Extração ultra-sónica de astaxantina para maiores rendimentos
- A astaxantina é um antioxidante altamente potente utilizado em produtos farmacêuticos e suplementos nutricionais.
- Para produzir astaxantina de alta qualidade a partir de fontes naturais como as algas, é necessária uma técnica de extração de alto rendimento.
- A extração por ultra-sons é um tratamento mecânico que permite obter elevados rendimentos de astaxantina num tempo de extração muito curto.
Sonicadores de alto desempenho para extractos de astaxantina de alta qualidade
A extração ultra-sónica é uma técnica de extração de alto desempenho que utiliza ondas de ultra-sons intensas para extrair astaxantina de fontes naturais, tais como microalgas, krill ou crustáceos. A astaxantina é um pigmento carotenoide natural conhecido pelas suas poderosas propriedades antioxidantes e vários benefícios para a saúde. É normalmente utilizada como suplemento dietético e corante alimentar. Saiba como a sonicação ajuda a melhorar o seu processo de extração de astaxantina!
MultiSonoReactor para uma melhor extração de astaxantina utilizando ultra-sons de alta potência
Extração ultra-sônica de astaxantina de microalgas
Astaxantina para suplementos alimentares, que são consumidos por humanos e animais pelos seus benefícios para a saúde, a astaxantina é obtida a partir de marisco ou extraída da alga H. pluvialis. A Haematococcus pluvialis é uma microalga verde, que produz elevados teores de astaxantina quando são aplicadas condições de stress, por exemplo, alta salinidade, deficiência de azoto, alta temperatura e luz. Com até 9,2mg/g de astaxantina por célula de alga (= até 3,8% do peso seco de H. pluvialis), a Haematococcus pluvialis acumula um teor muito elevado de astaxantina natural e é, por conseguinte, o organismo preferido para a produção de astaxantina.
Para libertar a astaxantina das microalgas verdes, as células das algas devem ser rompidas. A ultrassonografia está bem estabelecida para efeitos de rutura celular, lise e isolamento de compostos bioactivos, tais como lípidos, antioxidantes, polifenóis e pigmentos naturais. Os ultra-sons de alto desempenho criam forças puramente mecânicas que rompem as paredes celulares por forças de cisalhamento e causam a libertação de substâncias bioactivas como a astaxantina.
Extração ultra-sónica de astaxantina a partir de levedura
A Phaffia rhodozyma é uma levedura rica em astaxantina. No entanto, a parede celular espessa de P. rhodozyma, que é composta principalmente de glucano e responsável pela rigidez celular, faz com que a rutura celular e o isolamento da astaxantina sejam uma tarefa exigente. Pesquisadores (Gogate et al. 2015) descobriram que a extração ultra-sônica em combinação com ácido lático intensifica a rutura celular e faz a extração de astaxantina de P. rhodozyma um processo mais verde, ambientalmente amigável. Utilizaram o ácido lático como meio de rutura e o etanol como solvente para a extração. O rendimento máximo de astaxantina (90%) foi obtido para a abordagem de extração assistida por ultrassom com base na utilização de ácido lático 3 M, tempo de interrupção de 15 min. Poderosos extratores ultra-sônicos como o UIP4000hd (4kW, ver 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 a alta velocidade – em poucos minutos
- Extractos de alta qualidade – Suave, não térmico
- Solventes verdes (por exemplo, água/etanol)
- rentável
- funcionamento fácil e seguro
- Baixos custos de investimento e operacionais
- Funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviço pesado
- Método ecológico e amigo do ambiente
Extração ultra-sónica de astaxantina – em modo de fluxo contínuo ou de lote
A astaxantina é um composto lipofílico e pode ser dissolvida em solventes (por exemplo, etanol a 48,0% em acetato de etilo) e óleos (por exemplo, óleo de soja).
Lote: Os processos de extração por ultra-sons podem ser operados como simples processos descontínuos ou como tratamento em linha, em que o meio é continuamente alimentado através de um reator de fluxo ultrassónico.
