Трёхфазное разделение, интенсифицированное ультразвуком
- Трёхфазное разделение (TPP) – это метод извлечения, разделения и очистки компонентов, например липидов, ферментов, полисахаридов и других биомолекул, из биологического материала.
- Трёхфазное разделение с применением ультразвука превосходит традиционное трёхфазное разделение благодаря более высокому выходу, повышенной чистоте и исключительной скорости.
- Ультразвуковое трёхфазное разделение применимо для малых и больших объёмов и легко масштабируется до промышленного производства.
Ультразвуковое трёхфазное разделение
Трёхфазное разделение
Трёхфазное разделение (TPP) – это простой и эффективный одностадийный процесс разделения, очистки и концентрирования биомолекул, таких как ферменты, липиды, полисахариды и т. д., из сложных смесей.
TPP проводят путём последовательного добавления достаточного количества соли (обычно сульфата аммония) и органического растворителя (преимущественно t-бутанола/tert-бутанола). Такие соли, как сульфат аммония, используют при определённой степени насыщения для осаждения белка. Органический растворитель, например t-бутанол, добавляют для образования трёх фазовых слоёв и удаления низкомолекулярных соединений, таких как липиды, фенольные соединения и некоторые детергенты. Поскольку t-бутанол имеет высокую температуру кипения, но менее воспламеняем, чем этанол и метанол, t-бутанол является предпочтительным растворителем для TPP.
После обработки неочищенного экстракта и декантации смесь разделяется на три отчётливо различимые фазы: верхняя фаза растворителя (t-бутанола) содержит неполярные соединения, которые отделены от нижней водной фазы (содержащей полярные соединения) белковым осадком на границе раздела фаз. Целевые белки избирательно распределяются в одну фазу, а другие белки-примеси – в другую. Это приводит к частичной очистке и концентрированию белка. Процесс экстракции представляет собой сочетание космотропного осаждения, высаливания, осаждения с помощью изотонического сорастворителя и осмолитического осаждения белков.
Трёхфазное разделение, интенсифицированное ультразвуком
Обработка ультразвуком значительно интенсифицирует процесс TPP. Трёхфазное разделение с применением ультразвука успешно используется для разделения и очистки биомолекул. Широкий спектр биомолекул был выделен более эффективно и за меньшее время. Например, с помощью ультразвукового TPP были очищены ферменты из растений (например, бромелайн, папаин, инвертаза, полифенолоксидаза и ингибиторы трипсина), животных (например, трипсин, α-химотрипсин, химозин, пепсин и люцифераза) и микроорганизмов (например, липаза, α-амилаза, α-галактозидаза, серратиопептидаза, циклодекстрингликозилтрансфераза и фибринолитические ферменты). Дополнительным преимуществом ультразвукового трёхфазного разделения является повышение активности различных ферментов, приводящее к кажущемуся увеличению выхода (приблизительно на 100%), поскольку целевой фермент или белок выпадает в осадок в среднем слое между органической и водной фазами.
Ультразвуковое трёхфазное разделение можно эффективно применять к неочищенным образцам и легко масштабировать.
Обработка ультразвуком значительно улучшает трёхфазное разделение и обеспечивает более высокий выход и чистоту при резком сокращении времени процесса.
- более высокий выход
- быстрое извлечение
- высокая чистота
- экономия времени
- низкая стоимость
- простота проведения
- экологичность
- для лаборатории и промышленности
Примеры ультразвукового трёхфазного разделения (US-TPP)
Ультразвуковое TPP для извлечения астаксантина
Для извлечения астаксантина (AX) сочетание TPP и обработки ультразвуком с помощью ультразвукового аппарата Hielscher UP400S представляет собой не только простой и легко применимый, но и очень эффективный метод выделения AX из бактериальной биомассы Paracoccus NBRC 101723. Рабочие параметры обработки ультразвуком можно оптимизировать для получения оптимальных результатов экстракции. Такие параметры ультразвуковой обработки, как амплитуда, время, температура и сосуд для экстракции (размер, форма), а также размер частиц биомассы существенно влияют на высвобождение AX из биомассы под действием ультразвука. Для быстрого и эффективного извлечения AX обработка влажной биомассы ультразвуком даёт лучшие результаты, чем ультразвуковое TPP высушенной биомассы. Ультразвуковое TPP обеспечивает на 37% более высокое извлечение AX по сравнению с традиционной экстракцией растворителем. (См. Chougle et al. 2013)
Ультразвуковое TPP для выделения андрографолида из Andrographis paniculata
Андрографолид – это лабдановый дитерпеноид, который ценится за выраженное противовоспалительное, антиоксидантное, гепатопротекторное, антиканцерогенное и антидиабетическое действие. Сравнительные исследования показывают, что ультразвуковое TPP не только повышает выход андрографолида, но и улучшает его антиоксидантную активность по сравнению с традиционным TPP.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для трёхфазного разделения
Hielscher Ultrasonics специализируется на разработке и производстве ультразвуковых систем высокой мощности для экстракции и многих других процессов.
