Ультразвук для улучшения разрушения и экстракции клеток водорослей

Водоросли, макро- и микроводоросли, содержат много ценных соединений, которые используются в качестве питательных продуктов питания, пищевых добавок или в качестве топлива или топливного сырья. Для высвобождения целевых веществ из клетки водорослей требуется мощный и эффективный метод разрушения клеток. Ультразвуковые экстракторы очень эффективны и надежны, когда речь идет об извлечении биологически активных соединений из растительных веществ, водорослей и грибов. Ультразвуковые экстракторы Hielscher, доступные в лабораторных, настольных и промышленных масштабах, предназначены для производства экстрактов клеточного происхождения в пищевой, фармацевтической и биотопливной промышленности.

Водоросли как ценный ресурс для питания и топлива

Клетки водорослей являются универсальным источником биологически активных и богатых энергией соединений, таких как белки, углеводы, липиды и другие биологически активные вещества, а также алканы. Это делает водоросли источником пищевых и питательных соединений, а также топлива.
Микроводоросли являются ценным источником липидов, которые используются для питания и в качестве сырья для биотоплива (например, биодизеля). Штаммы морского фитопланктона Dicrateria, такие как Dicrateria rotunda, известны как нефтедобывающие водоросли, которые могут синтезировать ряд насыщенных углеводородов (n-алканов) из C.10 ЛетЧАС22 Г. до C38ЧАС78, которые классифицируются как бензин (C10-C15), дизельное топливо (C16-C20) и мазут (C21-C38).
Благодаря своей питательной ценности, водоросли используются в качестве «функциональных продуктов» или «нутрицевтиков». Важные микроэлементы, извлеченные из водорослей, включают каротиноиды астаксантин, фукоксантин и зеаксантин, фукоидан, ламинари и другие глюканы среди многочисленных других биологически активных веществ, используемых в качестве пищевых добавок и фармцевтических препаратов. В качестве пищевых добавок используются каррагинан, альгинат и другие гидроколлоиды. Липиды водорослей используются в качестве веганского источника омега-3, а также используются в качестве топлива или в качестве сырья для производства биодизеля.

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.

Ультразвуковой экстрактор UIP2000hdT с реактором из нержавеющей стали для промышленной экстракции липидов, белков и антиоксидантов из водорослей.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Разрушение и экстракция клеток водорослей с помощью силового ультразвука

Ультразвуковые экстракторы или просто ультразвуковые аппараты используются для извлечения ценных соединений из небольших образцов в лаборатории, а также для производства в больших коммерческих масштабах.
Клетки водорослей защищены сложными матрицами клеточной стенки, которые состоят из липидов, целлюлозы, белков, гликопротеинов и полисахаридов. Основание большинства клеточных стенок водорослей построено из микрофибриллярной сети внутри гелеобразной белковой матрицы; однако некоторые микрокроволоски оснащены неорганической жесткой стенкой, состоящей из опалиных фрустулов кремнезема или карбоната кальция. Чтобы получить биологически активные соединения из биомассы водорослей, необходим эффективный метод разрушения клеток. Помимо технологических факторов экстракции (т.е. метода экстракции и оборудования), на эффективность разрушения и экстракции клеток водорослей также сильно влияют различные водорослезависимые факторы, такие как состав клеточной стенки, расположение желаемой биомолекулы в клетках микроводорослей и стадия роста микроводорослей во время сбора.

Как работает ультразвуковое разрушение и экстракция клеток водорослей?

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.Когда ультразвуковые волны высокой интенсивности соединяются через ультразвуковой зонд (также известный как ультразвуковой рупор или сонотрод) в жидкость или суспензию, звуковые волны проходят через жидкость и создают тем самым чередующиеся циклы высокого давления / низкого давления. Во время этих циклов высокого давления / низкого давления возникают мельчатые вакуумные пузырьки или полости. Кавитационные пузырьки возникают, когда местное давление падает во время циклов низкого давления достаточно далеко ниже давления насыщенных паров, величины, заданной прочностью на растяжение жидкости при определенной температуре. Которые растут в течение нескольких циклов. Когда эти вакуумные пузырьки достигают размера, когда они не могут поглощать больше энергии, пузырь сильно взрывается во время цикла высокого давления. Имплозия кавитационных пузырьков представляет собой бурный, энергоемкий процесс, который генерирует интенсивные ударные волны, турбулентности и микроструи в жидкости. Кроме того, создаются локализованные очень высокие давления и очень высокие температуры. Эти экстремальные условия легко способны разрушать клеточные стенки и мембраны и высвобождать внутриклеточные соединения эффективным, эффективным и быстрым способом. Внутриклеточные соединения, такие как белки, полисахариды, липиды, витамины, минералы и антиоксиданты, могут таким образом эффективно извлекаться с использованием силовых ультразвуков.

