Ultrasonication pentru a îmbunătăți perturbarea celulelor algelor și extracția

Algele, macro- și microalge, conțin mulți compuși valoroși, care sunt folosiți ca alimente nutriționale, aditivi alimentari sau ca materii prime de combustibil sau combustibil. Pentru a elibera substanțele țintă din celula algelor este necesară o tehnică puternică și eficientă de întrerupere a celulelor. Extractoarele cu ultrasunete sunt extrem de eficiente și fiabile atunci când vine vorba de extracția compușilor bioactivi din Botanicals, alge și ciuperci. Disponibile la scară de laborator, banc-top și industriale, extractoare cu ultrasunete Hielscher sunt stabilite în producția de extracte derivate din celule în produsele alimentare, pharma și producția de bio-combustibil.

Algele ca o resursă valoroasă pentru nutriție și combustibil

Celulele algelor sunt o sursă versatilă de compuși bioactivi și bogați în energie, ar fi proteinele, carbohidrații, lipidele și alte substanțe bio-active, precum și alcanii. Acest lucru face ca algele să fie o sursă de hrană și compuși nutriționali, precum și pentru combustibili.
Microalgele sunt o sursă apreciată de lipide, care sunt utilizate pentru nutriție și ca materii prime pentru biocombustibili (de exemplu, biodiesel). Tulpinile fitoplanctonului marin Dicrateria, ar fi Dicrateria rotunda, sunt cunoscute sub numele de alge producătoare de benzină, care pot sintetiza o serie de hidrocarburi saturate (n-alcani) din C10H22 la C38H78, care sunt clasificate ca benzină (C10-C15), uleiuri diesel (C16-C20) și păcură (C21-C38).
Datorită valorii lor nutriționale, algele sunt folosite ca "alimente funcționale" sau "nutraceutice". Micro-nutrienti importanti extrasi din alge includ astaxantina carotenoide, fucoxantina si zeaxantina, fucoidan, laminari si alte glucani, printre numeroase alte substante bioactive sunt folosite ca suplimente nutritive si pharmceuticals. Caragenan, alginat și alte hidrocolloide sunt folosite ca aditivi alimentari. Alge lipide sunt folosite ca vegan omega-3 sursă și, de asemenea, utilizate ca combustibil sau ca materie primă pentru producția 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.

Extractor cu ultrasunete UIP2000hdT cu reactor din oțel inoxidabil pentru extracția comercială a lipidelor, proteinelor și antioxidanților din alge.

Cerere de informatie





Alge celule perturbarea și extracția de putere cu ultrasunete

Extractoare cu ultrasunete sau pur și simplu ultrasonicators sunt folosite pentru a extrage compuși valoroși din probe mici în laborator, precum și pentru producția la scară comercială mare.
Celulele algelor sunt protejate de matrice complexe de perete celular, care sunt compuse din lipide, celuloză, proteine, glicoproteine și polizaharide. Baza majorității pereților celulelor algelor este construită dintr-o rețea de microfibrilare într-o matrice proteică asemănătoare gelului; cu toate acestea, unele microalge sunt echipate cu un perete rigid anorganic compus din frustule de silice opacină sau carbonat de calciu. Pentru a obține compuși bioactivi din biomasa algelor, este necesară o tehnică eficientă de întrerupere a celulelor. Pe lângă factorii tehnologici de extracție (de exemplu, metoda și echipamentul de extracție), eficiența întreruperii și extracției celulelor algelor este, de asemenea, puternic influențată de diverși factori dependenți de alge, ar fi compoziția peretelui celular, localizarea biomoleculei dorite în celulele microalgelor și stadiul de creștere a microalgelor în timpul recoltării.

funcționează întreruperea și extracția celulelor algelor cu ultrasunete?