Наш ассортимент включает компактные мощные лабораторные ультразвуковые аппараты, прочные настольные гомогенизаторы и промышленные высокопроизводительные ультразвуковые системы. Разнообразные принадлежности позволяют идеально адаптировать ультразвуковую систему к конкретным требованиям вашего процесса. Все ультразвуковые аппараты Hielscher рассчитаны на работу 24/7 при полной нагрузке.
Наш многолетний опыт ультразвуковой обработки позволяет нам консультировать клиентов начиная с их первых испытаний ультразвука, на этапах оптимизации процесса и вплоть до внедрения в промышленном масштабе.
Воспользуйтесь формой ниже, чтобы рассказать нам о вашем процессе! Мы будем рады дать рекомендации и обсудить возможности и преимущества обработки ультразвуком для вашей области применения.
Ультразвуковой гомогенизатор UP400St для интенсификации трёхфазного разделения
Литература/источники
- Chougle, J.A: et al. (2013): Трёхфазное разделение с применением ультразвука (UATPP): новый метод, разработанный для извлечения астаксантина из Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – ежегодная конференция, University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Фазовое разделение для выделения ферментов: обзор и современные применения. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Интенсифицированная экстракция олеорезина из порошка корневища имбиря (Zingiber officinale) с использованием трёхфазного разделения с применением ферментов. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Синергетическое сочетание ультразвука и трёхфазного разделения для извлечения и выделения полисахаридов Corbicula fluminea и возможные соответствующие механизмы. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.
Полезные сведения
Трёхфазное разделение (TPP)
TPP – это метод биоразделения, основанный на распределении полярных компонентов, белков и гидрофобных компонентов между тремя фазами, включающими воду, сульфат аммония и t-бутанол.
Многие важные терапевтические и промышленные ферменты (например, α-галактоцидаза, ингибиторы α-амилазы и протеаза), а также природные соединения (например, дитерпены, такие как форсколин и андрографолид) очищают методом трёхфазного разделения. При этом пигменты, липиды и ингибиторы ферментов накапливаются в верхней фазе растворителя, которая отделена промежуточным слоем осаждённого белка от нижней водной фазы, где накапливаются полярные компоненты, такие как сахариды. Поскольку t-бутанол связывает осаждённые методом TPP белки, которые присутствуют в виде совместных осадков белка и t-бутанола, он плавает между органическим и водным слоями и может быть легко отделён и очищен. В целом биомолекулы извлекаются в очищенном виде на границе раздела фаз, тогда как примеси преимущественно распределяются в t-бутанол (верхняя фаза) и в водную фазу (нижняя фаза).
Астаксантин
Астаксантин (3, 3´-dihydroxy-ß, ß-carotene 4, 4´-dione) – это кетокаротиноид, принадлежащий к классу терпенов. Как тетратерпеноид, он образуется из пятиуглеродных предшественников – изопентенилдифосфата и диметилаллилдифосфата. Астаксантин представляет собой жёлто-оранжевый растительный пигмент и поэтому классифицируется как ксантофилл. Астаксантин встречается главным образом в микроводорослях, дрожжах, лососёвых, форели, криле, креветках, речных раках и ракообразных. Как высокоэффективный поглотитель свободных радикалов, средство защиты кожи, антиканцерогенное средство и средство усиления иммунной системы, астаксантин используется в качестве пищевой добавки и добавки в пищевые продукты, фармацевтические препараты и косметику. Ультразвуковое TPP улучшает процесс извлечения и выделения астаксантина из природных источников и позволяет осуществлять его экономичное производство в промышленном масштабе.
UIP1000hdT – промышленный ультразвуковой аппарат мощностью 1kW