Extração de Algas Ultrassônicas para Suplementos Nutricionais

Extração ultrassônica é o método superior para interromper as células de algas de forma eficaz e rápida. A sonicação pode liberar a quantidade completa dos compostos bioativos, o que torna a técnica ultrassônica altamente eficiente.

Como extrair proteínas, lipídios e fenólicos de algas com ultrassom

Espécies algas e microánguas são ricas em compostos biologicamente ativos, como proteínas, lipídios, carotenoides, pigmentos (por exemplo, ficociários, astaxantina etc.), fenólicos e polissacarídeos (por exemplo, carrageenans). Isso faz deles um material natural amplamente utilizado para produzir extratos para alimentos e suplementos alimentares. As espécies de algas comumente 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, lipídios, PUFAs de cadeia longa (ou seja, ômega-3), polissacarídeos (por exemplo, alginato, carrageenano, β-glicos), vitaminas e antioxidantes.
A espirulina é um tipo de algas comumente utilizada, que é rica em compostos bioativos de alto valor, como proteínas (com 50-70% de wt seco). Uma vez que a Spirulina é aprovada pela FDA (Food Drug Administration of the United States) como GRAS (Geralmente Reconhecida como Segura), extratos de espirulina e espirulina podem ser usados em alimentos comercializados ou como suplementos alimentares.

Vantagens da Extração de Algas Ultrassônicas

A extração ultrassônica destaca métodos alternativos de extração em pontos múltiplos, como alto rendimento, confiabilidade, segurança, simplicidade e simpatia ambiental.

Rendimento total da extração

Ultrassônicos de alto desempenho quebram as células das algas abertas e as interrompem para que o material intracelular seja liberado. A extração ultrassônica libera assim todo o espectro de compostos bioativos, como phycobiliproteins, carotenóides e lipídios e fenólicos.
As ficobiliproteínas podem ser diferenciadas em três grandes grupos, como cloro-ficocianinas, alophycocianinas e ficoiatas. C-Phycocyanin é um pigmento azul natural, que é amplamente utilizado em alimentos e produtos farmacêuticos. A extração ultrassônica libera todo o espectro de proteínas.

Alta eficiência de extração

Duangsee et al. (2009) testaram dois métodos diferentes de extração (extração e extração de solventes ultrasônicos assistidos por congelamento e descongelamento repetidos) de compostos bioativos da biomassa de Arthospira e descobriram que a extração de solventes ultrassônicos resultou em maior eficiência de extração (22,1%) do que congelamento e descongelamento (15,6%). A comparação de ruptura celular entre sonorização e congelamento e descongelamento repetidos mostra que a sonorização é mais eficaz. A cavitação ultrassônica interrompe as células das algas de forma rápida e eficaz, o que resulta em uma maior ruptura celular quando comparada às células de espirulina tratadas por congelamento e descongelamento repetidos.
A sônica foi mais eficaz em quebrar o envelope celular quando comparada com o congelamento e o descongelamento repetidos. O rendimento de extração de phycocianina mostrou que a temperatura de processamento influenciou a eficiência de extração.

Processo de extração rápida

Sistemas ultrassônicos de alto desempenho podem aplicar alto poder de ultrassom através de altas amplitudes na suspensão de algas. Isso faz da extração ultrassônica um método de processamento muito rápido.

controle de temperatura

Ultrassônica é uma técnica de extração não térmica, puramente mecânica. A temperatura de extração pode ser controlada precisamente usando um sensor de temperatura plugável, que é conectado ao ultrassônico Hielscher digital. O software dos ultrassônicos digitais da Hielscher permite definir limites de temperatura, de modo que o homogeniser ultrassônico pare quando o limite de temperatura é atingido. O controle preciso da temperatura permite prevenir a degradação térmica de materiais sensíveis ao calor, como tracobiliproteínas, vitaminas, polifenóis, polissacarídeos, lipídios e outros compostos bioativos.

Compatível com Vários Solventes

A ultrassônica é compatível com quase qualquer solvente. Extração ultrassônica em combinação com solventes verdes como água ou etanol produzem extratos limpos. Estes extratos ultrassônicos podem ser incorporados com segurança em alimentos, uma vez que os solventes de extração de etanol e água têm o status gras (geralmente reconhecido como seguro).

