Extração ultrassônica de astaxantina para maiores rendimentos
- A astaxantina é um antioxidante altamente potente usado em produtos farmacêuticos e suplementos nutricionais.
- Para produzir astaxantina de alta qualidade a partir de fontes naturais, como algas, é necessária uma técnica de extração de alto desempenho.
- A extração ultrassônica é um tratamento mecânico, que proporciona altos rendimentos de astaxantina em um tempo de extração muito curto.
Sonicadores de alto desempenho para extratos de astaxantina de alta qualidade
A extração ultrassônica é uma técnica de extração de alto desempenho que usa ondas intensas de ultrassom para extrair astaxantina de fontes naturais, como microalgas, krill ou crustáceos. A astaxantina é um pigmento carotenóide natural conhecido por suas poderosas propriedades antioxidantes e vários benefícios à saúde. É comumente usado como suplemento dietético e corante alimentar. Saiba como a sonicação ajuda a melhorar seu processo de extração de astaxantina!
MultiSonoReactor para extração aprimorada de astaxantina usando ultrassom de alta potência
Extração Ultrassônica de Astaxantina de Microalgas
Astaxantina para suplementos dietéticos, que são consumidos por humanos e animais por seus benefícios à saúde, a astaxantina é obtida de frutos do mar ou extraída da alga H. pluvialis. Haematococcus pluvialis é uma microalga verde, que produz altos teores de astaxantina quando são aplicadas condições de estresse, por exemplo, alta salinidade, deficiência de nitrogênio, alta temperatura e luz. Com até 9,2 mg/g de astaxantina por célula de alga (= até 3,8% sobre o peso seco de H. pluvialis), o Haematococcus pluvialis acumula um teor muito elevado de astaxantina natural e é, portanto, o organismo preferido para a produção de astaxantina.
Para liberar astaxantina das microalgas verdes, as células das algas devem ser interrompidas. A ultrassonografia está bem estabelecida para fins de ruptura celular, lise e isolamento de compostos bioativos 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 ultrassônica de astaxantina de levedura
Phaffia rhodozyma é uma levedura rica em astaxantina. No entanto, a espessa parede celular de P. rhodozyma, que é composta principalmente de glucano e responsável pela rigidez celular, torna a ruptura celular e o isolamento da astaxantina uma tarefa exigente. Pesquisadores (Gogate et al. 2015) descobriram que a extração ultrassônica em combinação com ácido lático intensifica a ruptura celular e torna a extração de astaxantina de P. rhodozyma um processo mais ecológico e ecológico. 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 lático 3 M, tempo de interrupção de 15 min. Extratores ultrassônicos potentes, 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 – Suave, não térmico
- Solventes verdes (por exemplo, água/etanol)
- Custo-beneficio
- Operação fácil e segura
- Baixos custos operacionais e de investimento
- Operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob serviço pesado
- Método ecológico e ecológico
Extração ultrassônica de astaxantina – no modo de fluxo contínuo ou em lote
A astaxantina é um composto lipofílico e pode ser dissolvida em solventes (por exemplo, etanol a 48,0% em acetato de etila) e óleos (por exemplo, óleo de soja).
Lote: Os processos de extração ultrassônica podem ser operados como processos de lote simples ou como tratamento em linha, onde o meio é continuamente alimentado através de um reator ultrassônico de fluxo.
O processamento em lote é um procedimento fácil, onde a extração é realizada lote a lote. A Hielscher Ultrasonics oferece processadores ultrassônicos para lotes pequenos a grandes, ou seja, 1L a 120L.
Para o processamento de lotes de 5 a 10L, recomendamos o UP400St com sonotrodo S24d22L2D (veja a foto à esquerda).
Para o processamento de lotes de aprox. 120L, recomendamos o Sonicator UIP2000hdT com sonotrodo RS4d40L4.
Fluxo: Para volumes maiores e extração comercial em grande escala, um fluxo contínuo de líquido é alimentado através de um reator ultrassônico, 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 em lote em grande escala
Ultrassônicos de alto desempenho para extração
A Hielscher Ultrasonics é especializada na fabricação de sonicadores 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 ultrassônicos de laboratório a sistemas robustos 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 sonicadores digitais de 200 W a 16.000 W apresentam um menu intuitivo com configurações programáveis, uma tela sensível ao 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 células de fluxo (as partes que estão em contato com o meio) podem ser autoclavados e são fáceis de limpar. Todos os nossos ultrasonicadores são construídos para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, requerem baixa manutenção e são fáceis e seguros de operar.
Um display digital colorido permite um controle fácil 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 ou buzinas ultrassônicas) que são otimizados para o isolamento sensível de substâncias ativas de alta qualidade. A Hielscher oferece sonotrodos especiais para altas amplitudes em combinação com células de fluxo pressurizáveis que são capazes de gerar forças extremas de cisalhamento cavitacional, que interrompem até mesmo células de levedura muito resistentes. A robustez do equipamento ultrassônico Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.
O controle preciso dos parâmetros do processo ultrassônico 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
sonoextração
A extração ultrassônica ou sonoextração é baseada no princípio da cavitação acústica.
Quando ondas intensas de ultrassom são aplicadas a sistemas líquidos, ocorre a cavitação acústica, que é o fenômeno da geração, crescimento e eventual colapso de bolhas de vácuo (veja a foto abaixo). Durante a propagação das ondas de ultrassom, as bolhas de vácuo oscilam e crescem até atingirem um ponto em que não conseguem absorver mais energia. No pico do crescimento das bolhas, eles colapsam violentamente, o que causa efeitos térmicos, mecânicos e químicos locais. Os efeitos mecânicos incluem altas pressões de até 1000atm, turbulências e intensas forças de cisalhamento. Essas forças rompem as paredes celulares e promovem a transferência de massa entre o interior da célula e o solvente, liberando compostos bioativos no 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 fornecem o impacto necessário para a ruptura celular, mistura intensa e transferência de massa. Essas forças de cisalhamento ultrassônicas são aplicadas com sucesso para a extração de cannabis.
A extração ultrassônica de compostos de tecidos botânicos e celulares tem sido bem pesquisada. A aplicação de ondas ultrassônicas altamente intensas promove significativamente os processos de extração. Além da intensificação do processo – o que resulta em maiores rendimentos e menor tempo de extração – A degradação térmica e a perda de constituintes sensíveis à temperatura são evitadas, uma vez que a sonicação não é um tratamento térmico. Além disso, a extração ultrassônica tem baixo investimento e custos operacionais, reduz o uso de solventes e/ou permite o uso de solventes mais ecológicos, o que a torna uma técnica de extração econômica e ecológica. Superando os métodos convencionais de extração, a extração assistida por ultrassom (EAU) foi adotada da indústria alimentícia 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 ultrassônica é altamente eficiente para a extração de cannabis.
astaxantina
A astaxantina distingue-se por uma cor vermelha profunda. 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, pois sua potência antioxidante é dez a vinte vezes mais poderosa do que a de muitos outros carotenóides, como betacaroteno, luteína e zeaxantina, e cem vezes mais poderosa que o alfa-tocoferol (vitamina E).
A astaxantina (3,3′-dihidroxi-β, β′-caroteno-4,4′-diona) é um ceto-carotenóide e pertence a uma classe maior de compostos químicos conhecidos como terpenos (como tetraterpenóide), que são compostos por cinco precursores de carbono, difosfato de isopentenila e dimetilalil difosfato. A astaxantina é classificada como um tipo de compostos carotenóides com componentes contendo oxigênio, ou seja, hidroxila (-OH) ou cetona (C=O), como zeaxantina e cantaxantina. A astaxantina é um metabólito da zeaxantina e/ou cantaxantina, contendo grupos funcionais hidroxila e cetona. Como muitos carotenóides, a astaxantina é um pigmento lipossolúvel e se distingue por sua cor vermelha. Os carotenóides, incluindo a astaxantina, são bem conhecidos por sua capacidade antioxidante.
A astaxantina é um pigmento vermelho e se origina naturalmente na microalga da água da chuva (Haematococcus pluvialis) e na levedura chamada Xanthophyllomyces dendrorhous (também conhecida como Phaffia rhodozyma). As algas sofrem um estresse por meio de uma ou uma combinação de condições que vão desde a falta de nutrientes, aumento da salinidade e luz solar excessiva até a criação de astaxantina. As espécies que consomem essas microalgas de água doce estressadas, como salmão, truta vermelha, dourada, flamingo, crustáceos (por exemplo, camarão, krill, caranguejo, lagosta, lagostim), refletem a pigmentação dos tons vermelho-alaranjados em sua aparência.
Como suplemento, a astaxantina é administrada por seus efeitos promotores da saúde e 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 por seu uso no tratamento da doença de Alzheimer, doença de Parkinson, doenças cardiovasculares, colesterol alto, doenças hepáticas, degeneração macular relacionada à idade e prevenção do câncer.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de labrador Para tamanho industrial.