Ультразвуковая экстракция астаксантина для повышения выхода
- Астаксантин – высокоактивный антиоксидант, используемый в фармацевтических препаратах и пищевых добавках.
- Для получения высококачественного астаксантина из природных источников, таких как водоросли, требуется высокопроизводительный метод экстракции.
- Ультразвуковая экстракция – это механическая обработка, обеспечивающая высокий выход астаксантина за очень короткое время экстракции.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для получения высококачественных экстрактов астаксантина
Ультразвуковая экстракция – высокопроизводительный метод экстракции, использующий интенсивные ультразвуковые волны для извлечения астаксантина из природных источников, таких как микроводоросли, криль или ракообразные. Астаксантин – природный каротиноидный пигмент, известный своими мощными антиоксидантными свойствами и разнообразным полезным воздействием на здоровье. Он широко используется в качестве пищевой добавки и пищевого красителя. Узнайте, как обработка ультразвуком помогает улучшить процесс экстракции астаксантина!
MultiSonoReactor для улучшения экстракции астаксантина с помощью ультразвука высокой мощности
Ультразвуковая экстракция астаксантина из микроводорослей
Астаксантин для пищевых добавок, которые люди и животные употребляют ради полезного воздействия на здоровье, получают из морепродуктов или извлекают из водоросли H. pluvialis. Haematococcus pluvialis – зелёная микроводоросль, которая вырабатывает большое количество астаксантина при воздействии стрессовых условий, например высокой солёности, дефицита азота, высокой температуры и света. При содержании астаксантина до 9,2mg/g на клетку водоросли (= до 3,8% от сухой массы H. pluvialis) Haematococcus pluvialis накапливает очень большое количество природного астаксантина и поэтому является предпочтительным организмом для производства астаксантина.
Для высвобождения астаксантина из зелёных микроводорослей необходимо разрушить их клетки. Обработка ультразвуком – хорошо зарекомендовавший себя метод разрушения клеток, лизиса и выделения биоактивных соединений, таких как липиды, антиоксиданты, полифенолы и природные пигменты. Высокопроизводительное ультразвуковое оборудование создаёт исключительно механические силы, которые разрушают клеточные стенки за счёт сил сдвига и вызывают высвобождение биоактивных веществ, таких как астаксантин.
Ультразвуковая экстракция астаксантина из дрожжей
Phaffia rhodozyma – дрожжи, богатые астаксантином. Однако толстая клеточная стенка P. rhodozyma, состоящая главным образом из глюкана и обеспечивающая жёсткость клетки, делает разрушение клеток и выделение астаксантина сложной задачей. Исследователи (Gogate et al. 2015) установили, что ультразвуковая экстракция в сочетании с молочной кислотой усиливает разрушение клеток и делает экстракцию астаксантина из P. rhodozyma более экологичным процессом, менее вредным для окружающей среды. Они использовали молочную кислоту в качестве среды для разрушения клеток, а этанол – в качестве растворителя для экстракции. Максимальный выход астаксантина (90%) был получен методом экстракции с применением ультразвука при использовании молочной кислоты концентрацией 3 M и времени разрушения клеток 15 min. Мощные ультразвуковые экстракторы, такие как UIP4000hd (4kW, см. изображение слева), в сочетании с проточным реактором, допускающим работу под давлением, позволяют создавать очень интенсивную кавитацию. Кавитационные силы сдвига разрушают клеточные стенки дрожжей и усиливают массоперенос между внутренним содержимым клеток и растворителем.
- Превосходный выход
- Высокоскоростная экстракция – за считаные минуты
- Высококачественные экстракты – мягкая, нетермическая обработка
- Экологичные растворители (например, вода/этанол)
- Экономическая эффективность
- Простая и безопасная эксплуатация
- Низкие инвестиционные и эксплуатационные затраты
- Работа 24/7 при высоких нагрузках
- Экологичный метод, дружественный к окружающей среде
Ультразвуковая экстракция астаксантина – в периодическом или непрерывном проточном режиме
Астаксантин – липофильное соединение, которое может растворяться в растворителях (например, 48,0% этанола в этилацетате) и маслах (например, соевом масле).