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.Când undele cu ultrasunete de mare intensitate sunt cuplate printr-o sondă cu ultrasunete (cunoscută și sub numele de corn cu ultrasunete sau sonotrode) într-un lichid sau dejecții lichide, undele sonore călătoresc prin lichid și creează astfel alternând cicluri de înaltă presiune / joasă presiune. În timpul acestor cicluri de înaltă presiune / joasă presiune, apar bule de vid minute sau cavități. Bulele de cavitație apar atunci când presiunea locală scade în timpul ciclurilor de joasă presiune suficient de mult sub presiunea de vapori saturați, o valoare dată de rezistența la tracțiune a lichidului la o anumită temperatură. Care cresc pe parcursul mai multor cicluri. Când aceste bule de vid ajung la o dimensiune, unde nu pot absorbi mai multă energie, balonul implodează violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Implozia bulelor de cavitație este un proces violent, dens din punctul de a consuma energie, care generează unde de șoc intense, turbulențe și micro-jeturi în fluid. În plus, se creează presiuni foarte ridicate localizate și temperaturi foarte ridicate. Aceste condiții extreme sunt ușor capabile să perturbe pereții celulari și membranele și să elibereze compuși intracelulari într-un mod eficient, eficace și rapid. Compuși intracelulari, ar fi proteine, polizaharide, lipide, vitamine, minerale și antioxidanți pot fi astfel extrași în mod eficient folosind ultrasunete de putere.

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

The ultrasonicator UP400St este ideal pentru perturbarea și extracția compușilor bioactivi din alge în loturi mai mici (aproximativ 8-10L)

Cavitație cu ultrasunete pentru întreruperea și extracția celulelor

UP400St with stirrer for cell disintegration, disruption and extractionAtunci când este expus la energie cu ultrasunete intensă, peretele sau membrana de orice fel de celulă (inclusiv botanice, mamifere, alge, fungice, bacteriene etc.) este perturbată și celula este rupt în fragmente mai mici de forțele mecanice ale cavitație cu ultrasunete densă de energie. Când peretele celular este rupt, metaboliții celulari, ar fi proteinele, lipidele, acidul nucleic și clorofila, sunt eliberați din matricea peretelui celular, precum și din interiorul celulei și se transferă în mediul de cultură înconjurător sau solvent.
Mecanismul descris mai sus de cavitație cu ultrasunete / acustică perturbă celule întregi alge sau gaz și vacuole lichide în celule sever. Cavitația cu ultrasunete, vibrațiile, turbulențele și micro-streamingul promovează transferul de masă între interiorul celulei și solventul din jur, astfel încât biomoleculele (adică metaboliții) să fie eficiente și eliberate rapid. Deoarece sonicare este un tratament pur mecanic, care nu necesită dure, toxice și / sau substanțe chimice scumpe.
Ultrasunetele de înaltă intensitate, de joasă frecvență, creează condiții extreme de energie densă, oferind presiuni ridicate, temperaturi și forțe de forfecare ridicate. Aceste forțe fizice promovează perturbarea structurilor celulare pentru a elibera compuși intracelulari în mediu. Prin urmare, ultrasunetele de joasă frecvență sunt utilizate în mare măsură pentru extracția substanțelor bioactive și a combustibililor din alge. În comparație cu metodele convenționale de extracție, ar fi extracția cu solvent, frezarea și ciuladelor sau omogenizarea de înaltă presiune, extracția cu ultrasunete excelează prin eliberarea majorității compușilor bioactivi (cum ar fi lipidele, proteinele, polizaharidele și micro-nutrienții) din celula sonoporată și perturbată. Aplicând condițiile de proces corecte, extracția cu ultrasunete oferă randamente superioare de extracție într-o durată foarte scurtă a procesului. De exemplu, extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță arată performanțe excelente de extracție din alge, atunci când sunt utilizate cu un solvent adecvat. Într-un mediu acid sau alcalin, peretele celular al algei obține poros și încrețit, ceea ce duce la randamente crescute la temperatură scăzută (sub 60 ° C) într-un timp scurt sonicare (mai puțin de 3 ore). Durata scurtă de extracție la temperaturi ușoare previne degradarea fucoidanului, astfel încât se obține o polizaharidă foarte bioactivă.
Ultrasonication este, de asemenea, o metodă de a transforma fucoidan cu greutate moleculară mare în fucoidan cu greutate moleculară mică, care este semnificativ mai bioactiv datorită structurii sale debranchate. Cu bioactivitatea și bioaccesibilitatea sa ridicată, fucoidanul cu greutate moleculară mică este un compus interesant pentru sistemele farmaceutice și de livrare a medicamentelor.

Cerere de informatie





Studii de caz: Extracția cu ultrasunete a compușilor algelor

Eficiența extracției cu ultrasunete și optimizarea parametrilor de extracție cu ultrasunete au fost studiate pe scară largă. Mai jos, puteți găsi rezultate exemplare pentru rezultatele extracției prin ultrasonication de la diferite specii de alge.

