Extração ultra-sônica de astaxantina para rendimentos mais elevados
- Astaxantina é um antioxidante altamente potente usado em produtos farmacêuticos e suplementos nutricionais.
- A fim de produzir astaxantina de alta qualidade a partir de fontes naturais, tais como algas, uma técnica de extração de alto desempenho é necessária.
- Extração ultra-sônica é um tratamento mecânico, que dá altos rendimentos de astaxantina em um tempo de extração muito curto.
Sonicators de alto desempenho para extratos de astaxantina de alta qualidade
A extração ultra-sônica é uma técnica de extração de alto desempenho que usa ondas de ultrassom intensas para extrair astaxantina de fontes naturais, como microalgas, krill ou crustáceos. A astaxantina é um pigmento carotenoide natural conhecido por suas poderosas propriedades antioxidantes e vários benefícios para a saúde. É comumente usado como um suplemento dietético e agente corante alimentar. Lear como a sonicação ajuda a melhorar o seu processo de extração de astaxantina!
MultiSonoReactor para extração melhorada de astaxantina usando ultrassom de alta potência
Extração ultra-sônica de astaxantina de microalgas
Astaxantina para suplementos alimentares, que são consumidos por seres humanos e animais para os seus benefícios para a saúde, astaxantina é obtido a partir de frutos do mar ou extraído das algas H. pluvialis. Haematococcus pluvialis é uma microalga verde, que produz alto conteúdo de astaxantina quando as condições de estresse são aplicadas, por exemplo, alta salinidade, deficiência de nitrogênio, alta temperatura e luz. Com até 9,2 mg/g de astaxantina por célula de algas (= até 3,8% sobre o peso seco de H. pluvialis), o Haematococcus pluvialis acumula um conteúdo muito alto de astaxantina natural e, portanto, é o organismo preferencial para a produção de astaxantina.
Para liberar astaxantina de microalgas verdes, as células de algas devem ser interrompidas. Ultrasonication é bem estabelecido para o propósito de ruptura celular, lise e isolamento de compostos bioativos auch como lipídios, antioxidantes, polifenóis e pigmentos naturais. O ultrassom de alto desempenho cria forças puramente mecânicas que rompem as paredes celulares por forças de cisalhamento e causam a liberação de substâncias bioativas, como a astaxantina.
Extração ultra-sônica de astaxantina de levedura
Phaffia rhodozyma é uma levedura rica em astaxantina. No entanto, a parede celular espessa de P. rhodozyma, que é composta principalmente de glucana e responsável pela rigidez celular, torna a ruptura celular e o isolamento de astaxantina uma tarefa exigente. Os pesquisadores (Gogate et al. 2015) descobriram que a extração ultra-sônica em combinação com ácido láctico intensifica a ruptura celular e torna a extração de astaxantina de P. rhodozyma um processo mais verde, mais amigável ao meio ambiente. Eles usaram ácido lático como meio de ruptura e etanol como solvente para extração. O rendimento máximo de astaxantina (90%) foi obtido para a abordagem de extração assistida por ultrassom baseada no uso de ácido láctico 3 M, tempo de interrupção de 15 min. Poderosos extratores ultrassônicos como o UIP4000hd (4kW, veja a foto à esquerda) em combinação com um reator de fluxo pressurizável permitem a geração de cavitação muito intensa. As forças de cisalhamento cavitacionais rompem as paredes celulares da levedura e promovem a transferência de massa entre o interior da célula e o solvente.
- Rendimento superior
- Extração de alta velocidade – em poucos minutos
- extratos de alta qualidade – Leve, não térmico
- Solventes verdes (por exemplo, água/etanol)
- económicamente viáveis
- operação fácil e segura
- Baixo investimento e custos operacionais
- 24/7 operação pesados-dever
- Verde, eco-friendly método
Extração ultra-sônica de astaxantina – no modo de fluxo contínuo ou em lote
Astaxantina é um composto lipofílico e pode ser dissolvido em solventes (por exemplo, 48,0% etanol em acetato de etila) e óleos (por exemplo, óleo de soja).