Периодический режим: Процессы ультразвуковой экстракции можно проводить как простые периодические процессы или как обработку в потоке, при которой среда непрерывно подаётся через ультразвуковой проточный реактор.
Периодическая обработка – простая процедура, при которой экстракция выполняется партия за партией. Hielscher Ultrasonics предлагает ультразвуковые процессоры для партий от малых до больших объёмов, то есть от 1L до 120L.
Для обработки партий объёмом от 5 до 10L мы рекомендуем UP400St с сонотродом S24d22L2D (см. изображение слева).
Для обработки партий объёмом приблизительно 120L мы рекомендуем ультразвуковой аппарат UIP2000hdT с сонотродом RS4d40L4.
Проточный режим: Для больших объёмов и полномасштабной промышленной экстракции непрерывный поток жидкости подаётся через ультразвуковой реактор, где суспензия растительного сырья в растворителе подвергается интенсивной обработке ультразвуком.
Для объёма приблизительно 8L/min. мы рекомендуем UIP4000hdT с сонотродом RS4d40L3 и проточной ячейкой FC130L4-3G0, допускающей работу под давлением
UIP2000hdT (2kW) для крупномасштабной периодической экстракции
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для экстракции
Hielscher Ultrasonics специализируется на производстве высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов для получения высококачественных экстрактов из растений, дрожжей и клеток. Широкий ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics включает как небольшие мощные лабораторные ультразвуковые аппараты, так и надёжные настольные и полностью промышленные системы, обеспечивающие ультразвук высокой интенсивности для эффективной экстракции и выделения биоактивных компонентов, таких как астаксантин, кверцетин, кофеин, куркумин, терпены и т. д. Все цифровые ультразвуковые аппараты мощностью от 200W до 16 000W оснащены интуитивно понятным меню с программируемыми настройками, цветным сенсорным дисплеем для удобного управления, встроенной SD-картой для автоматической записи данных, дистанционным управлением через браузер и многими другими удобными функциями. Сонотроды и проточные ячейки (детали, контактирующие со средой) можно автоклавировать, и они легко очищаются. Все наши ультразвуковые аппараты рассчитаны на работу 24/7, требуют минимального технического обслуживания и просты и безопасны в эксплуатации.
Цифровой цветной дисплей обеспечивает удобное управление ультразвуковым оборудованием. Наши системы способны обеспечивать амплитуды от низких до очень высоких. Для экстракции химических соединений, таких как астаксантин, мы предлагаем специальные ультразвуковые сонотроды (также известные как ультразвуковые зонды или рупоры), оптимизированные для бережного выделения высококачественных активных веществ. Hielscher предлагает специальные сонотроды для высоких амплитуд в сочетании с проточными ячейками, допускающими работу под давлением и способными создавать чрезвычайно высокие кавитационные силы сдвига, которые разрушают даже очень прочные дрожжевые клетки. Надёжность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Точное управление параметрами ультразвукового процесса обеспечивает воспроизводимость и стандартизацию процесса. Автоматизированные системы ультразвуковой экстракции Hielscher промышленного масштаба предназначены для производства экстрактов превосходного качества с высокой производительностью при одновременном сокращении трудозатрат, расходов и энергопотребления.
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Литература / Ссылки
- 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.
Полезные сведения
Ультразвуковая экстракция
Ультразвуковая экстракция, или соноэкстракция, основана на принципе акустической кавитации.
При воздействии интенсивных ультразвуковых волн на жидкие системы возникает акустическая кавитация – явление образования, роста и последующего схлопывания вакуумных пузырьков (см. изображение ниже). Во время распространения ультразвуковых волн вакуумные пузырьки колеблются и растут, пока не достигают состояния, в котором больше не могут поглощать энергию. На пике роста пузырьки резко схлопываются, вызывая локальные тепловые, механические и химические эффекты. Механические эффекты включают высокое давление до 1000atm, турбулентность и интенсивные силы сдвига. Эти силы разрушают клеточные стенки и усиливают массоперенос между внутренним содержимым клеток и растворителем, высвобождая биоактивные соединения в окружающую жидкость (то есть растворитель).
Акустическая кавитация, создаваемая высокоинтенсивным низкочастотным ультразвуком, вызывает интенсивные силы сдвига и локальные высокие перепады давления и температуры, обеспечивающие необходимое воздействие для разрушения клеток, интенсивного перемешивания и массопереноса. Эти ультразвуковые силы сдвига успешно применяются для экстракции каннабиса.
Ультразвуковая экстракция соединений из растительного сырья и клеточной ткани хорошо изучена. Применение ультразвуковых волн очень высокой интенсивности значительно ускоряет процессы экстракции. Помимо интенсификации процесса – которая приводит к повышению выхода и сокращению времени экстракции – предотвращаются термическое разложение и потеря термочувствительных компонентов, поскольку обработка ультразвуком является нетермической обработкой. Кроме того, ультразвуковая экстракция характеризуется низкими инвестиционными и эксплуатационными затратами, сокращает использование растворителей и/или позволяет применять более экологичные растворители, что делает её экономичным и экологичным методом экстракции. Превосходящая традиционные методы экстракции экстракция с применением ультразвука (UAE) была заимствована из пищевой промышленности для производства биоактивных соединений с экономической выгодой.
Мощные ультразвуковые волны разрушают клеточную матрицу биологических структур и высвобождают биоактивные соединения. Массоперенос между растительным материалом и растворителем усиливается. Благодаря этим механизмам ультразвуковая экстракция высокоэффективна для экстракции каннабиса.
Астаксантин
Астаксантин отличается насыщенным красным цветом. Это жирорастворимый пигмент, который содержится в водорослях (например, Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), дрожжах (например, Phaffia rhodozyma), лососе, форели, криле, креветках и речных раках. Астаксантин считается суперантиоксидантом, поскольку его антиоксидантная активность в десять–двадцать раз выше, чем у многих других каротиноидов, таких как бета-каротин, лютеин и зеаксантин, и в сто раз выше, чем у альфа-токоферола (витамина E).
Астаксантин (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) является кетокаротиноидом и относится к более широкому классу химических соединений, известных как терпены (в качестве тетратерпеноида), которые состоят из пятиуглеродных предшественников – изопентенилдифосфата и диметилаллилдифосфата. Астаксантин классифицируется как каротиноидное соединение с кислородсодержащими компонентами, а именно гидроксильными (-OH) или кетонными (C=O) группами, подобно зеаксантину и кантаксантину. Астаксантин является метаболитом зеаксантина и/или кантаксантина, содержащим как гидроксильные, так и кетонные функциональные группы. Как и многие каротиноиды, астаксантин является липидорастворимым пигментом и отличается красным цветом. Каротиноиды, включая астаксантин, хорошо известны своей антиоксидантной способностью.
Астаксантин – красный пигмент, который естественным образом образуется в микроводорослях дождевой воды (Haematococcus pluvialis) и дрожжах под названием Xanthophyllomyces dendrorhous (также известных как Phaffia rhodozyma). Для образования астаксантина водоросль подвергается стрессу под воздействием одного или сочетания нескольких условий, включая недостаток питательных веществ, повышенную солёность и избыточное солнечное освещение. Виды, потребляющие эти находящиеся в состоянии стресса пресноводные микроводоросли, такие как лосось, красная форель, красный морской лещ, фламинго и ракообразные (например, креветки, криль, крабы, омары, речные раки), приобретают красно-оранжевые оттенки окраски.
В качестве добавки астаксантин назначают ради его оздоровительного действия и лечебного воздействия при заболеваниях. Астаксантин – хорошо зарекомендовавший себя нутрицевтик, назначаемый для улучшения здоровья кожи (например, уменьшения морщин, повреждений от солнечных ожогов и т. д.).
Кроме того, всё больше внимания уделяется применению астаксантина для лечения болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, сердечно-сосудистых заболеваний, повышенного уровня холестерина, заболеваний печени, возрастной макулярной дегенерации и профилактики рака.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторных до промышленных размеров.