Ультразвуковая экстракция астаксантина для повышения урожайности
- Астаксантин является сильнодействующим антиоксидантом, используемым в фармацевтике и пищевых добавках.
- Для того, чтобы получить высококачественный астаксантин из природных источников, таких как водоросли, требуется высокопроизводительный метод экстракции.
- Ультразвуковая экстракция – это механическая обработка, которая дает высокие выходы астаксантина за очень короткое время экстракции.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для высококачественных экстрактов астаксантина
Ультразвуковая экстракция — это высокоэффективный метод экстракции, при котором используются интенсивные ультразвуковые волны для извлечения астаксантина из природных источников, таких как микроводоросли, криль или ракообразные. Астаксантин — это природный каротиноидный пигмент, известный своими мощными антиоксидантными свойствами и различными преимуществами для здоровья. Он обычно используется в качестве пищевой добавки и пищевого красителя. Узнайте, как ультразвуковая обработка помогает улучшить процесс экстракции астаксантина!
MultiSonoReactor для улучшенной экстракции астаксантина с помощью ультразвука высокой мощности
Ультразвуковая экстракция астаксантина из микроводорослей
Астаксантин для биологически активных добавок, которые употребляются в пищу человеком и животными ради их пользы для здоровья, астаксантин получают из морепродуктов или экстрагируют из водорослей H. pluvialis. Haematococcus pluvialis – это зеленая микроводоросль, которая производит высокое содержание астаксантина при воздействии стрессовых условий, таких как высокая соленость, дефицит азота, высокая температура и свет. Имея до 9,2 мг/г астаксантина на клетку водоросли (= до 3,8% от сухого веса H. pluvialis), Haematococcus pluvialis накапливает очень высокое содержание природного астаксантина и поэтому является предпочтительным организмом для производства астаксантина.
Для того, чтобы высвободить астаксантин из зеленых микроводорослей, клетки водорослей должны быть разрушены. Ультразвуковое исследование хорошо зарекомендовало себя с целью разрушения клеток, лизиса и выделения биологически активных соединений, таких как липиды, антиоксиданты, полифенолы и природные пигменты. Высокоэффективный ультразвук создает чисто механические силы, которые разрушают клеточные стенки под действием сил сдвига и вызывают высвобождение биологически активных веществ, таких как астаксантин.
Ультразвуковая экстракция астаксантина из дрожжей
Phaffia rhodozyma – это дрожжи, богатые астаксантином. Тем не менее, толстая клеточная стенка P. rhodozyma, которая в основном состоит из глюкана и отвечает за жесткость клеток, делает разрушение клеток и выделение астаксантина сложной задачей. Исследователи (Gogate et al. 2015) обнаружили, что ультразвуковая экстракция в сочетании с молочной кислотой усиливает разрушение клеток и делает экстракцию астаксантина из P. rhodozyma более экологичным и безопасным для окружающей среды процессом. Они использовали молочную кислоту в качестве среды для разрушения и этанол в качестве растворителя для экстракции. Максимальный выход астаксантина (90%) был получен при ультразвуковом методе экстракции, основанном на использовании 3 М молочной кислоты, время разрушения 15 мин. Мощные ультразвуковые экстракторы, такие как UIP4000hd (4 кВт, см. рис. слева) в сочетании с проточным реактором под давлением позволяют генерировать очень интенсивную кавитацию. Кавитационные силы сдвига разрушают клеточные стенки дрожжей и способствуют массопереносу между внутренней частью клетки и растворителем.
- Превосходная урожайность
- Высокоскоростная экстракция – в течение нескольких минут
- Высококачественные экстракты – Мягкий, нетермический
- Зеленые растворители (например, вода/этанол)
- Рентабельный
- Простая и безопасная эксплуатация
- Низкие инвестиционные и эксплуатационные расходы
- Работа в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации
- Зеленый, экологически чистый метод
Ультразвуковая экстракция астаксантина – в периодическом или непрерывном режиме
Астаксантин является липофильным соединением и может быть растворен в растворителях (например, 48,0% этанола в этилацетате) и маслах (например, соевом масле).