Reprodutibilidade e Padronização de Processos

Os ultrassônicos digitais da Hielscher vêm com um software inteligente e uma variedade elaborada de configurações para os parâmetros ideais de extração. O software protocola todos os parâmetros de processo ultrassônico (por exemplo, amplitude, potência líquida, potência total, temperatura, pressão, hora, data) e grava os dados de sônica em um arquivo CSV no cartão SD incorporado. Isso permite que você normalizar seu processo de extração e monitorar a sonação e a saída de qualidade de perto. Esses recursos ajudam você a cumprir os requisitos de stadandização de processos, bem como boas práticas de fabricação (GMP), que são altamente importantes quando os extratos são produzidos para suplementos, alimentos ou produtos farmacêuticos.

Protocolo de Extração de Phycocianina Ultrassônica

Mazumder et al. (2017) investigaram os parâmetros de processamento ideal para a extração ultrassônica de phycocianina e fenólicos da arthospira platensis. O rendimento máximo de phycocianina (29,9 mg/g) e fenólicos totais (2,4 mg/g) foi obtido a 40% de concentração de etanol, temperatura de extração de 34,9°C utilizando o ultrassônico 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 de spirulina. O ultrassônico foi equipado com um sonotrode 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 de Manothermosonication (MTS) und nossa extração de proteína de espirulina em escala de laboratório
fonte: Vernes et al. 2019

Os resultados da pesquisa mostram que as condições de extração ultrassônica otimizadas para o rendimento da proteína envolvem temperatura e pressão ligeiramente elevadas (a chamada manothermosonication MTS). A MTS promove a transferência de massa e permite obter 229% mais proteínas (28,42 ± 1,15 g/100 g seco wt.) do que o processo convencional sem ultrassom (8,63 ± 1,15 g/100 g seco wt).
Com 28,42 g de proteínas obtidas por 100 g de biomassa de espirulina seca no extrato, uma taxa de recuperação de proteínas de 50% foi alcançada em apenas 6 minutos em um processo de sonorização contínua. A imagem microscópica revela que a cavitação acústica afeta os filamentos de espirulina por diferentes mecanismos como fragmentação, sonoporação, detexturação. Esses diversos efeitos tornam a extração, liberação e solubilização de compostos bioativos de espirulina mais fáceis e eficazes, o que resulta em um alto rendimento proteico de alta qualidade.
Quanto à qualidade das proteínas extraídas ultrassonicamente, os aminoácidos não foram degradados pelo tratamento de ultrassom, mas estão presentes em maior quantidade no caso da sononificação quando comparados à extração convencional.
Quando a manotermosonicação e a extração ultrassônica sem pressão elevada e temperatura são comparadas, a diferença no rendimento e eficiência da extração é apenas mínima. Portanto, o ultrassom por si só é considerado a técnica mais econômica e fácil de produzir um extrato de alta qualidade rico em proteínas de espirulina. A extração ultrassônica é uma técnica de extração verde e ecológica adequada para extração de proteínas de espirulina em escala laboratorial, que pode facilmente dimensionada para escala piloto e industrial. (cf. Vernès et al. 2019)

Extratores ultra-sônicos de alto desempenho

Todos os resultados de extração obtidos em pequena escala podem ser dimensionados linearmente para maiores capacidades de produção. O portfólio de grandes produtos da Hielscher Ultrasonics, de laboratório para sistemas de extração industrial, tem o ultrassônico mais adequado para sua capacidade de processo prevista. Nossa equipe experiente de longa data irá ajudá-lo desde testes de viabilidade e otimização de processos até a instalação de seu sistema ultrassônico no nível final de produção.

Hielscher Ultrasonics – Equipamento sofisticado de extração

O portfólio de produtos Hielscher Ultrasonics cobre toda a gama de extratores ultrassônicos de alto desempenho de pequena a grande escala. Acessórios adicionais permitem a fácil montagem da configuração de dispositivo ultrassônico mais adequada para o seu processo. A configuração ultrassônica ideal depende da capacidade prevista, volume, matéria-prima, lote ou processo em linha e cronograma. A robustez dos equipamentos ultrassônicos da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e em ambientes exigentes. A escalabilidade linear dos processos de extração ultrassônica permitem o aumento simples e confiável da produção. Leia mais sobre a escala linear dos processos de extração ultrassônica!

Escolha entre vários acessórios, tais como:

• sonotrodes com vários tamanhos, diâmetros e formas
• sonotrodes para alta amplitude de 200μm e maior
• reatores de células de fluxo com vários volumes e geometrias
• numerosos chifres de reforço para aumentar ou diminuir os ganhos
• configurações completas de sônica, como o SonoStation, que incluem extrator ultrassônico, tanque, agitador e bomba
• sensores de temperatura plugáveis
• sensores de pressão plugáveis

Nossa equipe bem treinada e experiente irá consultá-lo e recomendar-lhe o sistema ultrassônico mais adequado para os seus requisitos de processo de extração!

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators: