Extração ultrassónica de astaxantina para rendimentos mais elevados
- A astaxantina é um antioxidante altamente potente utilizado em produtos farmacêuticos e suplementos nutricionais.
- Para produzir astaxantina de elevada qualidade a partir de fontes naturais, como as algas, é necessária uma técnica de extração de elevado desempenho.
- A extração ultrassónica é um tratamento mecânico que proporciona elevados rendimentos de astaxantina num tempo de extração muito curto.
Sonicadores de elevado desempenho para extratos de astaxantina de elevada qualidade
A extração ultrassónica é uma técnica de extração de elevado desempenho que utiliza ondas ultrassónicas intensas para extrair astaxantina de fontes naturais, como microalgas, krill ou crustáceos. A astaxantina é um pigmento carotenoide que ocorre naturalmente, conhecido pelas suas potentes propriedades antioxidantes e pelos seus diversos benefícios para a saúde. É habitualmente utilizada como suplemento alimentar e corante alimentar. Saiba como a sonicação ajuda a melhorar o seu processo de extração de astaxantina!
MultiSonoReactor para melhorar a extração de astaxantina com ultrassons de elevada potência
Extração ultrassónica de astaxantina de microalgas
A astaxantina destinada a suplementos alimentares, consumidos por seres humanos e animais pelos seus benefícios para a saúde, é obtida de produtos do mar ou extraída da alga H. pluvialis. Haematococcus pluvialis é uma microalga verde que produz elevados teores de astaxantina quando é submetida a condições de stress, por exemplo, salinidade elevada, deficiência de azoto, temperatura elevada e luz. Com até 9,2mg/g de astaxantina por célula de alga (= até 3,8% do peso seco de H. pluvialis), Haematococcus pluvialis acumula um teor muito elevado de astaxantina natural e é, por isso, o organismo preferido para a produção de astaxantina.
Para libertar a astaxantina das microalgas verdes, é necessário provocar a rutura das células das algas. A sonicação é uma técnica bem estabelecida para a rutura celular, a lise e o isolamento de compostos bioativos, como lípidos, antioxidantes, polifenóis e pigmentos naturais. Os ultrassons de elevado desempenho criam forças puramente mecânicas que rompem as paredes celulares por forças de cisalhamento e provocam a libertação de substâncias bioativas, como a astaxantina.
Extração ultrassónica de astaxantina de leveduras
Phaffia rhodozyma é uma levedura rica em astaxantina. Contudo, a espessa parede celular de P. rhodozyma, composta principalmente por glucano e responsável pela rigidez celular, torna a rutura celular e o isolamento da astaxantina uma tarefa exigente. Os investigadores (Gogate et al. 2015) constataram que a extração ultrassónica em combinação com ácido láctico intensifica a rutura celular e torna a extração de astaxantina de P. rhodozyma um processo mais ecológico e mais respeitador do ambiente. Utilizaram ácido láctico como meio para a rutura e etanol como solvente para a extração. O rendimento máximo de astaxantina (90%) foi obtido com a abordagem de extração assistida por ultrassons baseada na utilização de ácido láctico 3 M e num tempo de rutura de 15 min. Extratores ultrassónicos potentes, como o UIP4000hd (4kW, ver imagem à esquerda), em combinação com um reator de fluxo contínuo pressurizável, permitem gerar cavitação muito intensa. As forças de cisalhamento produzidas pela cavitação rompem as paredes celulares das leveduras e promovem a transferência de massa entre o interior das células e o solvente.
- Rendimento superior
- Extração rápida – em poucos minutos
- Extratos de elevada qualidade – tratamento suave e não térmico
- Solventes ecológicos (por exemplo, água/etanol)
- Economicamente vantajosa
- Operação fácil e segura
- Baixos custos de investimento e de operação
- Operação 24/7 em condições de trabalho intensivo
- Método ecológico e respeitador do ambiente
Extração ultrassónica de astaxantina – em modo descontínuo ou de fluxo contínuo
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).
Por lotes: Os processos de extração ultrassónica podem ser realizados como processos simples por lotes ou como tratamento em linha, em que o meio é alimentado continuamente através de um reator ultrassónico de fluxo contínuo.
O processamento por lotes é um procedimento fácil, em que a extração é realizada lote a lote. A Hielscher Ultrasonics disponibiliza processadores ultrassónicos para lotes pequenos a grandes, ou seja, de 1L a 120L.
Para processar lotes de 5 a 10L, recomendamos o UP400ST com sonotrodo S24d22L2D (ver imagem à esquerda).
Para processar lotes de aproximadamente 120L, recomendamos o sonicador UIP2000hdT com sonotrodo RS4d40L4.
Fluxo contínuo: Para volumes maiores e extração comercial à escala industrial, uma corrente contínua de líquido é alimentada através de um reator ultrassónico, onde a suspensão de material vegetal em solvente é submetida a sonicação intensa.
Para um volume de aproximadamente 8L/min., recomendamos o UIP4000hdT com sonotrodo RS4d40L3 e célula de fluxo pressurizável FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) para extração por lotes em grande escala
Sonicadores de elevado desempenho para extração
A Hielscher Ultrasonics é especializada no fabrico de sonicadores de elevado desempenho para a produção de extratos de elevada qualidade a partir de plantas, leveduras e células. A vasta gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange desde pequenos sonicadores de laboratório potentes até sistemas robustos de bancada e totalmente industriais, que fornecem ultrassons de elevada intensidade para a extração e o isolamento eficientes de componentes bioativos, como astaxantina, quercetina, cafeína, curcumina, terpenos, etc. Todos os sonicadores digitais de 200W a 16 000W dispõem de um menu intuitivo com definições programáveis, um ecrã tátil a cores para uma operação cómoda, um cartão SD integrado para registo automático de dados, controlo remoto através do navegador e muitas outras funcionalidades fáceis de utilizar. Os sonotrodos e as células de fluxo (as peças que entram em contacto com o meio) podem ser esterilizados em autoclave e são fáceis de limpar. Todos os nossos sonicadores são concebidos para operação 24/7, requerem pouca manutenção e são fáceis e seguros de operar.
