izolacji składników bioaktywnych, takich jak astaksantyna, kwercetyna, kofeina, kurkumina, terpeny itp. Wszystkie sonikatory cyfrowe o mocy od 200 W do 16 000 W posiadają intuicyjne menu z programowalnymi ustawieniami, kolorowy wyświetlacz dotykowy zapewniający wygodną obsługę, zintegrowaną kartę SD do automatycznego zapisu danych, zdalne sterowanie przez przeglądarkę i wiele innych przyjaznych dla użytkownika funkcji. Sonotrody i komórki przepływowe (części, które mają kontakt z medium) mogą być sterylizowane w autoklawie i są łatwe do czyszczenia. Wszystkie nasze ultradźwięki są przeznaczone do pracy w trybie 24/7, wymagają niewielkiej konserwacji i są łatwe i bezpieczne w obsłudze.
Cyfrowy kolorowy wyświetlacz pozwala na przyjazne dla użytkownika sterowanie sprzętem ultradźwiękowym. Nasze systemy są w stanie dostarczyć od niskich do bardzo wysokich amplitud. Do ekstrakcji związków chemicznych, takich jak astaksantyna, oferujemy specjalne sonotrody ultradźwiękowe (znane również jako sondy ultradźwiękowe lub rogi), które są zoptymalizowane pod kątem czułej izolacji wysokiej jakości substancji czynnych. Hielscher oferuje specjalne sonotrody dla wysokich amplitud w połączeniu z ciśnieniowymi komórkami przepływowymi, które są w stanie generować ekstremalne kawitacyjne siły ścinające, które zakłócają nawet bardzo wytrzymałe komórki drożdży. Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Precyzyjna kontrola parametrów procesu ultradźwiękowego zapewnia powtarzalność i standaryzację procesu. Zautomatyzowane systemy ekstrakcji ultradźwiękowej Hielscher na skalę przemysłową zostały zaprojektowane z myślą o wysokiej wydajności produkcji najwyższej jakości ekstraktów, przy jednoczesnym zmniejszeniu nakładów pracy, kosztów i energii.
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Literatura/Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
sonoekstrakcja
Ekstrakcja ultradźwiękowa lub sonoekstrakcja opiera się na zasadzie kawitacji akustycznej.
Gdy intensywne fale ultradźwiękowe są stosowane do układów ciekłych, występuje kawitacja akustyczna, która jest zjawiskiem generowania, wzrostu i ostatecznego zapadania się pęcherzyków próżniowych (patrz rys. poniżej). Podczas propagacji fal ultradźwiękowych pęcherzyki próżniowe oscylują i rosną, aż osiągną punkt, w którym nie mogą wchłonąć więcej energii. W szczytowym momencie wzrostu pęcherzyki gwałtownie się zapadają, co powoduje lokalne efekty termiczne, mechaniczne i chemiczne. Efekty mechaniczne obejmują wysokie ciśnienie do 1000atm, turbulencje i intensywne siły ścinające. Siły te niszczą ściany komórkowe i promują transfer masy między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem, uwalniając związki bioaktywne do otaczającej cieczy (tj. rozpuszczalnika).
Kawitacja akustyczna, generowana przez ultradźwięki o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości, wytwarza intensywne siły ścinające i lokalnie występujące wysokie różnice ciśnień i temperatur, które zapewniają niezbędny wpływ na rozbicie komórek, intensywne mieszanie i przenoszenie masy. Te ultradźwiękowe siły ścinające są z powodzeniem stosowane do ekstrakcji konopi indyjskich.
Ekstrakcja ultradźwiękowa związków z roślin i tkanek komórkowych została dobrze zbadana. Zastosowanie wysoce intensywnych fal ultradźwiękowych znacząco wspomaga procesy ekstrakcji. Oprócz intensyfikacji procesu – co skutkuje wyższą wydajnością i krótszym czasem ekstrakcji – zapobiega się degradacji termicznej i utracie składników wrażliwych na temperaturę, ponieważ sonikacja jest obróbką nietermiczną. Ponadto ekstrakcja ultradźwiękowa ma niskie koszty inwestycyjne i operacyjne, zmniejsza zużycie rozpuszczalników i / lub pozwala na stosowanie bardziej ekologicznych rozpuszczalników, co czyni ją ekonomiczną i przyjazną dla środowiska techniką ekstrakcji. Przewyższając konwencjonalne metody ekstrakcji, ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) została przyjęta z przemysłu spożywczego do produkcji związków bioaktywnych z ekonomicznymi zyskami.
Silne fale ultradźwiękowe rozbijają macierz komórkową struktur biologicznych i uwalniają związki bioaktywne. Transfer masy między materiałem roślinnym a rozpuszczalnikiem jest zintensyfikowany. Ze względu na te mechanizmy ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce wydajna w przypadku ekstrakcji konopi indyjskich.
astaksantyna
Astaksantyna wyróżnia się głębokim czerwonym kolorem. Jest to rozpuszczalny w tłuszczach pigment występujący w algach (np. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), drożdżach (np. Phaffia rhodozyma), łososiu, pstrągu, krylu, krewetkach i rakach. Astaksantyna jest uważana za super-antyoksydant, ponieważ jej siła antyoksydacyjna jest dziesięć do dwudziestu razy silniejsza niż wielu innych karotenoidów, takich jak beta-karoten, luteina i zeaksantyna, i sto razy silniejsza niż alfa-tokoferol (witamina E).
Astaksantyna (3,3′-dihydroksy-β, β′-karoten-4,4′-dion) jest ketokarotenoidem i należy do większej klasy związków chemicznych znanych jako terpeny (jako tetraterpenoid), które składają się z pięciu prekursorów węgla, difosforanu izopentenylu i difosforanu dimetylallylu. Astaksantyna jest klasyfikowana jako rodzaj związków karotenoidowych ze składnikami zawierającymi tlen, a mianowicie hydroksylem (-OH) lub ketonem (C=O), takimi jak zeaksantyna i kantaksantyna. Astaksantyna jest metabolitem zeaksantyny i/lub kantaksantyny, zawierającym zarówno hydroksylowe, jak i ketonowe grupy funkcyjne. Podobnie jak wiele karotenoidów, astaksantyna jest rozpuszczalnym w lipidach pigmentem i wyróżnia się czerwonym kolorem. Karotenoidy, w tym astaksantyna, są dobrze znane ze swojej zdolności antyoksydacyjnej.
Astaksantyna jest czerwonym pigmentem i naturalnie pochodzi z mikroalg deszczowych (Haematococcus pluvialis) i drożdży zwanych Xanthophyllomyces dendrorhous (znanych również jako Phaffia rhodozyma). Aby wytworzyć astaksantynę, algi poddawane są stresowi poprzez jeden lub kombinację warunków, począwszy od braku składników odżywczych, zwiększonego zasolenia i nadmiernego nasłonecznienia. Gatunki, które spożywają te zestresowane mikroalgi słodkowodne, takie jak łosoś, pstrąg czerwony, morlesz czerwony, flaming, skorupiaki (np. krewetki, kryl, kraby, homary, raki), odzwierciedlają pigmentację czerwono-pomarańczowych odcieni w swoim wyglądzie.
Jako suplement, astaksantyna jest podawana ze względu na swoje działanie prozdrowotne i lecznicze. Astaksantyna jest dobrze znanym nutraceutykiem stosowanym w celu poprawy zdrowia skóry (np. zmniejszenia zmarszczek, uszkodzeń spowodowanych oparzeniami słonecznymi itp.)
Co więcej, astaksantyna zyskuje coraz większą uwagę ze względu na jej zastosowanie w leczeniu choroby Alzheimera, choroby Parkinsona, chorób sercowo-naczyniowych, wysokiego poziomu cholesterolu, chorób wątroby, związanego z wiekiem zwyrodnienia plamki żółtej i zapobiegania nowotworom.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.