Extracția algelor cu ultrasunete pentru suplimente nutritive

Extracția cu ultrasunete este metoda superioară de a perturba celulele algelor în mod eficient și rapid. Sonicare poate elibera cantitatea completă de compuși bioactivi, ceea ce face tehnica cu ultrasunete extrem de eficient.

Cum Pentru a extrage proteine, Lipide și fenolici din alge cu ultrasunete

Speciile de alge și microalge sunt bogate în compuși biologic activi, cum ar fi proteine, lipide, carotenoide, pigmenți (de exemplu, ficocianine, astaxantină etc.), fenolici și polizaharide (de exemplu, carageni). Acest lucru le face un material natural utilizat pe scară largă pentru a produce extracte pentru alimente și suplimente alimentare. Speciile de alge utilizate în mod obișnuit pentru suplimentele nutritive sunt Arthrospira maxima și (cunoscută și sub numele de spirulină), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis și Ulva spp. Algele sunt cunoscute a fi o sursă bună de proteine de înaltă calitate, lipide, PUFA cu lanț lung (adică omega-3), polizaharide (de exemplu, alginat, caragenan, β-glucani), vitamine și antioxidanți.
Spirulina este un tip de alge utilizat în mod obișnuit, care este bogat în compuși bioactivi cu valoare ridicată, cum ar fi proteinele (cu 50-70% greutate uscată). Deoarece spirulina este aprobată de FDA (Food Drug Administration din Statele Unite) ca GRAS (în general recunoscută ca fiind sigură), extractele de spirulină și spirulină pot fi utilizate în alimentele comercializate sau ca suplimente alimentare.

Avantajele extracției algelor cu ultrasunete

Extracția cu ultrasunete excelează metode alternative de extracție în puncte multiple, ar fi randamentul ridicat, fiabilitatea, siguranța, simplitatea și protecția mediului.

Randament complet de extracție

Ultrasonicators de înaltă performanță sparge celulele algelor deschise și le perturbă, astfel încât materialul intracelular este eliberat. Extracția cu ultrasunete eliberează astfel întregul spectru de compuși bioactivi, ar fi ficobiliproteinele, carotenoidele și lipidele și fenolii.
Ficobiliproteinele pot fi diferențiate în trei grupe majore, și anume cloro-ficocianine, aloficocianine și ficoeritrine. C-ficocianina este un pigment albastru natural, care este utilizat pe scară largă în produsele alimentare și farmaceutice. Extracția cu ultrasunete eliberează întregul spectru de proteine.

Eficiență ridicată de extracție

Duangsee et al. (2009) testat două metode diferite de extracție (extracție cu solvent ultrasonically asistată și extracție prin înghețare și dezghețare repetate) de compuși bioactivi din biomasa Arthospira și a constatat că extracția cu ultrasunete solvent a dus la o eficiență de extracție mai mare (22.1%) decât înghețarea și dezghețarea (15.6%). Comparația rupturii celulare între sonicare și înghețarea și dezghețarea repetată arată că sonicare este mai eficientă. Cavitația cu ultrasunete perturbă celulele algelor rapid și eficient, ceea ce duce la o întrerupere celulară mai mare în comparație cu celulele spirulinei tratate prin înghețare și dezghețare repetată.
Sonicare a fost mai eficient în ruperea plicului celular în comparație cu înghețarea repetată și decongelarea. Randamentul de extracție al ficocianinei a arătat că temperatura de procesare a influențat eficiența extracției.

Proces rapid de extracție

Sistemele cu ultrasunete de înaltă performanță pot aplica o putere mare cu ultrasunete prin amplitudini mari în suspensia de alge. Acest lucru face extracția cu ultrasunete o metodă de procesare foarte rapidă.

controlul temperaturii

Ultrasonication este o tehnică de extracție non-termică, pur mecanică. Temperatura de extracție poate fi controlată cu precizie folosind un senzor de temperatură conectabil, care este conectat la ultrasonicatorul digital Hielscher. Software-ul ultrasonicators digitale Hielscher permite setarea limitelor de temperatură, astfel încât omogenizatorul cu ultrasunete se oprește atunci când se atinge limita de temperatură. Controlul precis al temperaturii permite prevenirea degradării termice a materialelor sensibile la căldură, cum ar fi ficobiliproteinele, vitaminele, polifenolii, polizaharidele, lipidele și alți compuși bioactivi.

Compatibil cu diferiți solvenți

Ultrasonication este compatibil cu aproape orice solvent. Extracția cu ultrasunete în combinație cu solvenți verzi, ar fi apa sau etanolul produce extracte curate. Aceste extracte cu ultrasunete pot fi încorporate în condiții de siguranță în produsele alimentare, deoarece solvenții de extracție, etanol și apă au statutul GRAS (în general recunoscut ca fiind sigur).

Reproductibilitatea și standardizarea proceselor

Hielscher ultrasonicators digitale vin cu un software inteligent și o varietate elaborată de setări pentru parametrii ideali de extracție. Software-ul protocoale toate parametrul procesului cu ultrasunete (de exemplu, amplitudinea, puterea netă, puterea totală, temperatura, presiunea, ora, data) și scrie datele sonicare într-un fișier CSV pe built-in SD-card. Acest lucru vă permite să standardizați procesul de extracție și să monitorizeze sonicare și ieșire de calitate îndeaproape. Aceste caracteristici vă ajută să îndepliniți cerințele de stadandizare a procesului, precum și bunele practici de fabricație (GMP), care sunt ambele extrem de importante atunci când extractele sunt produse pentru suplimente, produse alimentare sau farmaceutice.

Protocolul de extracție cu ultrasunete ficocianină

Mazumder et al. (2017) au investigat parametrii optimi de procesare pentru extracția cu ultrasunete a ficocianinei și fenolilor din Arthospira platensis. Randamentul maxim de ficocianină (29.9 mg / g) și fenoli totali (2.4 mg / g) a fost obținut la concentrația de etanol 40%, temperatura de extracție 34.9 ° C folosind ultrasonicator UP50H (50 wați, 30kHz) la o amplitudine de 95% pentru un timp de extracție de 104.7 sec.

Vernès et al. (2019) a folosit un ultrasonicator UIP1000hdT (1000W, 20kHz) pentru a extrage proteinele din spirulină. Ultrasonicator a fost echipat cu un sonotrode BS2d34 și un reactor cu flux cu ultrasunete (a se vedea imaginea de mai jos pentru configurarea exactă de extracție cu ultrasunete cu celule de flux și pompă Seepex).

UIP1000hdT – Configurarea Manothermosonication (MTS) și extracția noastră de proteine din spirulină la scară de laborator
sursa: Vernes et al. 2019

Rezultatele cercetării arată că condițiile de extracție cu ultrasunete optimizate pentru randamentul proteinelor implică temperatură și presiune ușor ridicate (așa-numitul MTS manothermosonication). MTS promovează transferul de masă și permite obținerea a 229% mai multe proteine (28,42 ± 1,15 g / 100 g greutate uscată) decât procesul convențional fără ultrasunete (8,63 ± 1,15 g / 100 g greutate uscată).
Cu 28,42 g de proteine obținute la 100 g de biomasă spirulină uscată în extract, o rată de recuperare a proteinelor de 50% a fost atinsă în doar 6 minute într-un proces continuu de sonicare. Imagistica microscopică arată că cavitația acustică afectează filamentele spirulinei prin diferite mecanisme, cum ar fi fragmentarea, sonoporarea, detexturarea. Aceste efecte diferite fac extracția, eliberarea și solubilizarea compușilor bioactivi ai spirulinei mai ușoară și mai eficientă, ceea ce duce la un randament ridicat de proteine de înaltă calitate.
În ceea ce privește calitatea proteinelor extrase ultrasonically, aminoacizii nu au fost degradați prin tratament cu ultrasunete, dar ele sunt prezente într-o cantitate mai mare în cazul sonicare în comparație cu extracția convențională.
Atunci când manothermosonicare și extracție cu ultrasunete fără presiune ridicată și temperatură sunt comparate, diferența de randament de extracție și eficiență este doar minimă. Prin urmare, ultrasunetele singure sunt considerate a fi cea mai economică și mai ușoară tehnică pentru a produce un extract de înaltă calitate bogat în proteine spirulină. Extracția cu ultrasunete este o tehnică de extracție verde, ecologică, potrivită pentru extracția proteinelor din spirulină la scară de laborator, care poate fi ușor scalată la scară pilot și industrială. (cf. Vernès et al. 2019)

Extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță

Toate rezultatele extracției obținute la scară mică, pot fi scalate liniar la capacități de producție mai mari. Hielscher Ultrasonics portofoliu mare de produse de la laborator la sisteme industriale de extracție are cel mai potrivit ultrasonicator pentru capacitatea de proces preconizată. Personalul nostru cu experiență îndelungată vă va ajuta de la testele de fezabilitate și optimizarea procesului la instalarea sistemului cu ultrasunete la nivelul final de producție.

Hielscher Ultrasonics – Echipamente sofisticate de extracție

Hielscher Ultrasonics portofoliul de produse acoperă întreaga gamă de extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la scară mică la scară largă. Accesorii suplimentare permit asamblarea ușoară a configurației dispozitivului cu ultrasunete cele mai potrivite pentru procesul dumneavoastră. Configurarea optimă cu ultrasunete depinde de capacitatea preconizată, volumul, materia primă, procesul lot sau inline și cronologia. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante. Scalabilitatea liniară a proceselor de extracție cu ultrasunete permite creșterea simplă și fiabilă a producției. Citiți mai multe despre scalarea liniară a proceselor de extracție cu ultrasunete!

Alegeți dintre diverse accesorii, cum ar fi:

• Sonotrodes cu diferite dimensiuni, diametre și forme
• Sonotrodes pentru amplitudine mare de 200μm și mai mare
• reactoare cu celule de flux cu diferite volume și geometrii
• numeroase coarne de rapel pentru a crește sau reduce câștigurile
• configurații complete sonicare, ar fi SonoStation, care includ extractor cu ultrasunete, rezervor, agitator, și pompă
• Senzori de temperatură conectabili
• senzori de presiune conectabili

Personalul nostru bine instruit, cu experiență îndelungată vă va consulta și vă va recomanda cel mai potrivit sistem cu ultrasunete pentru cerințele procesului de extracție!

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: