Extração ultra-sónica de algas para suplementos nutricionais

A extração por ultra-sons é o método superior para romper as células das algas de forma eficaz e rápida. A sonicação pode libertar a quantidade completa dos compostos bioactivos, o que torna a técnica ultra-sónica altamente eficiente.

Como extrair proteínas, lípidos e fenólicos de algas com ultra-sons

As espécies de algas e microalgas são ricas em compostos biologicamente activos, tais como proteínas, lípidos, carotenóides, pigmentos (por exemplo, ficocianinas, astaxantina, etc.), fenólicos e polissacáridos (por exemplo, carrageninas). Isto torna-as um material natural amplamente utilizado para produzir extractos para alimentos e suplementos dietéticos. As espécies de algas mais utilizadas para suplementos nutricionais são Arthrospira maxima e (também conhecida como spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis e Ulva spp. As algas são conhecidas por serem uma boa fonte de proteínas de alta qualidade, lípidos, PUFAs de cadeia longa (ou seja, ómega-3), polissacáridos (por exemplo, alginato, carragenina, β-glucanos), vitaminas e antioxidantes.
A Spirulina é um tipo de alga comummente utilizado, que é rico em compostos bioactivos de elevado valor, como as proteínas (com 50-70% de peso seco). Uma vez que a spirulina é aprovada pela FDA (Food Drug Administration dos Estados Unidos) como GRAS (Generally Recognized As Safe), a spirulina e os extractos de spirulina podem ser utilizados em alimentos comercializados ou como suplementos alimentares.

Vantagens da extração de algas por ultra-sons

A extração por ultra-sons supera os métodos de extração alternativos em vários pontos, tais como elevado rendimento, fiabilidade, segurança, simplicidade e respeito pelo ambiente.

Rendimento total da extração

Os ultrassons de alto desempenho quebram as células das algas e quebram-nas para que o material intracelular seja libertado. A extração por ultra-sons liberta assim todo o espetro de compostos bioactivos, como as ficobiliproteínas, os carotenóides, os lípidos e os fenólicos.
As ficobiliproteínas podem ser diferenciadas em três grandes grupos, nomeadamente as clorofisocianinas, as aloficocianinas e as ficoeritrinas. C-ficocianina é um pigmento azul natural, que é amplamente utilizado em produtos alimentares e farmacêuticos. A extração por ultra-sons liberta todo o espetro de proteínas.

Elevada eficiência de extração

Duangsee et al. (2009) testaram dois métodos diferentes de extração (extração por solvente assistida por ultra-sons e extração por congelação e descongelação repetidas) de compostos bioactivos da biomassa de Arthospira e descobriram que a extração por solvente ultrassónico resultou numa maior eficiência de extração (22,1%) do que a congelação e descongelação (15,6%). A comparação da rutura celular entre a sonicação e o congelamento e descongelamento repetidos mostra que a sonicação é mais eficaz. A cavitação ultra-sónica rompe as células das algas de forma rápida e eficaz, o que resulta numa maior rutura celular quando comparada com as células de espirulina tratadas por congelação e descongelação repetidas.
A sonicação foi mais eficaz na quebra do invólucro celular quando comparada com a congelação e descongelação repetidas. O rendimento da extração de ficocianina mostrou que a temperatura de processamento influenciou a eficiência da extração.

Processo de extração rápida

Sistemas ultra-sônicos de alto desempenho podem aplicar alta potência de ultrassom através de altas amplitudes na suspensão de algas. Isto faz com que a extração ultra-sónica seja um método de processamento muito rápido.

controlo da temperatura

A ultrassonografia é uma técnica de extração não térmica e puramente mecânica. A temperatura de extração pode ser controlada com precisão utilizando um sensor de temperatura conectável, que é ligado ao ultrasonicador digital Hielscher. O software dos ultrasonicadores digitais da Hielscher permite definir limites de temperatura, de modo que o homogeneizador ultrassónico pára quando o limite de temperatura é atingido. O controlo preciso da temperatura permite evitar a degradação térmica de materiais sensíveis ao calor, como as ficobiliproteínas, as vitaminas, os polifenóis, os polissacáridos, os lípidos e outros compostos bioactivos.

Compatível com vários solventes

A ultra-sons é compatível com quase todos os solventes. Extração de ultra-sons em combinação com solventes verdes, tais como água ou etanol produzir extractos limpos. Esses extratos ultra-sônicos podem ser incorporados com segurança em alimentos, uma vez que os solventes de extração etanol e água têm status GRAS (geralmente reconhecido como seguro).

Reprodutibilidade e normalização de processos

Os ultrasonicators digitais da Hielscher vêm com um software inteligente e uma variedade elaborada de configurações para os parâmetros de extração ideais. O software protocola todos os parâmetros do processo ultra-sônico (por exemplo, amplitude, potência líquida, potência total, temperatura, pressão, hora, data) e grava os dados de sonicação em um arquivo CSV no cartão SD embutido. Isto permite-lhe padronizar o seu processo de extração e monitorizar de perto a sonicação e a qualidade dos resultados. Estas caraterísticas ajudam-no a cumprir os requisitos de estandardização do processo, bem como as Boas Práticas de Fabrico (BPF), que são ambos muito importantes quando os extractos são produzidos para suplementos, alimentos ou produtos farmacêuticos.

Protocolo de extração de ficocianina por ultra-sons

Mazumder et al. (2017) investigaram os parâmetros de processamento ideais para a extração ultra-sônica de ficocianina e fenólicos de Arthospira platensis. O rendimento máximo de ficocianina (29,9 mg/g) e fenólicos totais (2,4 mg/g) foi obtido a 40% de concentração de etanol, 34,9°C de temperatura de extração utilizando o ultrasonicator UP50H (50 watts, 30kHz) a uma amplitude de 95% para um tempo de extração de 104,7 seg.

Vernès et al. (2019) usaram um ultrassônico UIP1000hdT (1000W, 20kHz) para extrair proteínas da espirulina. O ultrassônico foi equipado com um sonotrodo BS2d34 e um reator de fluxo ultrassônico (veja a imagem abaixo para a configuração exata de extração ultrassônica com célula de fluxo e bomba Seepex).

UIP1000hdt – Configuração da manotermosonicação (MTS) e a nossa extração de proteínas da spirulina à escala laboratorial
fonte: Vernes et al. 2019

Os resultados da investigação mostram que as condições de extração de ultra-sons optimizados para o rendimento de proteína envolvem temperatura ligeiramente elevada e pressão (chamado manothermosonication MTS). MTS promove a transferência de massa e permite obter 229% mais proteínas (28,42 ± 1,15 g/100 g de peso seco) do que o processo convencional sem ultrassom (8,63 ± 1,15 g/100 g de peso seco).
Com 28,42 g de proteínas obtidas por 100 g de biomassa seca de spirulina no extrato, foi alcançada uma taxa de recuperação de proteínas de 50% em apenas 6 minutos num processo de sonicação contínua. As imagens microscópicas revelam que a cavitação acústica afecta os filamentos de spirulina através de diferentes mecanismos, como a fragmentação, a sonoporação e a detexturação. Estes vários efeitos tornam a extração, a libertação e a solubilização dos compostos bioactivos da spirulina mais fáceis e mais eficazes, o que resulta num elevado rendimento proteico de alta qualidade.
Relativamente à qualidade das proteínas extraídas por ultra-sons, os aminoácidos não foram degradados pelo tratamento por ultra-sons, mas estão presentes em maior quantidade no caso da sonicação, quando comparados com a extração convencional.
Quando manothermosonication e extração ultra-sônica sem pressão elevada e temperatura são comparados, a diferença no rendimento de extração e eficiência é apenas mínima. Portanto, o ultrassom sozinho é considerado como a técnica mais econômica e mais fácil de produzir um extrato de alta qualidade rico em proteínas de espirulina. A extração ultra-sônica é uma técnica de extração verde e ambientalmente amigável adequada para a extração de proteínas da espirulina em escala laboratorial, que pode ser facilmente escalada para escala piloto e industrial. (cf. Vernès et al. 2019)

Extractores ultra-sónicos de alto desempenho

Todos os resultados de extração alcançados em pequena escala, pode ser linearmente escalado para maiores capacidades de produção. Hielscher Ultrasonics grande portfólio de produtos de laboratório para sistemas de extração industrial tem o ultrasonicator mais adequado para a sua capacidade de processo previsto. O nosso pessoal experiente de longa data irá ajudá-lo a partir de testes de viabilidade e otimização de processos para a instalação do seu sistema de ultrassom no nível de produção final.

Hielscher Ultrasonics – Equipamento de extração sofisticado

A gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange toda a gama de extractores ultra-sónicos de alto desempenho, desde a pequena à grande escala. Os acessórios adicionais permitem a fácil montagem da configuração do dispositivo ultrassónico mais adequado para o seu processo. A configuração ultra-sónica ideal depende da capacidade prevista, do volume, da matéria-prima, do lote ou do processo em linha e do calendário. A robustez do equipamento de ultra-sons da Hielscher permite o funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes exigentes e em serviço pesado. A escalabilidade linear dos processos de extração por ultra-sons permite o aumento simples e fiável da produção. Leia mais sobre o aumento de escala linear dos processos de extração por ultra-sons!

Escolha entre vários acessórios, tais como:

• sonotrodos de vários tamanhos, diâmetros e formas
• sonotrodos para amplitudes elevadas de 200µm e superiores
• reactores de células de fluxo com vários volumes e geometrias
• numerosos booster horns para aumentar ou diminuir os ganhos
• configurações completas de sonicação, como a SonoStation, que incluem um extrator de ultra-sons, um tanque, um agitador e uma bomba
• sensores de temperatura conectáveis
• sensores de pressão conectáveis

O nosso pessoal bem formado e com uma longa experiência irá consultá-lo e recomendar-lhe o sistema de ultra-sons mais adequado para as suas necessidades de processo de extração!

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: