Extração ultrassônica de algas para suplementos nutricionais

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

Como extrair proteínas, lipídios e fenólicos de algas com ultrassom

As espécies de algas e microalgas são ricas em compostos biologicamente ativos, como proteínas, lipídios, carotenóides, pigmentos (por exemplo, ficocianinas, astaxantina etc.), fenólicos e polissacarídeos (por exemplo, carrageninas). Isso os torna um material natural amplamente utilizado para produzir extratos para alimentos e suplementos dietéticos. As espécies de algas comumente usadas para suplementos nutricionais são Arthrospira maxima e (também conhecida como espirulina), 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, carragenina, β-glucanos), vitaminas e antioxidantes.
A espirulina é um tipo de alga comumente usado, rica em compostos bioativos de alto valor, como proteínas (com 50-70% de peso seco). Como a Spirulina é aprovada pelo FDA (Food Drug Administration dos Estados Unidos) como GRAS (Generally Recognized As Safe), a espirulina e os extratos de espirulina podem ser usados em alimentos comercializados ou como suplementos alimentares.

Vantagens da extração ultrassônica de algas

A extração ultrassônica supera os métodos alternativos de extração em vários pontos, como alto rendimento, confiabilidade, segurança, simplicidade e respeito ao meio ambiente.

Rendimento total da extração

Os ultrassônicos de alto desempenho abrem as células das algas e as interrompem para que o material intracelular seja liberado. A extração ultrassônica libera assim todo o espectro de compostos bioativos, como ficobiliproteínas, carotenóides e lipídios e fenólicos.
As ficobiliproteínas podem ser diferenciadas em três grupos principais, a saber, cloro-ficocianinas, aloficocianinas e ficoeritrinas. A C-ficocianina é um pigmento azul natural, amplamente utilizado em produtos alimentícios e 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 por solvente assistida por ultrassom e extração por congelamento e descongelamento repetidos) de compostos bioativos da biomassa de Arthospira e descobriram que a extração ultrassônica com solvente resultou em uma eficiência de extração mais alta (22,1%) do que o congelamento e descongelamento (15,6%). A comparação da ruptura celular entre a sonicação e o congelamento e descongelamento repetidos mostra que a sonicação 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 sonicação foi mais eficaz na quebra do envelope celular quando comparada ao congelamento e descongelamento repetidos. O rendimento de extração da ficocianina mostrou que a temperatura de processamento influenciou a eficiência de extração.

Processo de extração rápida

Os sistemas ultrassônicos de alto desempenho podem aplicar alta potência de ultrassom por meio de altas amplitudes na suspensão de algas. Isso torna a extração ultrassônica um método de processamento muito rápido.

Controle de temperatura

A ultrassonografia é uma técnica de extração não térmica e puramente mecânica. A temperatura de extração pode ser controlada com precisão usando um sensor de temperatura conectável, que é conectado ao ultrassom digital Hielscher. O software dos ultrassônicos digitais da Hielscher permite definir limites de temperatura, de modo que o homogeneizador ultrassônico faça uma pausa quando o limite de temperatura for atingido. O controle preciso da temperatura permite evitar a degradação térmica de materiais sensíveis ao calor, como ficobiliproteínas, vitaminas, polifenóis, polissacarídeos, lipídios e outros compostos bioativos.

Compatível com vários solventes

A ultrassonografia é compatível com quase todos os solventes. A extração ultrassônica em combinação com solventes verdes, como água ou etanol, produz extratos limpos. Esses extratos ultrassônicos podem ser incorporados com segurança aos alimentos, uma vez que os solventes de extração etanol e água têm status GRAS (Generally Recognized As Safe).

Reprodutibilidade e padronização de processos

Os ultrassônicos 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 ultrassônico (por exemplo, amplitude, potência líquida, potência total, temperatura, pressão, hora, data) e grava os dados de sonicação em um arquivo CSV no cartão SD integrado. Isso permite que você padronize seu processo de extração e monitore de perto a sonicação e a qualidade da saída. Esses recursos ajudam você a cumprir os requisitos de padronização do processo, bem como as Boas Práticas de Fabricação (GMP), que são muito importantes quando os extratos são produzidos para suplementos, alimentos ou produtos farmacêuticos.

Protocolo ultrassônico da extração de Phycocyanin

Mazumder et al. (2017) investigaram os parâmetros de processamento ideais para a extração ultrassônica 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 na concentração de 40% de etanol, temperatura de extração de 34,9°C usando o ultrasonicador 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 de manotermossonicação (MTS) e nossa extração de proteínas da 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 de proteínas envolvem temperatura e pressão ligeiramente elevadas (a chamada MTS de manotermossonicação). O 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 espirulina no extrato, uma taxa de recuperação de proteína de 50% foi alcançada em apenas 6 minutos em um processo contínuo de sonicação. A imagem microscópica revela que a cavitação acústica afeta os filamentos de espirulina por diferentes mecanismos, como fragmentação, sonoporação, detexturação. Esses vários efeitos tornam a extração, liberação e solubilização dos compostos bioativos da espirulina mais fáceis e eficazes, o que resulta em um alto rendimento proteico de alta qualidade.
Em relação à qualidade das proteínas extraídas por ultrassom, os aminoácidos não foram degradados pelo tratamento ultrassônico, mas estão presentes em maior quantidade no caso da sonicação quando comparados à extração convencional.
Quando a manotermossonação e a extração ultrassônica sem pressão e temperatura elevadas são comparadas, a diferença no rendimento e na eficiência da extração é mínima. Portanto, o ultrassom sozinho é considerado a técnica mais econômica e fácil para produzir um extrato de alta qualidade rico em proteínas de espirulina. A extração ultrassônica é uma técnica de extração ecológica e ecológica, adequada para extração de proteínas da espirulina em escala laboratorial, que pode ser facilmente dimensionada para escala piloto e industrial. (cf. Vernès et al. 2019)

Extratores ultrassônicos de alto desempenho

Todos os resultados de extração alcançados em pequena escala podem ser dimensionados linearmente para maiores capacidades de produção. O grande portfólio de produtos da Hielscher Ultrasonics, desde sistemas de laboratório até 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 os testes de viabilidade e otimização do processo até a instalação do seu sistema ultrassônico no nível final de produção.

Hielscher Ultrasonics – Equipamento de extração sofisticado

O portfólio de produtos Hielscher Ultrasonics abrange 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, volume, matéria-prima, processo em lote ou em linha e cronograma previstos. A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes. A escalabilidade linear dos processos de extração ultrassônica permite o aumento simples e confiável da produção. Leia mais sobre o aumento linear de processos de extração ultrassônica!

Escolha entre vários acessórios, como:

• sonotrodos com vários tamanhos, diâmetros e formas
• Sonotrodos para alta amplitude de 200μm e superior
• reatores de célula de fluxo com vários volumes e geometrias
• Numerosos chifres de reforço para aumentar ou diminuir os ganhos
• configurações completas de sonicação, como o SonoStation, que incluem extrator ultrassônico, tanque, agitador e bomba
• Sensores de temperatura conectáveis
• Sensores de pressão conectáveis

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

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: