Ultrassônica para melhorar a interrupção e extração de células de algas

Algas, macro e microalgas contêm muitos compostos valiosos, que são usados como alimentos nutricionais, aditivos alimentares ou como combustível ou matéria-prima de combustível. Para liberar as substâncias-alvo da célula de algas é necessária uma técnica potente e eficiente de interrupção celular. Extratores ultrassônicos são altamente eficientes e confiáveis quando se trata da extração de compostos bioativos de botânicos, algas e fungos. Disponíveis em laboratório, em escala de bancada e industrial, extratores ultrassônicos hielscher são estabelecidos na produção de extratos derivados de células na produção de alimentos, farmacêuticas e biocombustíveis.

Algas como um recurso valioso para nutrição e combustível

As células de algas são uma fonte versátil de compostos bioativos e ricos em energia, como proteínas, carboidratos, lipídios e outras substâncias bioativas, bem como alcanos. Isso faz das algas uma fonte de alimentos e compostos nutricionais, bem como para combustíveis.
As microalgas são uma fonte valorizada de lipídios, que são usados para nutrição e como biocombustíveis fo matéria-prima (por exemplo, biodiesel). Cepas do fitoplâncton marinho Dicrateria, como Dicrateria rotunda, são conhecidas como algas produtoras de gasolina, que podem sintetizar uma série de hidrocarbonetos saturados (n‐alkanes) de C10H22 para C38H78, que são categorizados como gasolina (C10-C15), óleos diesel (C16-C20) e óleos combustíveis (C21-C38).
Devido ao seu valor nutricional, as algas são utilizadas como "alimentos funcionais" ou "nutracêuticos". Importantes micronutrientes extraídos de algas incluem os carotenoides astaxantina, fucoxantina e zeaxantina, fucoidan, laminari e outros glucas entre inúmeras outras substâncias bioativas são usadas como suplementos nutricionais e pharmceutica. Carrageenan, alginato e outros hidrocolóides são usados como aditivos alimentares. Lipídios de algas são usados como fonte ômega-3 vegana e também usados como combustível ou como matéria-prima para a produção de biodiesel.

Ultrasonic extractor with stainless steel reactor for the sommerical extraction of lipids, proteins and bioactive compounds from algal specien such as microalgae, macroalgae, phytoplankton and seaweed.

Extrator ultrassônico UIP2000hdT com reator de aço inoxidável para a extração comercial de lipídios, proteínas e antioxidantes de algas.

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Interrupção e extração de células de algas por ultrassom de energia

Extratores ultrassônicos ou simplesmente ultrassonicadores são usados para extrair compostos valiosos de pequenas amostras no laboratório, bem como para a produção em grande escala comercial.
As células de algas são protegidas por complexas matrizes de parede celular, que são compostas de lipídios, celulose, proteínas, glicoproteínas e polissacarídeos. A base da maioria das paredes celulares de algas é construída de uma rede microfibrilar dentro de uma matriz proteica semelhante a gel; no entanto, algumas microalgas são equipadas com uma parede rígida inorgânica composta de frustules de sílica opalina ou carbonato de cálcio. Para obter compostos bioativos a partir da biomassa alga, é necessária uma técnica eficiente de ruptura celular. Além dos fatores de extração tecnológica (ou seja, método de extração e equipamentos), a eficiência da disrupção e extração celular de algas também é fortemente influenciada por diversos fatores dependentes de algas, como composição da parede celular, localização da biomolécula desejada em células de microalgas e estágio de crescimento das microalgas durante a colheita.

Como funciona a interrupção e extração celular de algas ultrassônicas?

A variety of microscopic unicellular and colonial freshwater algae, which can be disrupted by ultrasonication in order to extract valuable bioactive compounds such as proteins, lipids, polysaccharides and antioxidants. Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic extractors for commercial algae extraction.Quando ondas de ultrassom de alta intensidade são acopladas através de uma sonda ultrassônica (também conhecida como chifre ultrassônico ou sonotrodo) em um líquido ou chorume, as ondas sonoras viajam através do líquido e criam assim ciclos alternados de alta pressão / baixa pressão. Durante esses ciclos de alta pressão/ baixa pressão, ocorrem bolhas de vácuo minúsculas ou cavidades. Bolhas de cavitação ocorrem quando a pressão local cai durante os ciclos de baixa pressão muito abaixo da pressão de vapor saturada, um valor dado pela resistência à tração do líquido a uma certa temperatura. Os que crescem ao longo de vários ciclos. Quando essas bolhas de vácuo atingem um tamanho, onde não conseguem absorver mais energia, a bolha implode violentamente durante um ciclo de alta pressão. A implosão das bolhas de cavitação é um processo violento e denso de energia que gera intensas ondas de choque, turbulências e micro jatos no fluido. Além disso, são criadas pressões muito altas localizadas e temperaturas muito altas. Essas condições extremas são facilmente capazes de interromper paredes celulares e membranas e liberar compostos intracelulares de forma eficaz, eficaz e rápida. Compostos intracelulares como proteínas, polissacarídeos, lipídios, vitaminas, minerais e antioxidantes podem, assim, efetivamente extraídos usando ultrassônicos de energia.

Ultrasonic extractor UP400ST for small to mide-size algae disruption and extraction

O ultrassônico UP400St é ideal para interromper e extração de compostos bioativos de algas em lotes menores (aproximadamente 8-10L)

Cavitação ultrassônica para interrupção e extração celular

UP400St with stirrer for cell disintegration, disruption and extractionQuando exposta a intensa energia ultrassônica, a parede ou membrana de qualquer tipo de célula (incluindo botânica, mamífero, alga, fúngica, bacteriana etc.) é interrompida e a célula é rasgada em fragmentos menores pelas forças mecânicas da cavitação ultrassônica densa em energia. Quando a parede celular é quebrada, os metabólitos celulares como proteína, lipídio, ácido nucleico e clorofila são liberados da matriz da parede celular, bem como do interior celular e são transferidos para o meio de cultura circundante ou solvente.
O mecanismo descrito acima de cavitação ultrassônica/acústica interrompe células algas inteiras ou vacuoles de gás e líquido dentro das células severamente. A cavitação ultrassônica, vibração, turbulências e microtranspondo promovem a transferência de massa entre o interior da célula e o solvente circundante para que as biomoléculas (ou seja, metabólitos) sejam eficientes e rapidamente liberadas. Uma vez que a sônica é um tratamento puramente mecânico que não requer produtos químicos severos, tóxicos e/ou caros.
Ultrassom de alta intensidade e baixa frequência cria condições extremas denso de energia, com altas pressões, temperaturas e altas forças de corte. Essas forças físicas promovem a interrupção das estruturas celulares a fim de liberar compostos intracelulares no meio. Portanto, o ultrassom de baixa frequência é amplamente utilizado para a extração de substâncias bioativas e combustíveis de algas. Quando comparada aos métodos convencionais de extração, como extração de solventes, moagem de contas ou homogeneização de alta pressão, a extração ultrassônica se destaca pela liberação da maioria dos compostos bioativos (como lipídios, proteínas, polissacarídeos e micronutrientes) da célula sonoporada e rompida. Aplicando as condições corretas do processo, a extração ultrassônica dá rendimentos de extração superiores dentro de uma duração de processo muito curta. Por exemplo, extratores ultrassônicos de alto desempenho mostram excelente desempenho de extração de algas, quando usados com um solvente adequado. Em um meio ácido ou alcalino, a parede celular alga fica porosa e enrugada, levando a aumento de rendimentos a baixa temperatura (abaixo de 60°C) em um curto tempo de sonicação (menos de 3 horas). A curta duração da extração a temperaturas amenas evita a degradação do fucoidan, de modo que um polissacarídeo altamente bioativo seja obtido.
A ultrassônica também é um método para transformar fucoidan de alto peso molecular em fucoidan de baixo peso molecular, que é significativamente mais bioativo devido à sua estrutura desbranchada. Com sua alta bioatividade e bioacessibilidade, fucoidan de baixo peso molecular é um composto interessante para medicamentos e sistemas de entrega de medicamentos.

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Estudos de Caso: Extração ultrassônica de compostos de algas

A eficiência de extração ultrassônica e a otimização dos parâmetros de extração ultrassônica têm sido amplamente estudadas. Abaixo, você pode encontrar resultados exemplares para os resultados de extração através da ultrassonização de várias espécies de algas.

Extração de proteína de Espirulina usando Mano-Thermo-Sonication

O grupo de pesquisa do Prof. Chemat (Universidade de Avignon) investigou os efeitos da manotermosonicação (MTS) na extração de proteínas (como a ficocitanina) da cianobactéria artrospira-plaquespira seca (também conhecida como espiulina). Mano-Thermo-Sonication (MTS) é a aplicação de ultrassônicos combinados com pressões e temperaturas elevadas, a fim de intensificar o processo de extração ultrassônica.
"De acordo com os resultados experimentais, o MTS promoveu a transferência de massa (alta difusividade efetiva, De) e permitiu obter 229% mais proteínas (28,42 ± 1,15 g/100 g DW) do que o processo convencional sem ultrassom (8,63 ± 1,15 g/100 g DW). Com 28,42 g de proteínas por 100 g de biomassa de espirulina seca no extrato, uma taxa de recuperação de proteínas de 50% foi alcançada em 6 minutos efetivos com um processo contínuo de MTS. Observações microscópicas mostraram que a cavitação acústica impactou filamentos de espirulina por diferentes mecanismos como fragmentação, sonoporação, destexturação. Esses vários fenômenos facilitam a extração, liberação e solubilização de compostos bioativos de espirulina." [Vernès et al., 2019]

Ultrasonic extraction of spirulina protein from Arthrospira platensis cyanobacteria.

Imagens ópticas de microscopia de filamentos de spiurulina inteiras submetidas ao tratamento de MTS ao longo do tempo. Barra de escala (imagem A) = 50 μm para todas as fotos.
imagem e estudo: ©Vernès et al. 2019

Extração ultrassônica fucoidan e glucan de Laminaria digitata

O grupo de pesquisa TEAGASC do Dr. Tiwari investigou a extração de polissacarídeos, ou seja, fucoidan, laminarin e glucanos totais, da macroalgae Laminaria digitata utilizando o ultrassônico UIP500hdT. Os parâmetros de extração ultrasonicamente assistidos (EAU) estudados mostraram influência significativa nos níveis de fucose, FRAP e DPPH. Níveis de 1060,75 mg/100 g ds, 968,57 mg/100 g ds, 8,70 μM trolox/mg fde e 11,02% foram obtidos para fucose, glucanos totais, FRAP e DPPH respectivamente em condições otimizadas de temperatura (76°C), tempo (10 min) e amplitude ultrassônica (100%) utilizando 0,1 M HCL como solvente. As condições dos Emirados Árabes Unidos descritas foram então aplicadas com sucesso a outras macroalgas marrons economicamente relevantes (L. hyperborea e A. nodosum) para obter extratos ricos em polissacarídeos. Este estudo demonstra a aplicabilidade dos Emirados Árabes Unidos para melhorar a extração de polissacarídeos bioativos de várias espécies macroángicas.

Extração fitoquímica ultrassônica de F. vesiculosus e P. canaliculata

A equipe de pesquisa de García-Vaquero comparou várias novas técnicas de extração, incluindo extração ultrassônica de alto desempenho, extração de ultrassom-microondas, extração assistida por micro-ondas, extração assistida por hidrotermal e extração assistida por alta pressão, a fim de avaliar a eficiência de extração das espécies de microalgas marrons Fucus vesiculosus e Pelvetia canaliculata. Para a ultrassonização, eles usaram o Extrator ultrassônico Hielscher UIP500hdT. A quaisquere dos rendimentos de extração revelou que a extração ultrassônica alcançou os maiores rendimentos da maioria dos fitoquímicos de ambos os F. vesiculosus. Isso significa que os maiores rendimentos de compostos extraídos de F. vesiculosus usando o extrator ultrassônico UIP500hdT foram: teor fenólico total (445,0 ± 4,6 mg equivalentes ácido gálico/g), teor total de phlorotannin (362,9 ± 3,7 mg equivalentes phloroglucinol/g g), teor total de flavonoides (286,3 ± 7,8 mg equivalentes/g) e teor total de tanino (189,1 ± 4,4 mg de equivalentes catequinas/g).
Em seu estudo de pesquisa, a equipe concluiu que o uso da extração ultrasonicamente assistida "combinado com 50% de solução etanolica como solvente de extração poderia ser uma estratégia promissora visando a extração de TPC, TPhC, TFC e TTC, ao mesmo tempo em que reduz a co-extração de carboidratos indesejáveis tanto de F. vesiculosus quanto de P. canaliculata, com aplicações promissoras ao utilizar esses compostos como f. vesiculosus e P. canaliculata, com aplicações promissoras ao usar esses compostos como farmacêuticos, nutracêuticos e cosmeceuticals. [García-Vaquero et al., 2021]

Spirulina Protein Extraction using Hielscher ultrasonic extractors can be linearly sclaed from small to large production.

Ampliação da mano-termo-sonicação na Universidade de Avignon usando ultrassonicadores hielscher: a partir de equipamentos de laboratório UIP1000hdT (A) para equipamento de escala piloto UIP4000hdT (B, C & D). Na imagem D é esquematizada uma seção transversal da célula de fluxo ultrassônico FC100K.
imagem e estudo: ©Vernès et al. 2019

Ultrasonic algae disruption and extraction in continuous in-line mode for the release lipids, proteins, polysaccharides and other bioactive substances.

Configuração do extrator inline ultrassônico com células de fluxo: 2x UIP1000hdT ultrassonicadores com reatores de células de fluxo para extração contínua de algas

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Ultrasonic extractor for algae disruption in an open vessel

UIP1000hdT (1kW, 20kHz) extrator ultrassônico com agitador para a interrupção e extração de algas como Chlorella, spirulina, Nannochloropsis, algas broen, bem como outras micro e macro-algas.

As vantagens da extração de algas ultrassônicas

  • Alta eficiência de extração
  • Rendimentos superiores de extração
  • processo rápido
  • Baixas temperaturas
  • Adequado para extrair compostos termolabianos
  • Compatível com qualquer solvente
  • Baixo consumo de energia
  • Técnica de extração verde
  • operação fácil e segura
  • Baixo investimento e custos operacionais
  • 24/7 operação pesados-dever

Extratores ultrassônicos de alto desempenho para interrupção de algas

O equipamento ultrassônico de última geração da Hielscher permite o controle total dos parâmetros do processo, como amplitude, temperatura, pressão e entrada de energia.
Para extração ultrassônica, parâmetros como tamanho de partículas de matéria-prima, tipo solvente, relação sólido-solvente e tempo de extração podem ser variados e otimizados para melhores resultados.
Uma vez que a extração ultrassônica é um método de extração não térmica, evita-se a degradação térmica dos ingredientes bioativos presentes na matéria-prima, como as algas.
No geral, vantagens como alto rendimento, curto tempo de extração, baixa temperatura de extração e pequenas quantidades de solvente fazem da sonicação o método de extração superior.

Extração ultrassônica: Estabelecida em Laboratório e Indústria

A extração ultrassônica é amplamente aplicada para a extração de qualquer tipo de composto bioativo de botânicas, algas, bactérias e células mamíferas. A extração ultrassônica foi estabelecida como uma simples, econômica e altamente eficiente que prima outras técnicas tradicionais de extração por maiores rendimentos de extração e menor duração de processamento.
Com sistemas ultrassônicos de laboratório, de bancada e totalmente industriais prontamente disponíveis, a extração ultrassônica é hoje uma tecnologia bem estabelecida e confiável. Extratores ultrassônicos hielscher são instalados em todo o mundo em instalações de processamento industrial que produzem compostos bioativos de grau farmacêutico e alimentar.

Padronização de processos com Ultrassônicos Hielscher

Os extratos derivados de algas, que são utilizados em alimentos, produtos farmacêuticos ou cosméticos, devem ser produzidos de acordo com as Boas Práticas de Fabricação (GMP) e sob especificações de processamento padronizadas. Os sistemas de extração digital da Hielscher Ultrasonics vêm com software inteligente, o que facilita a configuração e controle do processo de sonicação com precisão. O registro automático de dados escreve todos os parâmetros do processo ultrassônico, como energia de ultrassom (energia total e líquida), amplitude, temperatura, pressão (quando os sensores de temperatura e pressão são montados) com data e carimbo de hora no cartão SD embutido. Isso permite que você revise cada lote ultrasonicamente processado. Ao mesmo tempo, a reprodutibilidade e a qualidade continuamente alta do produto são garantidas.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Por favor, use o formulário abaixo para solicitar informações adicionais sobre processadores ultrassônicos, aplicativos e preço. Ficaremos felizes em discutir seu processo com você e oferecer-lhe um sistema ultrassônico atendendo aos seus requisitos!









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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.

Literatura / Referências



Fatos, vale a pena conhecer

Algas: Macroalgae, Microalgae, Fitoplâncton, Cianobactérias, Algas Marinhas

O termo algas é informal, usado para um grande e diversificado grupo de organismos eucarióticos fotossintéticos. As algas são consideradas principalmente protistas, mas às vezes também são classificadas como um tipo de planta (botânica) ou coromistas. Dependendo de sua estrutura celular, eles podem ser diferenciados em macroalgas e microalgas, também conhecidas como fitoplâncton. Macroalgae são organismos multicelulares, muitas vezes conhecidos como algas marinhas. A classe de macroalgae contém várias espécies de algas marinhas macroscópicas, multicelulares. O termo fitoplâncton é usado principalmente para algas marinhas microscópicas unicelulares (microalgas), mas também pode incluir cianobactérias. Fitoplâncton é uma ampla classe de vários organismos, incluindo bactérias fotossíntese, bem como microalgas e coccolithophores blindados.
Como as algas podem ser unicelulares ou multicelulares com estruturas filamentosas (semelhantes a cordas) ou semelhantes a plantas, elas são muitas vezes difíceis de classificar.

As espécies de macroalga (algas marinhas) mais cultivadas são Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii, Gracilaria spp., Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Pyropia spp., e Sargassum fusiforme. Eucheuma e K. alvarezii são cultivados para carrageenano, um agente de gelagem hidrocolloidal; Gracilaria é cultivada para produção de ágar; enquanto as outras espécies são forrageada para alimentação e nutrição.
Outro tipo de algas marinhas é alga. Algas são algas marrons grandes que compõem a ordem Laminariales. A alga é rica em alginato, um carboidrato, que é usado para engrossar produtos como sorvete, geleia, molho de salada e pasta de dente, bem como um ingrediente em alguns alimentos para cães e em produtos manufaturados. O pó de alginato também é usado com frequência em odontologia geral e ortodontia. Polissacarídeos de algas como fucoidan são usados em cuidados com a pele como ingredientes de gelagem.
Fucoidan é um heteropólise solúvel em água, presente em várias espécies de algas marrons. Fucoidan produzido comercialmente é extraído principalmente das espécies de algas marinhas Fucus vesiculosus, Cladosiphon okamuranus, Laminaria japonica e Undaria pinnatifida.

Proeminentes Gêneros de Algas e Espécies

  • Chlorella é um gênero de cerca de treze espécies de algas verdes unicelulares (microalga) pertencentes à divisão Clorofila. As células de cloroella têm uma forma esférica, têm cerca de 2 a 10 μm de diâmetro, e não têm flagela. Seus cloroplastos contêm pigmentos fotossintéticos verdes clorofila-a e -b. Uma das espécies de Chlorella mais utilizadas é a Chlorella vulgaris, que é popularmente usada como suplemento dietético ou como aditivo alimentar rico em proteínas.
  • Spirulina (Arthrospira platensis cyanobacteria) é uma alga azul-esverdeada filamentosa e multicelular.
  • Nannochloropsis oculata é uma espécie de gênero Nannochloropsis. É uma pequena alga verde unicelular, encontrada em água marinha e fresca. As algas nannochloropsis são caracterizadas por células esféricas ou ligeiramente vazias com um diâmetro de 2-5 μm.
  • Dicrateria é um gênero de haptofitos, compreendendo as três espécies Dicrateria gilva, Dicrateria inornata, Dicrateria rotunda e Dicrateria vlkianum. Dicrateria rotunda (D. rotunda) pode sintetizar hidrocarbonetos equivalentes ao petróleo (hidrocarbonetos saturados com um número de carbono que varia de 10 a 38).

High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.