O processamento em lote é um procedimento fácil, em que a extração é realizada lote a lote. Hielscher Ultrasonics oferece processadores de ultrassom para pequenos a grandes lotes, ou seja, 1L a 120L.
Para processar lotes de 5 a 10L, recomendamos o UP400ST com o sonotrodo S24d22L2D (ver figura à esquerda).
Para processar lotes de aproximadamente 120L, recomendamos o Sonicator UIP2000hdT com o sonotrodo RS4d40L4.
Fluxo: Para volumes maiores e extração comercial em grande escala, um fluxo líquido contínuo é alimentado através de um reator ultrassónico, onde a pasta solvente/botânica é intensamente sonicada.
Para um volume de aprox. 8L/min., recomendamos o UIP4000hdt com sonotrodo RS4d40L3 e célula de fluxo pressurizável FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) para extração por lotes em grande escala
Ultrasonicators de alto desempenho para extração
A Hielscher Ultrasonics é especializada no fabrico de sonicadores de alto desempenho para a produção de extractos de alta qualidade a partir de plantas, leveduras e células. O amplo portfólio de produtos da Hielscher Ultrasonics varia de pequenos e poderosos ultrasonicators de laboratório para sistemas robustos de bancada e totalmente industriais, que fornecem ultrassom de alta intensidade para a extração eficiente e isolamento de componentes bioativos, como astaxantina, quercetina, cafeína, curcumina, terpenos etc. Todos os sonicadores digitais de 200W a 16.000W possuem um menu intuitivo com definições programáveis, um ecrã tátil colorido para uma operação confortável, um cartão SD integrado para gravação automática de dados, controlo remoto por browser e muitas outras caraterísticas de fácil utilização. Os sonotrodos e as células de fluxo (as partes que estão em contacto com o meio) podem ser autoclavados e são fáceis de limpar. Todos os nossos ultrassons são construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, requerem pouca manutenção e são fáceis e seguros de operar.
Um visor digital a cores permite um controlo fácil do equipamento ultrassónico. Os nossos sistemas são capazes de fornecer desde amplitudes baixas até amplitudes muito elevadas. Para a extração de compostos químicos, tais como a astaxantina, oferecemos sonotrodos ultra-sónicos especiais (também conhecidos como sondas ultra-sónicas ou chifres) que são optimizados para o isolamento sensível de substâncias activas de alta qualidade. A 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 perturbam até mesmo células de levedura muito resistentes. A robustez do equipamento ultrassónico Hielscher permite o funcionamento 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.
O controlo preciso dos parâmetros do processo ultrassónico assegura a reprodutibilidade e a normalização do processo. Os sistemas automatizados de extração por ultra-sons à escala industrial da Hielscher são concebidos para elevadas capacidades de produção de extractos de qualidade superior, ao mesmo tempo que reduzem a mão de obra, os custos e a 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
Extração por ultra-sons
A extração ultra-sónica ou sono-extração baseia-se no princípio da cavitação acústica.
Quando ondas de ultra-sons intensas são aplicadas a sistemas líquidos, ocorre cavitação acústica, que é o fenómeno de geração, crescimento e eventual colapso de bolhas de vácuo (ver imagem abaixo). Durante a propagação das ondas de ultra-sons, as bolhas de vácuo oscilam e crescem até atingirem um ponto em que não conseguem absorver mais energia. No pico do crescimento das bolhas, estas entram em colapso violento, o que provoca efeitos térmicos, mecânicos e químicos a nível local. Os efeitos mecânicos incluem altas pressões de até 1000atm, turbulências e forças de cisalhamento intensas. Estas forças rompem as paredes celulares e promovem a transferência de massa entre o interior da célula e o solvente, libertando compostos bioactivos para o líquido circundante (ou seja, o solvente).
A cavitação acústica, gerada por ultra-sons de alta intensidade e baixa frequência, cria forças de cisalhamento intensas e diferenciais de alta pressão e temperatura que ocorrem localmente, o que proporciona o impacto necessário para a rutura celular, a mistura intensa e a transferência de massa. Estas forças de cisalhamento ultra-sónicas são aplicadas com êxito na extração de cannabis.
A extração ultra-sónica de compostos de plantas e tecidos celulares tem sido bem investigada. A aplicação de ondas ultra-sónicas altamente intensas promove significativamente os processos de extração. Para além da intensificação do processo – o que resulta em rendimentos mais elevados e num tempo de extração mais curto – a degradação térmica e a perda de constituintes sensíveis à temperatura são evitadas, uma vez que a sonicação é um tratamento não térmico. Além disso, a extração ultra-sônica tem baixo investimento e custos operacionais, reduz o uso de solventes e / ou permite o uso de solventes mais verdes, o que o torna uma técnica de extração econômica e ambientalmente amigável. Superando os métodos de extração convencionais, a extração assistida por ultra-sons (EAU) tem sido adoptada na indústria alimentar para produzir compostos bioactivos com ganhos económicos.
As potentes ondas de ultra-sons rompem a matriz celular das estruturas biológicas e libertam os compostos bioactivos. A transferência de massa entre o material vegetal e o solvente é intensificada. Devido a estes mecanismos, a extração ultra-sónica é altamente eficiente para a extração de cannabis.
astaxantina
A astaxantina distingue-se por uma cor vermelha profunda. É um pigmento lipossolúvel que se encontra em algas (por exemplo, Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), leveduras (por exemplo, Phaffia rhodozyma), salmão, truta, krill, camarão e lagostim. A astaxantina é considerada um super-antioxidante, uma vez que o seu poder antioxidante é dez a vinte vezes superior ao de muitos outros carotenóides, como o beta-caroteno, a luteína e a zeaxantina, e cem vezes superior ao do alfa-tocoferol (vitamina E).
A astaxantina (3,3′-di-hidroxi-β, β′-caroteno-4,4′-diona) é um ceto-carotenoide e pertence a uma classe mais vasta de compostos químicos conhecidos como terpenos (como tetraterpenóide), que são compostos por cinco precursores de carbono, difosfato de isopentenilo e difosfato de dimetilalilo. A astaxantina é classificada como um tipo de compostos carotenóides com componentes que contêm oxigénio, nomeadamente hidroxilo (-OH) ou cetona (C=O), como a zeaxantina e a cantaxantina. A astaxantina é um metabolito da zeaxantina e/ou da cantaxantina que contém grupos funcionais hidroxilo e cetona. Como muitos carotenóides, a astaxantina é um pigmento solúvel em lípidos e distingue-se pela sua cor vermelha. Os carotenóides, incluindo a astaxantina, são bem conhecidos pela sua capacidade antioxidante.
A astaxantina é um pigmento vermelho e tem origem natural nas microalgas da água da chuva (Haematococcus pluvialis) e na levedura chamada Xanthophyllomyces dendrorhous (também conhecida como Phaffia rhodozyma). As algas são submetidas a um stress através de uma ou de uma combinação de condições que vão desde a falta de nutrientes, ao aumento da salinidade e ao excesso de luz solar para criar astaxantina. As espécies que consomem estas microalgas de água doce stressadas, como o salmão, a truta vermelha, o goraz, o flamingo, os crustáceos (por exemplo, camarão, krill, caranguejo, lagosta, lagostim), reflectem a pigmentação dos tons vermelho-alaranjados na sua aparência.
Como suplemento, a astaxantina é administrada pelos seus efeitos de promoção da saúde e de tratamento de doenças. A astaxantina é um nutracêutico bem estabelecido, administrado para melhorar a saúde da pele (por exemplo, reduzir rugas, danos causados por queimaduras solares, etc.).
Além disso, a astaxantina recebe cada vez mais atenção pela sua utilização no tratamento da doença de Alzheimer, da doença de Parkinson, de doenças cardiovasculares, do colesterol elevado, de doenças do fígado, da degenerescência macular relacionada com a idade e na prevenção do cancro.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.