Lote: Processos de extração ultra-sônica podem ser operados como processos em lote simples ou como tratamento embutido, onde o meio é continuamente alimentado através de um reator de fluxo Ultrassônico.
Processamento em lote é um procedimento fácil, onde a extração é realizada lote por lote. Hielscher ultrasonics oferece processadores ultra-sônicos para pequenas e grandes lotes, ou seja, 1L a 120L.
Para o processamento de lotes de 5 a 10L, recomendamos o UP400St com sonotrodo S24d22L2D (ver pic. Left).
Para o processamento de lotes de aprox. 120L, recomendamos o Sonicator UIP2000hdT com sonotrodo RS4d40L4.
Fluxo-através de: Para volumes maiores e extração comercial em larga escala, um fluxo contínuo de líquido é alimentado através de um reator ultra-sônico, onde a pasta solvente/botânica é intensamente sonicada.
Para um volume de aprox. 8L/min., recomendamos a UIP4000hdT com sonotrodo RS4d40L3 e fluxo pressuririzável-Cell FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) para extração em lote em grande escala
Ultrasonicators de alto desempenho para extração
Hielscher Ultrasonics é especializada na fabricação de sonicators de alto desempenho para a produção de extratos de alta qualidade de plantas, leveduras e células. O amplo portfólio de produtos da Hielscher Ultrasonics varia de pequenos e poderosos ultrasonicators de laboratório a robustos sistemas de bancada e totalmente industriais, que fornecem ultrassom de alta intensidade para a extração e isolamento eficientes de componentes bioativos, como astaxantina, quercetina, cafeína, curcumina, terpenos, etc. Todos os sonicators digitais de 200W a 16.000W apresentam um menu intuitivo com configurações programáveis, uma tela de toque colorida para operação confortável, um cartão SD integrado para gravação automática de dados, controle remoto do navegador e muitos outros recursos fáceis de usar. Os sonotrodos e as células de fluxo (as partes que estão em contato com o meio) podem ser autoclavados e são fáceis de limpar. Todos os nossos ultrasonicators são construídos para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, exigem baixa manutenção e são fáceis e seguros de operar.
Um display digital colorido permite um controle fácil de usar do equipamento ultrassônico. Nossos sistemas são capazes de fornecer desde amplitudes baixas até muito altas. Para a extração de compostos químicos como a astaxantina, oferecemos sonotrodos ultrassônicos especiais (também conhecidos como sondas ultrassônicas ou chifres) que são otimizados para o isolamento sensível de substâncias ativas de alta qualidade. Hielscher oferece sonotrodos especiais para altas amplitudes em combinação com células de fluxo pressurizáveis que são capazes de gerar forças de cisalhamento cavitacionais extremas, que interrompem até mesmo células de levedura muito resistentes. A robustez do equipamento ultrassônico Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviços pesados e em ambientes exigentes.
O controle preciso dos parâmetros do processo ultra-sônico garante a reprodutibilidade e a padronização do processo. Os sistemas de extração ultrassônica automatizados em escala industrial da Hielscher são projetados para altas capacidades de produção de extratos de qualidade superior, ao mesmo tempo em que reduzem mão de obra, custo e energia.
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Literatura / Referências
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
Fatos, vale a pena conhecer
Sono-extração
Extração ultra-sônica ou sono-extração baseia-se no princípio da cavitação acústica.
Quando ondas intensas de ultra-som são aplicadas a sistemas líquidos, ocorre cavitação acústica, que é o fenômeno da geração, crescimento e eventual colapso de bolhas de vácuo (ver pic. abaixo). Durante a propagação das ondas do ultra-som, as bolhas do vácuo oscilam e crescem até que alcancem um ponto quando não podem absorver mais energia. No auge do crescimento da bolha colapsam violentamente, o que provoca efeitos térmicos, mecânicos e químicos localmente. Os efeitos mecânicos incluem altas pressões de até 1000atm, turbulências e forças de cisalhamento intensas. Essas forças perturbam as paredes celulares e promovem a transferência de massa entre o interior da célula e o solvente liberando compostos bioativos para o líquido circundante (ou seja, solvente).
