Podział trójfazowy wspomagany ultradźwiękami
- Podział trójfazowy (TPP) to technika ekstrakcji, rozdzielania i oczyszczania składników, np. lipidów, enzymów, polisacharydów i innych biomolekuł, z materiału biologicznego.
- Podział trójfazowy wspomagany ultradźwiękami przewyższa konwencjonalny podział trójfazowy pod względem uzysku, czystości i wyjątkowej szybkości.
- Ultradźwiękowy podział trójfazowy można stosować do małych i dużych objętości oraz łatwo skalować do produkcji przemysłowej.
Ultradźwiękowy podział trójfazowy
Podział trójfazowy
Podział trójfazowy (TPP) to prosty i wydajny, jednoetapowy proces rozdzielania, oczyszczania i zatężania biomolekuł, takich jak enzymy, lipidy, polisacharydy itp., ze złożonych mieszanin.
TPP przeprowadza się przez kolejne dodawanie wystarczającej ilości soli (zazwyczaj siarczanu amonu) i rozpuszczalnika organicznego (głównie t-butanolu/tert-butanolu). Sole, takie jak siarczan amonu, stosuje się przy określonym stopniu nasycenia w celu wytrącenia białka. Rozpuszczalnik organiczny, taki jak t-butanol, dodaje się w celu utworzenia trzech warstw fazowych i usunięcia związków o małej masie cząsteczkowej, takich jak lipidy, związki fenolowe i niektóre detergenty. Ponieważ t-butanol ma wysoką temperaturę wrzenia, a jednocześnie jest mniej łatwopalny niż etanol i metanol, t-butanol jest preferowanym rozpuszczalnikiem do TPP.
Po obróbce surowego ekstraktu i dekantacji mieszanina rozdziela się na trzy odrębne fazy: górna faza rozpuszczalnika (t-butanolu) zawiera związki niepolarne, które są oddzielone od dolnej fazy wodnej (zawierającej związki polarne) przez osad białkowy na granicy faz. Pożądane białka selektywnie przechodzą do jednej fazy, a inne białka stanowiące zanieczyszczenia do drugiej. Powoduje to częściowe oczyszczenie i zatężenie białka. Proces ekstrakcji łączy kosmotropowe wytrącanie białek, wysalanie, wytrącanie z udziałem izotonicznego współrozpuszczalnika oraz wytrącanie osmolityczne.
Podział trójfazowy wspomagany ultradźwiękami
Sonikacja znacznie intensyfikuje proces TPP. Podział trójfazowy wspomagany ultradźwiękami jest z powodzeniem stosowany do rozdzielania i oczyszczania biomolekuł. Szeroki zakres biomolekuł wyizolowano wydajniej i w krótszym czasie. Na przykład za pomocą ultradźwiękowego TPP oczyszczono enzymy pochodzące z roślin (np. bromelainę, papainę, inwertazę, oksydazę polifenolową i inhibitory trypsyny), zwierząt (np. trypsynę, α-chymotrypsynę, chymozynę, pepsynę i lucyferazę) oraz mikroorganizmów (np. lipazę, α-amylazę, α-galaktozydazę, serratiopeptydazę, glikozylotransferazę cyklodekstrynową i enzymy fibrynolityczne). Dodatkową korzyścią ultradźwiękowego podziału trójfazowego jest zwiększona aktywność różnych enzymów, skutkująca pozornie wyższymi uzyskami (o ok. 100%), ponieważ docelowy enzym lub białko wytrąca się w środkowej warstwie między fazą organiczną a wodną.
Ultradźwiękowy podział trójfazowy można skutecznie stosować do surowych próbek i łatwo zwiększać jego skalę.
Sonikacja znacznie usprawnia podział trójfazowy i zapewnia wyższy uzysk oraz większą czystość przy radykalnie krótszym czasie procesu.
- wyższy uzysk
- szybki odzysk
- wysoka czystość
- oszczędność czasu
- niski koszt
- łatwość prowadzenia
- przyjazność dla środowiska
- do zastosowań laboratoryjnych i przemysłowych
Przykłady ultradźwiękowego podziału trójfazowego (US-TPP)
Ultradźwiękowy TPP do ekstrakcji astaksantyny
W ekstrakcji astaksantyny (AX) połączenie TPP i sonikacji z użyciem sonikatora Hielscher UP400S jest nie tylko prostą i łatwą do zastosowania, lecz także bardzo wydajną techniką izolowania AX z biomasy bakteryjnej Paracoccus NBRC 101723. Zmienne operacyjne sonikacji można zoptymalizować w celu uzyskania optymalnych wyników ekstrakcji. Parametry obróbki ultradźwiękowej, takie jak amplituda, czas, temperatura i naczynie ekstrakcyjne (wielkość, kształt), a także wielkość cząstek biomasy, znacząco wpływają na ultradźwiękowe uwalnianie AX z biomasy. Poddawanie mokrej biomasy działaniu ultradźwięków daje lepsze wyniki niż ultradźwiękowy TPP suszonej biomasy pod względem szybkiej i wydajnej ekstrakcji AX. Ultradźwiękowy TPP zapewnia o 37% wyższy odzysk AX niż konwencjonalna ekstrakcja rozpuszczalnikowa. (por. Chougle et al. 2013)
Ultradźwiękowy TPP do wydzielania andrografolidu z Andrographis paniculata
Andrografolid jest diterpenoidem labdanowym, cenionym ze względu na silne działanie przeciwzapalne, przeciwutleniające, hepatoprotekcyjne, przeciwnowotworowe i przeciwcukrzycowe. Badania porównawcze wykazują, że ultradźwiękowy TPP nie tylko zwiększa uzysk andrografolidu, lecz także poprawia jego aktywność przeciwutleniającą w porównaniu z konwencjonalnym TPP.
Sonikatory o wysokiej wydajności do podziału trójfazowego
Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w projektowaniu i produkcji systemów ultradźwiękowych o dużej mocy do ekstrakcji oraz wielu innych procesów.
Nasz asortyment obejmuje małe sonikatory laboratoryjne o dużej mocy, wytrzymałe homogenizatory stołowe oraz przemysłowe systemy ultradźwiękowe o wysokiej wydajności. Różnorodne akcesoria umożliwiają idealne dostosowanie systemu ultradźwiękowego do konkretnych wymagań procesu. Wszystkie sonikatory Hielscher są przystosowane do pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem.
Nasze wieloletnie doświadczenie w obróbce ultradźwiękowej pozwala nam doradzać klientom od pierwszych prób z ultradźwiękami, przez kolejne etapy optymalizacji procesu, aż po wdrożenie na skalę przemysłową.
Prosimy skorzystać z poniższego formularza, aby opowiedzieć nam o swoim procesie! Chętnie przedstawimy zalecenia i omówimy możliwości oraz korzyści sonikacji w Państwa zastosowaniu.
Homogenizator ultradźwiękowy UP400St do intensyfikacji podziału trójfazowego
Literatura/Źródła
- Chougle, J.A: et al. (2013): Podział trójfazowy wspomagany ultradźwiękami (UATPP): nowa technika opracowana do ekstrakcji astaksantyny z Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – doroczna konferencja, University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Podział fazowy w rozdzielaniu enzymów: przegląd i najnowsze zastosowania. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Usprawniona ekstrakcja oleożywicy ze sproszkowanych kłączy imbiru (Zingiber officinale) z zastosowaniem podziału trójfazowego wspomaganego enzymami. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Synergiczne połączenie ultradźwięków z podziałem trójfazowym do ekstrakcji i rozdzielania polisacharydów Corbicula fluminea oraz możliwe związane z tym mechanizmy. Ultrasonics Sonochemistry, tom 40, część A, 2018. 128–134.
Warto wiedzieć
Podział trójfazowy (TPP)
TPP jest techniką bioseparacji opartą na podziale składników polarnych, białek i składników hydrofobowych między trzy fazy obejmujące wodę, siarczan amonu i t-butanol.
Liczne ważne enzymy o zastosowaniach terapeutycznych i przemysłowych (np. α-galactocidase, inhibitory α-amylazy i proteaza) oraz związki naturalne (np. diterpeny, takie jak forskolina i andrografolid) są oczyszczane za pomocą podziału trójfazowego. Barwniki, lipidy i inhibitory enzymów gromadzą się w górnej fazie rozpuszczalnika, oddzielonej pośrednią warstwą wytrąconych białek od dolnej fazy wodnej, w której gromadzą się składniki polarne, takie jak sacharydy. Ponieważ t-butanol wiąże białka wytrącone podczas TPP, występujące w postaci współosadów białko–t-butanol, unosi się on między warstwą organiczną a wodną i można go łatwo oddzielić i oczyścić. Zasadniczo biomolekuły odzyskuje się w oczyszczonej postaci na granicy faz, natomiast zanieczyszczenia przechodzą głównie do t-butanolu (górna faza) i do fazy wodnej (dolna faza).
Astaksantyna
Astaksantyna (3, 3´-dihydroxy-ß, ß-carotene 4, 4´-dione) jest ketokarotenoidem należącym do klasy terpenów. Jako tetraterpenoid jest zbudowana z pięciowęglowych prekursorów: difosforanu izopentenylu i difosforanu dimetyloallilu. Astaksantyna jest żółtopomarańczowym barwnikiem roślinnym i dlatego klasyfikuje się ją jako ksantofil. Astaksantyna występuje głównie w mikroalgach, drożdżach, rybach łososiowatych, pstrągach, krylu, krewetkach, rakach i skorupiakach. Jako wysoce skuteczny zmiatacz wolnych rodników, środek chroniący skórę, substancja o działaniu przeciwnowotworowym i wzmacniającym układ odpornościowy, astaksantyna jest stosowana jako suplement oraz dodatek do żywności, produktów farmaceutycznych i kosmetyków. Ultradźwiękowy TPP usprawnia proces ekstrakcji i rozdzielania astaksantyny ze źródeł naturalnych oraz umożliwia jej ekonomiczną produkcję na skalę przemysłową.
UIP1000hdT – przemysłowy sonikator o mocy 1kW