Extracția proteinelor din Spirulina folosind Mano-Thermo-Sonicare

Grupul de cercetare al Prof. Chemat (Universitatea din Avignon) a investigat efectele manothermosonication (MTS) asupra extracției proteinelor (cum ar fi ficocianina) din cianobacteriile uscate Arthrospira platensis (cunoscută și sub numele de spirulină). Mano-Thermo-Sonicare (MTS) este aplicarea ultrasunetelor combinate cu presiuni și temperaturi ridicate pentru a intensifica procesul de extracție cu ultrasunete.
"Conform rezultatelor experimentale, MTS a promovat transferul de masă (difuzivitate eficientă ridicată, De) și a permis obținerea cu 229% mai multe proteine (28,42 ± 1,15 g/100 g DW) decât procesul convențional fără ultrasunete (8,63 ± 1,15 g/100 g DW). Cu 28,42 g de proteine la 100 g de biomasă de spirulină uscată în extract, o rată de recuperare a proteinelor de 50% a fost obținută în 6 minute eficiente cu un proces continuu de MTS. Observațiile microscopice au arătat că cavitația acustică a afectat filamentele spirulinei prin diferite mecanisme, ar fi fragmentarea, sonoporarea, detexturarea. Aceste fenomene diferite fac extracția, eliberarea și solubilizarea compușilor bioactivi spirulinei mai ușor." [Vernès et al., 2019]

Ultrasonic extraction of spirulina protein from Arthrospira platensis cyanobacteria.

Imagini de microscopie optică ale filamentelor întregi de spiurulină supuse tratamentului MTS de-a lungul timpului. Bară de scară (imaginea A) = 50 μm pentru toate imaginile.
imagine și studiu: ©Vernès et al. 2019

Cu ultrasunete Fucoidan și glucan extracția de la Laminaria digitata

Grupul de cercetare TEAGASC al dr. Tiwari a investigat extracția polizaharidelor, adică fucoidan, laminarin și glucani totali, din macroalgele Laminaria digitata folosind ultrasonicator UIP500hdT. Parametrii de extracție ultrasonically-asistată (EAU) studiate au arătat o influență semnificativă asupra nivelurilor de fucose, FRAP și DPPH. Niveluri de 1060,75 mg/100 g ds, 968,57 mg/100 g ds, 8,70 μM trolox/mg fde și 11,02% au fost obținute pentru fucoză, glucani totali, FRAP și, respectiv, DPPH în condiții optimizate de temperatură (76◦C), timp (10 min) și amplitudine ultrasonică (100%) folosind 0,1 M HCl ca solvent. Condițiile EAU descrise au fost apoi aplicate cu succes altor macroalge brune relevante din punct de vedere economic (L. hiperborea și A. nodosum) pentru a obține extracte bogate în polizaharidă. Acest studiu demonstrează aplicabilitatea EAU pentru a spori extracția polizaharidelor bioactive din diferite specii macroalgalice.

Extracția fitochimică cu ultrasunete din F. vesiculosus și P. canaliculata

Echipa de cercetare a García-Vaquero a comparat diverse tehnici noi de extracție, inclusiv extracția cu ultrasunete de înaltă performanță, extracția cu ultrasunete-microunde, extracția cu microunde, extracția asistată hidrotermal și extracția asistată de înaltă presiune pentru a evalua eficiența extracției din speciile de microalge brune Fucus vesiculosus și Pelvetia canaliculata. Pentru ultrasonication, au folosit Hielscher UIP500hdT extractor cu ultrasunete. Anylsis de randamentele de extracție a arătat că extracția cu ultrasunete a obținut cele mai mari randamente de cele mai multe fitochimicale din ambele F. vesiculosus. Acest lucru înseamnă, cele mai mari randamente de compuși extrase din F. veziculosus folosind extractor cu ultrasunete UIP500hdT au fost: conținutul total de fenolic (445,0 ± 4,6 mg echivalent al acidului galic/g), conținutul total de florotannin (362,9 ± 3,7 mg echivalent phloroglucinol/g), conținutul total de flavonoide (286,3 ± 7,8 mg echivalent quercetin/g) și conținutul total de tanin (189,1 ± 4,4 mg echivalent catechine/g).
În studiul lor de cercetare, echipa a concluzionat că utilizarea extracției ultrasonically asistată "combinată cu 50% soluție etanolică ca solvent de extracție ar putea fi o strategie promițătoare care vizează extracția TPC, TPhC, TFC și TTC, reducând în același timp co-extracția carbohidraților nedorite atât din F. vesiculosus, cât și din P. canaliculata, cu aplicații promițătoare atunci când se utilizează acești compuși ca produse farmaceutice, nutraceutice și cosmeceuticals." [García-Vaquero et al., 2021]