A cavitação acústica, gerada por ultrassom de alta intensidade e baixa frequência, cria forças de cisalhamento intensas e diferenciais de alta pressão e temperatura que ocorrem localmente, que proporcionam o impacto necessário para a ruptura celular, mistura intensa e transferência de massa. Essas forças de cisalhamento ultra-sônicas são aplicadas com sucesso para a extração de cannabis.
Extração ultra-sônica de compostos de Botanicals e tecido celular tem sido bem pesquisado. A aplicação de ondas ultra-sônicas altamente intensas promove processos de extração de forma significativa. Além da intensificação do processo – o que resulta em maiores rendimentos e menor tempo de extração – a degradação térmica e a perda de componentes sensíveis à temperatura são impedidas desde que o sonication é tratamento não-térmico. Além disso, a extração ultra-sônica tem baixos custos de investimento e operacionais, reduz o uso de solventes e/ou permite o uso de solventes mais ecológicos, o que o torna uma técnica de extração econômica e ecológica. Superando os métodos convencionais de extração, a extração assistida por ultrasonicamente (EAU) foi adotada da indústria de alimentos para produzir compostos bioativos com ganhos econômicos.
Poderosas ondas de ultrassom interrompem a matriz celular das estruturas biológicas e liberam os compostos bioativos. A transferência de massa entre o material vegetal e o solvente é intensificada. Devido a esses mecanismos, a extração ultra-sônica é altamente eficiente para a extração de cannabis.
Astaxantina
Astaxantina distingue-se por uma cor vermelha profunda. É um pigmento solúvel em gordura que é encontrado em algas (por exemplo, Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), levedura (por exemplo, Phaffia rhodozyma), salmão, truta, krill, camarão e lagostas. A astaxantina é considerada um super antioxidante, uma vez que a sua potência antioxidantes é de dez a vinte vezes mais potente do que de muitos outros carotenóides, tais como beta-caroteno, luteína e zeaxantina, e cem vezes mais potente que o alfa-tocoferol (vitamina E ).
Astaxantina (3, 3 ′-dihydroxy-β, β′-caroteno-4, 4 ′-Dione) é um keto-carotenóide e pertence a uma classe maior de compostos químicos conhecidos como terpenos (como um tetraterpenoid), que são compostos de cinco precursores de carbono, isopentenila difosfato, e difosfato de dimetilalilo. A astaxantina é classificada como um tipo de compostos carotenóides com componentes contendo oxigênio, ou seja, hidroxila (-OH) ou cetona (C = O), como a zeaxantina e a canthaxantina. A astaxantina é um metabolito da zeaxantina e/ou da canthaxantina, contendo ambos os grupos funcionais hidroxila e cetona. Como muitos carotenóides, a astaxantina é um pigmento lipido-solúvel e distingue-se pela sua cor vermelha. Carotenóides incluindo astaxantina são bem conhecidos por sua capacidade antioxidante.
Astaxantina é um pigmento vermelho e naturalmente origina na água da chuva microalgas (Haematococcus pluvialis) e o fermento chamado Xanthophyllomyces dendrorhous (também conhecido como Phaffia rhodozyma). As algas sofre um stress através de uma ou uma combinação de condições que vão desde a falta de nutrientes, aumento da salinidade, e sol excessivo para criar astaxantina. As espécies que consomem aqueles estressados microalgas de água doce, como salmão, truta vermelha, Brema do mar vermelho, Flamingo, crustáceos (por exemplo, camarão, krill, caranguejo, lagosta, lagostas), refletem a pigmentação dos matizes vermelho-laranja em sua aparência.
Como um suplemento, astaxantina é administrado por sua saúde-promovendo e doença-tratamento de efeitos. Astaxantina é um nutracêutico bem estabelecido administrado para melhorar a saúde da pele (por exemplo, reduzir as rugas, danos causados por queimaduras solares etc.).
Além disso, astaxantina recebe atenção crescente por seu uso para tratar a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson, deaseses cardio-vasculares, colesterol elevado, doenças hepáticas, degeneração macular relacionada à idade, e prevenir o câncer.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.