Партия: Процессы ультразвуковой экстракции могут осуществляться как простые периодические процессы или как поточная обработка, при которой среда непрерывно подается через ультразвуковой проточный реактор.
Пакетная обработка – это простая процедура, при которой извлечение производится лот за партией. Hielscher Ultrasonics предлагает ультразвуковые процессоры для малых и больших партий, т.е. от 1 л до 120 л.
Для обработки партий объемом от 5 до 10 л мы рекомендуем УП400Ст с сонотродом S24d22L2D (см. рис. слева).
Для обработки партий объемом около 120 л мы рекомендуем Ультразвуковой аппарат UIP2000hdT с сонотродом RS4d40L4.
Проточный: Для больших объемов и полномасштабной коммерческой экстракции непрерывный поток жидкости подается через ультразвуковой реактор, где растворитель/растительная суспензия подвергается интенсивному ультразвуковому воздействию.
Для объема около 8 л/мин. мы рекомендуем УИП4000HDT с сонотродом RS4d40L3 и проточной ячейкой под давлением FC130L4-3G0
УИП2000HDT (2 кВт) для крупномасштабной периодической добычи
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для экстракции
Компания Hielscher Ultrasonics специализируется на производстве высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов для производства высококачественных экстрактов из растений, дрожжей и клеток. Широкий ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics варьируется от небольших, мощных лабораторных ультразвуковых аппаратов до надежных настольных и полностью промышленных систем, которые обеспечивают ультразвук высокой интенсивности для эффективного извлечения и выделения биологически активных компонентов, таких как таксантин, кверцетин, кофеин, куркумин, терпены и т. д. Все цифровые ультразвуковые аппараты мощностью от 200 Вт до 16 000 Вт оснащены интуитивно понятным меню с программируемыми настройками, цветным сенсорным дисплеем для комфортной работы, встроенной SD-картой для автоматической записи данных, дистанционным управлением через браузер и многими другими удобными функциями. Сонотроды и проточные ячейки (части, которые контактируют со средой) могут быть автоклавированы и легко чистятся. Все наши ультразвуковые аппараты рассчитаны на работу в режиме 24/7, не требуют особого обслуживания, просты и безопасны в эксплуатации.
Цифровой цветной дисплей обеспечивает удобное управление ультразвуковым оборудованием. Наши системы способны работать как с низкими, так и с очень высокими амплитудами. Для экстракции химических соединений, таких как астаксантин, мы предлагаем специальные ультразвуковые сонотроды (также известные как ультразвуковые зонды или рупоры), которые оптимизированы для чувствительного выделения высококачественных активных веществ. Hielscher предлагает специальные сонотроды для высоких амплитуд в сочетании с проточными ячейками под давлением, которые способны создавать экстремальные кавитационные сдвиговые силы, разрушающие даже очень прочные дрожжевые клетки. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях и в сложных условиях.
Точный контроль параметров ультразвукового процесса обеспечивает воспроизводимость и стандартизацию процесса. Промышленные автоматизированные ультразвуковые экстракционные системы Hielscher предназначены для высокой производительности экстракции высшего качества при одновременном снижении трудозатрат, затрат и энергии.
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Литература/Литература
- 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.
Факты, которые стоит знать
Соно-экстракция
Ультразвуковая экстракция или соноэкстракция основана на принципе акустической кавитации.
Когда интенсивные ультразвуковые волны воздействуют на жидкие системы, происходит акустическая кавитация, которая представляет собой явление генерации, роста и возможного схлопывания вакуумных пузырьков (см. рис. ниже). Во время распространения ультразвуковых волн пузырьки вакуума колеблются и растут до тех пор, пока не достигнут точки, когда они не могут поглощать больше энергии. На пике роста пузырьков они сильно схлопываются, что вызывает локально тепловые, механические и химические эффекты. Механические эффекты включают высокое давление до 1000 атм, турбулентность и интенсивные силы сдвига. Эти силы разрушают клеточные стенки и способствуют массопереносу между внутренней частью клетки и растворителем, высвобождая биологически активные соединения в окружающую жидкость (т.е. растворитель).
Акустическая кавитация, создаваемая высокоинтенсивным низкочастотным ультразвуком, создает интенсивные сдвиговые силы и локально возникающие высокие перепады давления и температуры, которые обеспечивают необходимое воздействие для разрушения клеток, интенсивного перемешивания и массообмена. Эти ультразвуковые усилия сдвига успешно применяются для экстракции каннабиса.
Ультразвуковая экстракция соединений из растительных компонентов и клеточной ткани хорошо изучена. Применение высокоинтенсивных ультразвуковых волн значительно улучшает процессы экстракции. Кроме интенсификации технологического процесса – что приводит к более высокому выходу и сокращению времени экстракции – Термическая деградация и потеря чувствительных к температуре компонентов предотвращаются, поскольку ультразвук не подвергается термической обработке. Кроме того, ультразвуковая экстракция имеет низкие инвестиционные и эксплуатационные затраты, снижает использование растворителей и/или позволяет использовать более экологичные растворители, что делает ее экономичным и экологически чистым методом экстракции. Превосходя традиционные методы экстракции, ультразвуковая экстракция (ОАЭ) была заимствована из пищевой промышленности для производства биологически активных соединений с экономическими преимуществами.
Мощные ультразвуковые волны разрушают клеточный матрикс биологических структур и высвобождают биологически активные соединения. Массообмен между растительным материалом и растворителем интенсифицируется. Благодаря этим механизмам ультразвуковая экстракция обладает высокой эффективностью 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 раках. Астаксантин считается суперантиоксидантом, поскольку его антиоксидантная активность в десять-двадцать раз мощнее, чем у многих других каротиноидов, таких как бета-каротин, лютеин и зеаксантин, и в сто раз мощнее, чем альфа-токоферол (витамин Е).
Астаксантин (3,3′-дигидрокси-β, β′-каротин-4,4′-дион) является кето-каротиноидом и принадлежит к более крупному классу химических соединений, известных как терпены (как тетратерпеноиды), которые состоят из пяти предшественников углерода, изопентенилдифосфата и диметилаллилдифосфата. Астаксантин классифицируется как тип каротиноидных соединений с кислородсодержащими компонентами, а именно гидроксилом (-OH) или кетоном (C=O), такими как зеаксантин и кантаксантин. Астаксантин является метаболитом зеаксантина и/или кантаксантина, содержащим как гидроксильные, так и кетоновые функциональные группы. Как и многие каротиноиды, астаксантин является жирорастворимым пигментом и отличается красным цветом. Каротиноиды, в том числе астаксантин, хорошо известны своей антиоксидантной способностью.
Астаксантин является красным пигментом и естественным образом происходит из микроводорослей дождевой воды (Haematococcus pluvialis) и дрожжей под названием Xanthophyllomyces dendrorhous (также известных как Phaffia rhodozyma). Водоросли подвергаются стрессу из-за одного или комбинации условий, начиная от недостатка питательных веществ, повышенной солености и чрезмерного солнечного света для выработки астаксантина. Виды, которые потребляют эти подверженные стрессу пресноводные микроводоросли, такие как лосось, красная форель, красный морской лещ, фламинго, ракообразные (например, креветки, криль, крабы, омары, раки), отражают пигментацию красно-оранжевых оттенков в своем внешнем виде.
В качестве добавки астаксантин назначают из-за его оздоровительного и лечащего болезней эффекта. Астаксантин является хорошо зарекомендовавшим себя нутрицевтиком, назначаемым для улучшения здоровья кожи (например, для уменьшения морщин, повреждений от солнечных ожогов и т. д.).
Кроме того, астаксантин привлекает все большее внимание благодаря его использованию для лечения болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, сердечно-сосудистых заболеваний, высокого уровня холестерина, заболеваний печени, возрастной макулярной дегенерации и профилактики рака.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.