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

Scară de mano-termo-sonicare la Universitatea din Avignon folosind ultrasonicators Hielscher: de la echipamente de laborator UIP1000hdT (A) echipamentelor pilot de scară UIP4000hdT (B, C & D). Pe imaginea D este schematizat o secțiune transversală a celulei fluxului cu ultrasunete FC100K.
imagine și studiu: ©Vernès et al. 2019

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

Configurare extractor inline cu ultrasunete cu celule de flux: 2x UIP1000hdT ultrasonicators cu reactoare cu celule de flux pentru extracția continuă a algelor

Cerere de informatie





Ultrasonic extractor for algae disruption in an open vessel

UIP1000hdT (1kW, 20kHz) extractor cu ultrasunete cu agitator pentru întreruperea și extracția algelor, ar fi Chlorella, spirulina, Nannochloropsis, alge broen, precum și alte micro- și macro-alge.

Avantajele extracției algelor cu ultrasunete

  • Eficiență ridicată a extracției
  • Randamente superioare de extracție
  • proces rapid
  • Temperaturi scăzute
  • Potrivit pentru extragerea compușilor termabili
  • Compatibil cu orice solvent
  • Consum redus de energie
  • Tehnica de extracție verde
  • operare ușoară și sigură
  • Costuri operaționale și de investiții scăzute
  • 24/7 operațiune în regim de grele

Extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru întreruperea algelor

state-of-the-art echipamente cu ultrasunete Hielscher permite controlul deplin asupra parametrilor de proces, cum ar fi amplitudinea, temperatura, presiunea și aportul de energie.
Pentru extracția cu ultrasunete, parametrii, ar fi dimensiunea particulelor de materii prime, tipul de solvent, raportul solid-solvent și timpul de extracție pot fi variați și optimizați pentru cele mai bune rezultate.
Deoarece extracția cu ultrasunete este o metodă de extracție non-termică, se evită degradarea termică a ingredientelor bioactive prezente în materia primă, ar fi algele.
În general, avantaje, ar fi randament ridicat, timp scurt de extracție, temperatură scăzută de extracție, și cantități mici de solvent face sonicare metoda superioară de extracție.

Extracția cu ultrasunete: Înființată în laborator și industrie

Extracția cu ultrasunete este aplicată pe scară largă pentru extracția oricărui tip de compus bioactiv din Botanicals, alge, bacterii și celule de mamifere. Extracția cu ultrasunete a fost stabilită ca un simplu, rentabil și extrem de eficient, care excelează alte tehnici tradiționale de extracție prin randamente mai mari de extracție și durată mai scurtă de procesare.
Cu laborator, banc-top și complet industriale sisteme cu ultrasunete disponibile, extracția cu ultrasunete este în zilele noastre o tehnologie bine stabilită și de încredere. Hielscher extractoare cu ultrasunete sunt instalate în întreaga lume în instalațiile de prelucrare industrială care produc produse alimentare- și farma-grad compuși bioactivi.

Procesul de standardizare cu Hielscher Ultrasonics

Extractele derivate din alge, care sunt utilizate în produsele alimentare, farmaceutice sau cosmetice, trebuie să fie produse în conformitate cu bunele practici de fabricație (BPF) și în conformitate cu specificațiile standardizate de prelucrare. Hielscher Ultrasonics' sisteme digitale de extracție vin cu software inteligent, ceea ce face ușor pentru a seta și controla procesul de sonicare cu precizie. Înregistrarea automată a datelor scrie toți parametrii procesului cu ultrasunete, ar fi energia cu ultrasunete (energia totală și netă), amplitudinea, temperatura, presiunea (când sunt montați senzori de temperatură și presiune) cu ștampila de dată și oră pe cardul SD încorporat. Acest lucru vă permite să revizuiască fiecare lot ultrasonically prelucrate. În același timp, sunt asigurate reproductibilitatea și calitatea continuă ridicată a produselor.

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

volum lot Debit Aparate recomandate
1 la 500mL 10 până la 200 ml / min UP100H
10 la 2000ml 20 până la 400ml / min Uf200 ः t. UP400St
0.1 la 20L 0.2 4L / min UIP2000hdT
10 100L 2 până la 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 la 100L / min UIP16000
N / A. mai mare grup de UIP16000

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să folosiți formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre procesoare cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dumneavoastră!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


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

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.

Literatură / Referințe



Ce trebuie să știți

Alge: Macroalge, Microalge, Fitoplancton, Cianobacterii, Alge marine

Termenul de alge este unul informal, folosit pentru un grup mare și divers de organisme eucariote fotosintetice. Algele sunt considerate în mare parte protiști, dar uneori sunt, de asemenea, clasificate ca un tip de plantă (botanică) sau choromists. În funcție de structura lor celulară, ele pot fi diferențiate în macroalge și microalge, cunoscute și sub numele de fitoplancton. Macroalgele sunt organisme multicelulare, adesea cunoscute sub numele de alge marine. Clasa de macroalge conține diferite specii de alge macroscopice, multicelulare, marine. Termenul de fitoplancton este utilizat în principal pentru algele microscopice marine unicelulare (microalge), dar poate include și cianobacterii. Fitoplanctonul este o clasă largă de organisme diferite, inclusiv bacterii fotosintetizante, precum și microalge și coccolitofori placați cu blindate.
Deoarece algele pot fi unicelulare sau multicelulare cu structuri filamentoase (asemănătoare șirului) sau asemănătoare plantelor, ele sunt adesea dificil de clasificat.

Cele mai cultivate specii de macroalge (alge marine) sunt Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii, Gracilaria spp., Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Pyropia spp., și Sargassum fusiforme. Eucheuma și K. alvarezii sunt cultivate pentru caragenan, un agent de gelififier hidrocolloidal; Gracilaria este cultivată pentru producția de agar; în timp ce celelalte specii sunt furajere pentru hrană și nutriție.
Un alt tip de alge marine este kelp. Kelps sunt alge marine mari de alge brune care alcătuiesc ordinul Laminariales. Kelp este bogat în alginat, un carbohidrat, care este folosit pentru a îngroșa produse, ar fi înghețată, jeleu, sos pentru salate și pastă de dinți, precum și un ingredient în unele alimente pentru câini și în produsele fabricate. Pulberea de alginat este, de asemenea, utilizat frecvent în stomatologie generală și ortodonție. Kelp polizaharide, ar fi fucoidan sunt folosite în îngrijirea pielii ca ingrediente de gelififuri.
Fucoidan este un heteropolizaharide solubile în apă sulfatate, prezente în mai multe specii de alge brune. Fucoidanul produs comercial este extras în principal din speciile de alge marine Fucus vesiculosus, Cladosiphon okamuranus, Laminaria japonica și Undaria pinnatifida.

Genuri și specii proeminente de alge

  • Chlorella este un gen de aproximativ treisprezece specii de alge verzi unicelulare (microalga) aparținând diviziunii Chlorophyta. Celulele Chlorella au o formă sferică, au un diametru de aproximativ 2 până la 10 μm și nu au flagelă. Cloroplastele lor conțin pigmenți fotosintetici verzi clorofilă-a și -b. Una dintre cele mai utilizate specii chlorella este Chlorella vulgaris, care este popular folosit ca în supliment alimentar sau ca aditiv alimentar bogat în proteine.
  • Spirulina (Arthrospira platensis cyanobacteria) este o algă filamentoasă și multicelulară albastru-verde.
  • Nannochloropsis oculata Nannochloropsis este o specie din genul Nannochloropsis. Este o alge verde mică unicelulară, care se găsește atât în apa marină, cât și în cea dulce. Algele nannochloropsis se caracterizează prin celule sferice sau ușor ovoidal cu un diametru de 2-5 μm.
  • Dicrateria este un gen de haptofite, cuprinzând cele trei specii Dicrateria gilva, Dicrateria inornata, Dicrateria rotunda și Dicrateria vlkianum. Dicrateria rotunda (D. rotunda) poate sintetiza hidrocarburi echivalente petrolului (hidrocarburi saturate cu un număr de carbon cuprins între 10 și 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 produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.