Partiționare în trei faze îmbunătățită cu ultrasunete

• Partiționarea în trei faze (TPP) este o tehnică de extragere, separare și purificare a componentelor, de ex. lipide, enzime, polizaharide și alte biomolecule, din material biologic.
• Partiționarea în trei faze asistată cu ultrasunete depășește partiționarea convențională în trei faze printr-un randament mai mare, o puritate îmbunătățită și o viteză excepțională.
• Partiționarea în trei faze cu ultrasunete este aplicabilă pentru volume mici și mari și poate fi extinsă cu ușurință la scara producției industriale.

Partiționarea în trei faze cu ultrasunete

Partiționarea în trei faze

Partiționarea în trei faze (TPP) este un proces simplu și eficient, într-o singură etapă, pentru separarea, purificarea și concentrarea biomoleculelor precum enzime, lipide, polizaharide etc. din amestecuri complexe.
TPP se realizează prin adăugarea secvențială a unei cantități suficiente de sare (de obicei sulfat de amoniu) și a unui solvent organic (în principal t-butanol/tert-butanol). Sărurile precum sulfatul de amoniu sunt utilizate la o anumită saturație pentru a precipita proteina. Un solvent organic precum t-butanolul se adaugă pentru a forma straturi trifazice și pentru a îndepărta compușii cu masă moleculară mică, precum lipidele, compușii fenolici și unii detergenți. Deoarece t-butanolul are un punct de fierbere ridicat, dar este mai puțin inflamabil decât etanolul și metanolul, t-butanolul este solventul preferat pentru TPP.
După tratarea extractului brut și decantare, amestecul se separă în trei faze distincte: faza superioară de solvent (t-butanol) conține compuși nepolari, care sunt separați de faza apoasă inferioară (care conține compuși polari) printr-un precipitat proteic interfacial. Proteinele dorite sunt partiționate selectiv într-una dintre faze, iar celelalte proteine contaminante în cealaltă fază. Aceasta determină purificarea parțială și concentrarea proteinei. Procesul de extracție este o combinație de precipitare cosmotropică, prin salifiere (salting out), cu cosolvent izotonic și osmolitică a proteinelor.

Partiționare în trei faze îmbunătățită cu ultrasunete

Sonicarea intensifică semnificativ procesul TPP. Partiționarea în trei faze asistată cu ultrasunete este aplicată cu succes pentru separarea și purificarea biomoleculelor. O gamă largă de biomolecule au fost izolate mai eficient, într-un timp mai scurt. De exemplu, enzime din plante (de ex. bromelaină, papaină, invertază, polifenol oxidază și inhibitori de tripsină), din animale (de ex. tripsină, α-chimotripsină, chimozină, pepsină și luciferază) și din microorganisme (de ex. lipază, α-amilază, α-galactozidază, serratiopeptidază, ciclodextrin glicoziltransferază și enzime fibrinolitice) au fost purificate prin TPP cu ultrasunete. Un beneficiu suplimentar al partiționării în trei faze cu ultrasunete este activitatea sporită a diverselor enzime, ceea ce duce la randamente aparent mai mari (cu aprox. 100%), deoarece enzima sau proteina țintă precipită în stratul de mijloc dintre fazele organică și apoasă.
Partiționarea în trei faze cu ultrasunete poate fi utilizată eficient cu probe brute și poate fi extinsă cu ușurință la scară mai mare.

Exemple de partiționare în trei faze cu ultrasunete (US-TPP)

TPP cu ultrasunete pentru extracția astaxantinei

Pentru extracția astaxantinei (AX), tratamentul combinat de TPP și sonicare cu sonicatorul Hielscher UP400S nu este doar o tehnică simplă și ușor de aplicat, ci și o tehnică foarte eficientă de izolare a AX din biomasa bacteriană de Paracoccus NBRC 101723. Variabilele de operare ale sonicării pot fi optimizate pentru a obține rezultate optime de extracție. Parametrii de procesare cu ultrasunete, precum amplitudinea, timpul, temperatura și vasul de extracție (dimensiune, formă), precum și dimensiunea particulelor de biomasă, influențează semnificativ eliberarea AX din biomasă prin ultrasunete. Ultrasonicarea biomasei umede oferă rezultate mai bune decât TPP cu ultrasunete a biomasei uscate pentru extracția rapidă și eficientă a AX. TPP cu ultrasunete conduce la o recuperare a AX cu 37% mai mare decât extracția convențională cu solvent. (cf. Chougle et al. 2013)

TPP cu ultrasunete pentru separarea andrografolidei din Andrographis paniculata

Andrografolida este un diterpenoid labdanic, apreciat pentru efectele sale puternice antiinflamatoare, antioxidante, hepatoprotectoare, anticancerigene și antidiabetice. Studiile comparative arată că TPP cu ultrasunete nu numai că a crescut randamentul de andrografolidă, ci și îmbunătățește activitatea antioxidantă comparativ cu TPP convențională.

Sonicatoare de înaltă performanță pentru partiționarea în trei faze

Hielscher Ultrasonics este specializată în proiectarea și fabricarea sistemelor cu ultrasunete de mare putere pentru extracție, precum și pentru multe alte procese.
Gama noastră de produse cuprinde sonicatoare de laborator mici și puternice, omogenizatoare robuste de banc și sisteme industriale cu ultrasunete de înaltă performanță. Gama variată de accesorii permite adaptarea ideală a sistemului cu ultrasunete la cerințele specifice ale procesului dumneavoastră. Toate sonicatoarele Hielscher sunt construite pentru funcționare 24/7 la sarcină maximă.
Experiența noastră îndelungată în procesarea cu ultrasunete ne permite să ne consiliem clienții de la primele teste cu ultrasunete, pe parcursul etapelor de optimizare a procesului, până la implementarea la scară industrială.
Vă rugăm să utilizați formularul de mai jos pentru a ne spune despre procesul dumneavoastră! Vă vom face cu plăcere recomandări și vom discuta oportunitățile și beneficiile sonicării pentru aplicația dumneavoastră.

Literatură/Referințe

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound assisted three phase partitioning (UATPP): A novel technique developed for extraction of astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Annual Conference University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Phase partitioning for enzyme separation: An overview and recent applications. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Extracția îmbunătățită a oleorășinei din pulberea de rizom de ghimbir (Zingiber officinale) utilizând partiționarea trifazică asistată enzimatic. Chimia alimentară 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultrasound synergized with three-phase partitioning for extraction and separation of Corbicula fluminea polysaccharides and possible relevant mechanisms. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.