Extracția ultrasonică a astaxantinei pentru randamente mai mari
- Astaxantina este un antioxidant extrem de puternic, utilizat în produse farmaceutice și suplimente nutritive.
- Pentru a produce astaxantină de înaltă calitate din surse naturale, precum algele, este necesară o tehnică de extracție de înaltă performanță.
- Extracția ultrasonică este un tratament mecanic care oferă randamente ridicate de astaxantină într-un timp de extracție foarte scurt.
Sonicatoare de înaltă performanță pentru extracte de astaxantină de înaltă calitate
Extracția ultrasonică este o tehnică de extracție de înaltă performanță care utilizează unde ultrasonice intense pentru a extrage astaxantina din surse naturale, precum microalgele, krilul sau crustaceele. Astaxantina este un pigment carotenoid natural, cunoscut pentru proprietățile sale antioxidante puternice și pentru diverse beneficii pentru sănătate. Este utilizată în mod obișnuit ca supliment alimentar și colorant alimentar. Aflați cum vă ajută sonicarea să îmbunătățiți procesul dumneavoastră de extracție a astaxantinei!
MultiSonoReactor pentru extracția îmbunătățită a astaxantinei cu ajutorul ultrasunetelor de mare putere
Extracția ultrasonică a astaxantinei din microalge
Astaxantina pentru suplimente alimentare, care sunt consumate de oameni și animale pentru beneficiile lor asupra sănătății, se obține din fructe de mare sau se extrage din alga H. pluvialis. Haematococcus pluvialis este o microalgă verde care produce conținuturi ridicate de astaxantină atunci când este supusă unor condiții de stres, de ex. salinitate ridicată, deficit de azot, temperatură ridicată și lumină. Cu până la 9,2mg/g astaxantină per celulă de algă (= până la 3,8% din greutatea uscată a H. pluvialis), Haematococcus pluvialis acumulează un conținut foarte ridicat de astaxantină naturală și este, prin urmare, organismul preferat pentru producția de astaxantină.
Pentru a elibera astaxantina din microalgele verzi, celulele algale trebuie dezintegrate. Ultrasonicarea este bine consacrată în scopul dezintegrării celulelor, al lizei și al izolării compușilor bioactivi, precum lipidele, antioxidanții, polifenolii și pigmenții naturali. Ultrasunetele de înaltă performanță generează forțe pur mecanice, care distrug pereții celulari prin forțe de forfecare și determină eliberarea substanțelor bioactive, precum astaxantina.
Extracția ultrasonică a astaxantinei din drojdie
Phaffia rhodozyma este o drojdie bogată în astaxantină. Cu toate acestea, peretele celular gros al P. rhodozyma, compus în principal din glucan și responsabil de rigiditatea celulei, face ca dezintegrarea celulelor și izolarea astaxantinei să fie o sarcină dificilă. Cercetătorii (Gogate et al. 2015) au constatat că extracția ultrasonică în combinație cu acidul lactic intensifică dezintegrarea celulelor și face ca extracția astaxantinei din P. rhodozyma să fie un proces mai ecologic și mai prietenos cu mediul. Aceștia au utilizat acidul lactic ca mediu pentru dezintegrare și etanolul ca solvent pentru extracție. Randamentul maxim de astaxantină (90%) a fost obținut pentru abordarea de extracție asistată de ultrasunete bazată pe utilizarea acidului lactic 3 M, cu un timp de dezintegrare de 15 min. Extractoarele ultrasonice puternice, precum UIP4000hd (4kW, vedeți imaginea din stânga), în combinație cu un reactor cu flux continuu presurizabil, permit generarea unei cavitații foarte intense. Forțele de forfecare cavitaționale distrug pereții celulelor de drojdie și favorizează transferul de masă dintre interiorul celulei și solvent.
- Randament superior
- Extracție de mare viteză – în câteva minute
- Extracte de înaltă calitate – blânde, non-termice
- Solvenți ecologici (de ex. apă/etanol)
- Eficiență din punct de vedere al costurilor
- Operare ușoară și sigură
- Costuri reduse de investiție și de operare
- Funcționare 24/7 în regim intensiv
- Metodă ecologică, prietenoasă cu mediul
Extracția ultrasonică a astaxantinei – în șarje sau în flux continuu
Astaxantina este un compus lipofil și poate fi dizolvată în solvenți (de ex. 48,0% etanol în acetat de etil) și uleiuri (de ex. ulei de soia).
În șarje: Procesele de extracție ultrasonică pot fi operate ca procese simple în șarje sau ca tratament inline, în care mediul este alimentat continuu printr-un reactor ultrasonic cu flux continuu.
Procesarea în șarje este o procedură simplă, în care extracția se realizează șarjă cu șarjă. Hielscher Ultrasonics oferă procesoare ultrasonice pentru șarje mici până la mari, adică de la 1L la 120L.
Pentru procesarea șarjelor de 5 până la 10L, vă recomandăm UP400St cu sonotroda S24d22L2D (vedeți imaginea din stânga).
Pentru procesarea șarjelor de aprox. 120L, vă recomandăm sonicatorul UIP2000hdT cu sonotroda RS4d40L4.
Flux continuu: Pentru volume mai mari și extracție comercială la scară completă, un flux continuu de lichid este alimentat printr-un reactor ultrasonic, în care suspensia de solvent/material vegetal este sonicată intens.
Pentru un volum de aprox. 8L/min., vă recomandăm UIP4000hdT cu sonotroda RS4d40L3 și celula de flux presurizabilă FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) pentru extracția în șarje la scară mare
Ultrasonicatoare de înaltă performanță pentru extracție
Hielscher Ultrasonics este specializată în fabricarea de sonicatoare de înaltă performanță pentru producția de extracte de înaltă calitate din plante, drojdii și celule. Gama largă de produse Hielscher Ultrasonics variază de la ultrasonicatoare de laborator mici și puternice până la sisteme robuste de banc și sisteme complet industriale, care furnizează ultrasunete de mare intensitate pentru extracția și izolarea eficientă a componentelor bioactive, precum astaxantina, quercetina, cofeina, curcumina, terpenele etc. Toate sonicatoarele digitale de la 200W la 16.000W dispun de un meniu intuitiv cu setări programabile, un afișaj tactil color pentru o operare comodă, un card SD integrat pentru înregistrarea automată a datelor, control de la distanță prin browser și multe alte funcții ușor de utilizat. Sonotrodele și celulele de flux (componentele care intră în contact cu mediul) pot fi autoclavate și sunt ușor de curățat. Toate ultrasonicatoarele noastre sunt construite pentru funcționare 24/7, necesită întreținere redusă și sunt ușor și sigur de operat.
Un afișaj digital color permite controlul ușor al echipamentului ultrasonic. Sistemele noastre pot furniza amplitudini de la mici până la foarte mari. Pentru extracția compușilor chimici precum astaxantina, oferim sonotrode ultrasonice speciale (cunoscute și sub denumirea de sonde ultrasonice sau „horns”), optimizate pentru izolarea delicată a substanțelor active de înaltă calitate. Hielscher oferă sonotrode speciale pentru amplitudini ridicate în combinație cu celule de flux presurizabile, capabile să genereze forțe extreme de forfecare cavitațională, care distrug chiar și celulele de drojdie foarte rezistente. Robustețea echipamentelor ultrasonice Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intensiv și în medii solicitante.
Controlul precis al parametrilor procesului ultrasonic asigură reproductibilitatea și standardizarea procesului. Sistemele automatizate de extracție ultrasonică Hielscher la scară industrială sunt concepute pentru capacități mari de producție de extracte de calitate superioară, reducând în același timp forța de muncă, costurile și consumul de energie.
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Literatură/Referințe
- 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.
Informații utile
Sono-extracția
Extracția ultrasonică sau sono-extracția se bazează pe principiul cavitației acustice.
Atunci când unde ultrasonice intense sunt aplicate sistemelor lichide, apare cavitația acustică, adică fenomenul de generare, creștere și, în final, colaps al bulelor de vid (vedeți imaginea de mai jos). În timpul propagării undelor ultrasonice, bulele de vid oscilează și cresc până ajung într-un punct în care nu mai pot absorbi energie. La apogeul creșterii, bulele colapsează violent, ceea ce provoacă local efecte termice, mecanice și chimice. Efectele mecanice includ presiuni ridicate de până la 1000atm, turbulențe și forțe intense de forfecare. Aceste forțe distrug pereții celulari și favorizează transferul de masă dintre interiorul celulei și solvent, eliberând compușii bioactivi în lichidul înconjurător (adică solventul).