Um ecrã digital a cores permite controlar o equipamento ultrassónico de forma fácil. Os nossos sistemas são capazes de fornecer amplitudes desde baixas até muito elevadas. Para a extração de compostos químicos, como a astaxantina, disponibilizamos sonotrodos ultrassónicos especiais (também conhecidos como sondas ou cornetas ultrassónicas), otimizados para o isolamento cuidadoso de substâncias ativas de elevada qualidade. A Hielscher disponibiliza sonotrodos especiais para amplitudes elevadas em combinação com células de fluxo pressurizáveis capazes de gerar forças de cisalhamento extremas por cavitação, que rompem até células de levedura muito resistentes. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite a operação 24/7 em condições de trabalho intensivo 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 ultrassónica à escala industrial da Hielscher são concebidos para elevadas capacidades de produção de extratos de qualidade superior, reduzindo simultaneamente a mão de obra, os custos e a energia.
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Bibliografia/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.
Informações úteis
Sonoextração
A extração ultrassónica ou sonoextração baseia-se no princípio da cavitação acústica.
Quando se aplicam ondas ultrassónicas intensas a sistemas líquidos, ocorre cavitação acústica, que é o fenómeno de formação, crescimento e eventual colapso de bolhas de vácuo (ver imagem abaixo). Durante a propagação das ondas ultrassónicas, 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 colapsam violentamente, provocando efeitos térmicos, mecânicos e químicos locais. Os efeitos mecânicos incluem pressões elevadas de até 1000atm, turbulências e forças de cisalhamento intensas. Estas forças rompem as paredes celulares e promovem a transferência de massa entre o interior das células e o solvente, libertando compostos bioativos para o líquido circundante (ou seja, o solvente).
A cavitação acústica, gerada por ultrassons de elevada intensidade e baixa frequência, cria forças de cisalhamento intensas e elevados diferenciais locais de pressão e temperatura, que proporcionam o impacto necessário para a rutura celular, a mistura intensa e a transferência de massa. Estas forças de cisalhamento ultrassónicas são aplicadas com sucesso na extração de canábis.
A extração ultrassónica de compostos de materiais vegetais e tecidos celulares tem sido amplamente investigada. A aplicação de ondas ultrassónicas de intensidade muito elevada promove significativamente os processos de extração. Além da intensificação do processo – que resulta em rendimentos mais elevados e tempos de extração mais curtos –, evita-se a degradação térmica e a perda de constituintes sensíveis à temperatura, uma vez que a sonicação é um tratamento não térmico. Além disso, a extração ultrassónica apresenta baixos custos de investimento e de operação, reduz a utilização de solventes e/ou permite utilizar solventes mais ecológicos, o que a torna uma técnica de extração económica e respeitadora do ambiente. Superando os métodos convencionais de extração, a extração assistida por ultrassons (UAE) foi adotada a partir da indústria alimentar para produzir compostos bioativos com vantagens económicas.
As ondas ultrassónicas potentes rompem a matriz celular das estruturas biológicas e libertam os compostos bioativos. A transferência de massa entre o material vegetal e o solvente é intensificada. Devido a estes mecanismos, a extração ultrassónica é altamente eficiente para a extração de canábis.
Astaxantina
A astaxantina distingue-se pela sua cor vermelha intensa. É um pigmento lipossolúvel encontrado 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 superantioxidante, uma vez que a sua potência antioxidante é dez a vinte vezes superior à de muitos outros carotenoides, como o betacaroteno, a luteína e a zeaxantina, e cem vezes superior à do alfa-tocoferol (vitamina E).
A astaxantina (3,3′-di-hidroxi-β, β′-caroteno-4,4′-diona) é um cetocarotenoide e pertence a uma classe mais vasta de compostos químicos conhecidos como terpenos (como tetraterpenoide), que são compostos por precursores de cinco carbonos, o difosfato de isopentenilo e o difosfato de dimetilalilo. A astaxantina é classificada como um tipo de composto carotenoide 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, contendo grupos funcionais hidroxilo e cetona. Tal como muitos carotenoides, a astaxantina é um pigmento lipossolúvel e distingue-se pela sua cor vermelha. Os carotenoides, incluindo a astaxantina, são bem conhecidos pela sua capacidade antioxidante.
A astaxantina é um pigmento vermelho e tem origem natural na microalga de águas pluviais (Haematococcus pluvialis) e na levedura denominada Xanthophyllomyces dendrorhous (também conhecida como Phaffia rhodozyma). A alga é submetida a stress através de uma condição ou de uma combinação de condições que vão desde a falta de nutrientes e o aumento da salinidade até à exposição excessiva à luz solar, para produzir astaxantina. As espécies que consomem estas microalgas de água doce submetidas a stress, como o salmão, a truta vermelha, o pargo-vermelho, o flamingo e os crustáceos (por exemplo, camarão, krill, caranguejo, lagosta, lagostim), refletem na sua aparência a pigmentação em tons vermelho-alaranjados.
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 atenção crescente pela sua utilização no tratamento da doença de Alzheimer, da doença de Parkinson, de doenças cardiovasculares, do colesterol elevado, de doenças hepáticas, da degenerescência macular relacionada com a idade e na prevenção do cancro.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassónicos de elevado desempenho desde a escala laboratorial até à escala industrial.