Ultradźwiękowo wzmocnione trójfazowe partycjonowanie

• Podział trójfazowy (TPP) to technika ekstrakcji, oddzielania i oczyszczania składników, np. lipidów, enzymów, polisacharydów i innych biomolekuł, z materiału biologicznego.
• Wspomagane ultradźwiękami rozdzielanie trójfazowe przewyższa konwencjonalne rozdzielanie trójfazowe dzięki wyższej wydajności, lepszej czystości i wyjątkowej szybkości.
• Ultradźwiękowe dzielenie trójfazowe ma zastosowanie do małych i dużych objętości i może być łatwo skalowane do produkcji przemysłowej.

Ultradźwiękowe rozdzielanie trójfazowe

Podział na trzy fazy

Podział trójfazowy (TPP) to prosty i wydajny jednoetapowy proces oddzielania, oczyszczania i zatężania biomolekuł, takich jak enzymy, lipidy, polisacharydy itp. ze złożonych mieszanin.
TPP przeprowadza się poprzez sekwencyjne dodanie odpowiedniej ilości soli (zazwyczaj siarczanu amonu) i rozpuszczalnika organicznego (głównie t-butanol/tert-butanol). Sole, takie jak siarczan amonu, są stosowane przy pewnym nasyceniu w celu wytrącenia białka. Rozpuszczalnik organiczny, taki jak t-butanol jest dodawany w celu utworzenia warstw trójfazowych i usunięcia związków o niskiej masie cząsteczkowej, takich jak lipidy, fenole i niektóre detergenty. Od t-Butanol ma wysoką temperaturę wrzenia, ale jest mniej łatwopalny niż etanol i metanol, t-butanol jest preferowanym rozpuszczalnikiem dla TPP.
Po obróbce surowego ekstraktu i dekantacji, mieszanina rozdziela się na trzy odrębne fazy: górny rozpuszczalnik (t-butanol) zawiera związki niepolarne, które są oddzielane od dolnej fazy wodnej (zawierającej związki polarne) przez międzyfazowy osad białkowy. Pożądane białka są selektywnie rozdzielane do jednej fazy, a inne zanieczyszczające białka do drugiej fazy. Powoduje to częściowe oczyszczenie i stężenie białka. Proces ekstrakcji jest połączeniem kosmotropowego, solnego, izotonicznego rozpuszczalnika i osmolitycznego wytrącania białek.

Ultradźwiękowo wzmocnione trójfazowe partycjonowanie

Sonikacja znacznie intensyfikuje proces TPP. Wspomagane ultradźwiękami trójfazowe rozdzielanie jest z powodzeniem stosowane do oddzielania i oczyszczania biomolekuł. Szeroki zakres biomolekuł został wyizolowany bardziej efektywnie w krótszym czasie. Na przykład, enzymy roślinne (np. bromelaina, papaina, inwertaza, oksydaza polifenolowa i inhibitory trypsyny), zwierzęce (np. trypsyna, α-chymotrypsyna, chymozyna, pepsyna i lucyferaza) oraz mikroorganizmy (np.lipaza, α-amylaza, α-galaktozydaza, serratiopeptydaza, glikozylotransferaza cyklodekstrynowa i enzymy fibrynolityczne) oczyszczono za pomocą ultradźwiękowego TPP. Dodatkową zaletą ultradźwiękowego rozdzielania trójfazowego jest zwiększona aktywność różnych enzymów, co skutkuje pozornie wyższą wydajnością (o ok. 100%), ponieważ docelowy enzym lub białko wytrąca się w warstwie środkowej między fazą organiczną i wodną.
Ultradźwiękowy trójfazowy podział może być skutecznie stosowany z surowymi próbkami i może być łatwo skalowany.

Przykłady ultradźwiękowego podziału trójfazowego (US-TPP)

Ultradźwiękowy TPP do ekstrakcji astaksantyny

Do ekstrakcji astaksantyny (AX), połączona obróbka TPP i sonikacja za pomocą sonikatora Hielscher UP400S jest nie tylko prostą i łatwą do zastosowania, ale także bardzo skuteczną techniką izolowania AX z biomasy bakteryjnej Paracoccus NBRC 101723. Zmienne operacyjne sonikacji można zoptymalizować w celu uzyskania optymalnych wyników ekstrakcji. Parametry przetwarzania ultradźwiękowego, takie jak amplituda, czas, temperatura i naczynie ekstrakcyjne (wielkość, kształt), a także wielkość cząstek biomasy, wpływają znacząco na ultradźwiękowe uwalnianie AX z biomasy. Ultradźwięki mokrej biomasy dają lepsze wyniki niż ultradźwiękowe TPP suszonej biomasy w celu szybkiej i skutecznej ekstrakcji AX. Ultradźwiękowy TPP daje o 37% wyższy odzysk AX niż konwencjonalna ekstrakcja rozpuszczalnikiem. (por. Chougle et al. 2013)

Ultradźwiękowy TPP do oddzielania andrografolidu od Andrographis paniculata

Andrografolid jest diterpenoidem labdanowym, który jest ceniony za swoje wysokie działanie przeciwzapalne, przeciwutleniające, hepatoprotekcyjne, przeciwnowotworowe i przeciwcukrzycowe. Badania porównawcze pokazują, że ultradźwiękowy TPP nie tylko zwiększa wydajność andrografolidu, ale także poprawia aktywność przeciwutleniającą w porównaniu z konwencjonalnym TPP.

Wysokowydajne sonikatory do podziału trójfazowego

Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w projektowaniu i produkcji systemów ultradźwiękowych o dużej mocy do ekstrakcji, a także wielu innych procesów.
Nasza gama produktów obejmuje małe, wydajne sonikatory laboratoryjne, solidne homogenizatory stołowe i przemysłowe wysokowydajne systemy ultradźwiękowe. Akcesoria do kolektorów pozwalają na idealne dostosowanie systemu ultradźwiękowego do konkretnych wymagań procesowych. Wszystkie sonikatory Hielscher są zbudowane do pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem.
Nasze wieloletnie doświadczenie w obróbce ultradźwiękowej pozwala nam konsultować się z naszymi klientami od pierwszych testów z ultradźwiękami poprzez etapy optymalizacji procesu i wdrażania na skalę przemysłową.
Skorzystaj z poniższego formularza, aby opowiedzieć nam o swoim procesie! Cieszymy się, że możemy polecić omówienie możliwości i korzyści sonikacji dla Twojej aplikacji.

Literatura/Referencje

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound assisted three phase partitioning (UATPP): Nowa technika opracowana do ekstrakcji astaksantyny z Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Doroczna konferencja University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10 lipca 2013 r.
• Ketnawa, S. et al (2017): Podział fazowy do separacji enzymów: Przegląd i najnowsze zastosowania. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1-24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Ulepszona ekstrakcja oleożywicy z proszku kłącza imbiru (Zingiber officinale) przy użyciu wspomaganego enzymatycznie trójfazowego podziału. Food Chemistry 216, 2017. 27-36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultradźwięki synergizowane z trójfazowym podziałem do ekstrakcji i separacji polisacharydów Corbicula fluminea i możliwych istotnych mechanizmów. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, część A, 2018. 128-134.