Cavitația acustică, generată de ultrasunete de mare intensitate și frecvență joasă, creează forțe intense de forfecare și diferențe locale ridicate de presiune și temperatură, care furnizează impactul necesar pentru dezintegrarea celulelor, amestecarea intensă și transferul de masă. Aceste forțe de forfecare ultrasonice sunt aplicate cu succes în extracția canabisului.
Extracția ultrasonică a compușilor din materiale vegetale și țesuturi celulare a fost bine cercetată. Aplicarea undelor ultrasonice de intensitate foarte ridicată favorizează semnificativ procesele de extracție. Pe lângă intensificarea procesului – care conduce la randamente mai mari și timpi de extracție mai scurți – degradarea termică și pierderea constituenților sensibili la temperatură sunt prevenite, deoarece sonicarea este un tratament non-termic. În plus, extracția ultrasonică are costuri reduse de investiție și de operare, reduce utilizarea solvenților și/sau permite utilizarea unor solvenți mai ecologici, ceea ce o face o tehnică de extracție economică și ecologică. Depășind metodele convenționale de extracție, extracția asistată de ultrasunete (UAE) a fost preluată din industria alimentară pentru a produce compuși bioactivi cu beneficii economice.
Undele ultrasonice puternice distrug matricea celulară a structurilor biologice și eliberează compușii bioactivi. Transferul de masă dintre materialul vegetal și solvent este intensificat. Datorită acestor mecanisme, extracția ultrasonică este extrem de eficientă pentru extracția canabisului.
Astaxantina
Astaxantina se distinge printr-o culoare roșie intensă. Este un pigment liposolubil care se găsește în alge (de ex. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), drojdie (de ex. Phaffia rhodozyma), somon, păstrăv, kril, creveți și raci. Astaxantina este considerată un super-antioxidant, deoarece potența sa antioxidantă este de zece până la douăzeci de ori mai mare decât cea a multor alți carotenoizi, precum beta-carotenul, luteina și zeaxantina, și de o sută de ori mai mare decât cea a alfa-tocoferolului (vitamina E).
Astaxantina (3,3′-dihidroxi-β, β′-caroten-4,4′-dionă) este un ceto-carotenoid și aparține unei clase mai largi de compuși chimici cunoscuți ca terpene (ca tetraterpenoid), care sunt alcătuite din precursori cu cinci atomi de carbon, izopentenil difosfat și dimetilalil difosfat. Astaxantina este clasificată ca un tip de compus carotenoid cu componente care conțin oxigen, și anume hidroxil (-OH) sau cetonă (C=O), precum zeaxantina și cantaxantina. Astaxantina este un metabolit al zeaxantinei și/sau al cantaxantinei, conținând atât grupe funcționale hidroxil, cât și grupe cetonă. La fel ca mulți carotenoizi, astaxantina este un pigment liposolubil și se distinge prin culoarea sa roșie. Carotenoizii, inclusiv astaxantina, sunt bine cunoscuți pentru capacitatea lor antioxidantă.
Astaxantina este un pigment roșu și provine în mod natural din microalga de apă de ploaie (Haematococcus pluvialis) și din drojdia numită Xanthophyllomyces dendrorhous (cunoscută și ca Phaffia rhodozyma). Alga este supusă unui stres prin una sau o combinație de condiții, de la lipsa nutrienților și salinitatea crescută până la expunerea excesivă la soare, pentru a produce astaxantină. Speciile care consumă aceste microalge de apă dulce stresate, precum somonul, păstrăvul roșu, pagrul roșu, flamingul, crustaceele (de ex. creveți, kril, crabi, homari, raci), reflectă pigmentația nuanțelor roșu-portocalii în aspectul lor.
Ca supliment, astaxantina este administrată pentru efectele sale de promovare a sănătății și de tratare a bolilor. Astaxantina este un nutraceutic bine consacrat, administrat pentru îmbunătățirea sănătății pielii (de ex. reducerea ridurilor, a leziunilor cauzate de arsurile solare etc.).
În plus, astaxantina primește o atenție tot mai mare pentru utilizarea sa în tratarea bolii Alzheimer, a bolii Parkinson, a bolilor cardiovasculare, a colesterolului ridicat, a bolilor hepatice, a degenerescenței maculare legate de vârstă și în prevenirea cancerului.
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță, de la laborator până la scară industrială.