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

Ультразвуковой аппарат UP400St идеально подходит для разрушения и экстракции биологически активных соединений из водорослей небольшими партиями (около 8-10 л)

Ультразвуковая кавитация для разрушения и экстракции клеток

UP400St with stirrer for cell disintegration, disruption and extractionПри воздействии интенсивной ультразвуковой энергии стенка или мембрана любого вида клеток (включая ботаническую, млекопитающее, водорослевую, грибковую, бактериальную и т. Д.) Нарушается, и клетка разрывается на более мелкие фрагменты механическими силами энергоемкой ультразвуковой кавитации. Когда клеточная стенка разрушается, клеточные метаболиты, такие как белок, липиды, нуклеиновая кислота и хлорофилл, высвобождаются из матрицы клеточной стенки, а также из внутренней части клетки и переносятся в окружающую культурическую среду или растворитель.
Вышеописанный механизм ультразвуковой/акустической кавитации сильно разрушает целые водорослевые клетки или газообразные и жидкие вакуоли внутри клеток. Ультразвуковая кавитация, вибрация, турбулентность и микропоток способствуют массопереносу между внутренней частью клетки и окружающим растворителем, так что биомолекулы (т.е. метаболиты) эффективны и быстро высвобождаются. Поскольку обработка ультразвуком является чисто механической обработкой, которая не требует резких, токсичных и / или дорогостоящих химических веществ.
Высокоинтенсивный низкочастотный ультразвук создает экстремальные энергоемкие условия с высоким давлением, температурой и высокими силами сдвига. Эти физические силы способствуют разрушению клеточных структур с целью высвобождения внутриклеточных соединений в среду. Поэтому низкочастотный ультразвук в значительной степени используется для извлечения биологически активных веществ и топлива из водорослей. По сравнению с обычными методами экстракции, такими как экстракция растворителем, измельчение шариков или гомогенизация под высоким давлением, ультразвуковая экстракция превосходит высвобождение большинства биологически активных соединений (таких как липиды, белки, полисахариды и микроэлементы) из сонопорированной и разрушенной клетки. Применяя правильные условия процесса, ультразвуковая экстракция дает превосходные выходы экстракции в течение очень короткой продолжительности процесса. Например, высокоэффективные ультразвуковые экстракторы показывают отличные характеристики экстракции из водорослей при использовании с подходящим растворителем. В кислой или щелочной среде клеточная стенка водорослей становится пористой и морщинистой, что приводит к увеличению урожайности при низкой температуре (ниже 60 ° C) за короткое время ультразвука (менее 3 часов). Короткая продолжительность экстракции при умеренных температурах предотвращает деградацию фукоидана, так что получается высокобиоактивный полисахарид.
Ультразвук также является методом преобразования высокомолекулярного фукоидана в низкомолекулярный фукоидан, который значительно более биоактивен из-за его разветвленной структуры. Обладая высокой биологической активностью и биодоступностью, низкомолекулярный фукоидан является интересным соединением для фармацевтических препаратов и систем доставки лекарств.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Примеры внедрения: Ультразвуковая экстракция соединений водорослей

Широко изучена эффективность ультразвуковой экстракции и оптимизация параметров ультразвуковой экстракции. Ниже вы можете найти примерные результаты для результатов экстракции с помощью ультразвука из различных видов водорослей.

Экстракция белка из спирулины с использованием мано-термозвука

Исследовательская группа профессора Чемата (Университет Авиньона) исследовала влияние манотермозвуковой (МТС) на экстракцию белков (таких как фикоцианин) из сухих цианобактерий Arthrospira platensis (также известных как спирулина). Мано-термозвуковая обработка (МТС) - это применение ультразвука в сочетании с повышенным давлением и температурой для интенсификации процесса ультразвуковой экстракции.
«Согласно экспериментальным результатам, МТС способствовала массопереносу (высокая эффективная диффузионная способность, De) и позволила получить на 229% больше белков (28,42 ± 1,15 г/100 г DW), чем обычный процесс без ультразвука (8,63 ± 1,15 г/100 г DW). При 28,42 г белков на 100 г сухой биомассы спирулины в экстракте скорость восстановления белка 50% была достигнута за 6 эффективных минут при непрерывном процессе МТС. Микроскопические наблюдения показали, что акустическая кавитация воздействовала на нити спирулины различными механизмами, такими как фрагментация, сонопорация, детекстурация. Эти различные явления облегчают экстракцию, высвобождение и солюбилизацию биоактивных соединений спирулины». [Vernès et al., 2019]

Ultrasonic extraction of spirulina protein from Arthrospira platensis cyanobacteria.

Оптическая микроскопия изображений целых нитей спиурулины, подвергаемых лечению МТС с течением времени. Шкала (рисунок A) = 50 мкм для всех изображений.
фото и исследование: ©Вернес и др. 2019

Ультразвуковая экстракция фукоидана и глюкана из Laminaria digitata

Исследовательская группа TEAGASC доктора Тивари исследовала извлечение полисахаридов, т.е. фукоидана, ламинарина и общих глюканов, из макроводорослей Laminaria digitata с использованием ультразвуковой UIP500hdT. Изученные параметры ультразвуковой экстракции (ОАЭ) показали значительное влияние на уровни фукозы, FRAP и DPPH. Уровни 1060,75 мг/100 г ds, 968,57 мг/100 г ds, 8,70 мкМ тролокса/мг fde и 11,02% были получены для фукозы, общего глюкана, FRAP и DPPH соответственно при оптимизированных условиях температуры (76◦C), времени (10 мин) и ультразвуковой амплитуды (100%) с использованием 0,1 M HCl в качестве растворителя. Описанные условия ОАЭ были затем успешно применены к другим экономически значимым коричневым макрооворослям (L. hyperborea и A. nodosum) для получения экстрактов, богатых полисахаридами. Это исследование демонстрирует применимость ОАЭ для улучшения экстракции биологически активных полисахаридов из различных видов макроводоросля.

Ультразвуковая фитохимическая экстракция из F. vesiculosus а также P. canaliculata

Исследовательская группа Гарсии-Вакеро сравнила различные новые методы экстракции, включая высокоэффективную ультразвуковую экстракцию, ультразвуковую микроволновую экстракцию, микроволновую экстракцию, гидротермальную экстракцию и экстракцию с помощью высокого давления, чтобы оценить эффективность экстракции из коричневых микроводоросли видов Fucus vesiculosus и Pelvetia canaliculata. Для ультразвуковой узи они использовали Hielscher UIP500hdT ультразвуковой экстрактор. Анализ выходов экстракции показал, что ультразвуковая экстракция достигла самых высоких выходов большинства фитохимических веществ из обоих F. vesiculosus. Это означает, что самые высокие выходы соединений, извлеченных из F. vesiculosus с использованием ультразвуковой экстрактор UIP500hdT были: общее содержание фенолина (445,0 ± эквивалентов галловой кислоты 4,6 мг/г), общее содержание фроротанина (362,9 ± 3,7 мг эквивалентов флороглюцинола/г), общее содержание флавоноидов (286,3 ± 7,8 мг эквивалентов кверцетина/г) и общее содержание танина (189,1 ± 4,4 мг катехиновых эквивалентов/г).
В своем исследовании команда пришла к выводу, что использование ультразвуковой экстракции «в сочетании с 50% этанольным раствором в качестве экстракционного растворителя может быть многообещающей стратегией, направленной на экстракцию TPC, TPhC, TFC и TTC, при одновременном снижении совместной экстракции нежелательных углеводов как из F. vesiculosus, так и из P. canaliculata, с многообещающими применениями при использовании этих соединений в качестве фармацевтических препаратов. нутрицевтики и космецевтики». [Гарсия-Вакеро и др., 2021]

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

Масштабирование мано-термозвуковой техники в Авиньонском университете с использованием ультразвуковых аппаратов Hielscher: из лабораторного оборудования UIP1000hdT (A) к оборудованию экспериментального масштабирования UIP4000hdT (В, С) & На рисунке D схематизирован поперечный участок ультразвуковой проточной ячейки. ФК100К,
фото и исследование: ©Вернес и др. 2019

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

Установка ультразвукового встроенного экстрактора с проточными ячейками: 2x UIP1000hdT ультразвуковые аппараты с реакторами с проточными ячейками для непрерывной экстракции водорослей

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ultrasonic extractor for algae disruption in an open vessel

UIP1000hdT (1 кВт, 20 кГц) ультразвуковой экстрактор с мешалкой для разрушения и экстракции таких водорослей, как хлорелла, спирулина, наннохлоропсис, водоросли броэн, а также другие микро- и макроводоросли.

Преимущества ультразвуковой экстракции водорослей

  • Высокая эффективность извлечения
  • Превосходная урожайность экстракции
  • быстрый процесс
  • Низкие температуры
  • Подходит для извлечения термолабильных соединений
  • Совместим с любым растворителем
  • Низкое энергопотребление
  • Техника извлечения зелени
  • Простая и безопасная работа
  • Низкие инвестиционные и эксплуатационные расходы
  • Круглосуточная операция при тяжелом режиме

Высокоэффективные ультразвуковые экстракторы для разрушения водорослей

состояние современного ультразвуковое оборудование Hielscher позволяет осуществлять полный контроль над параметрами процесса, такими как амплитуда, температуры, давление и подача энергии.
Для ультразвуковой экстракции такие параметры, как размер частиц сырья, тип растворителя, соотношение твердого вещества к растворителю и время экстракции, могут быть изменены и оптимизированы для достижения наилучших результатов.
Поскольку ультразвуковая экстракция является нетермическим методом экстракции, термическая деградация биологически активных ингредиентов, присутствующих в сырье, таком как водоросли, избегается.
В целом, такие преимущества, как высокий выход, короткое время экстракции, низкая температура экстракции и небольшое количество растворителя, делают ультразвук превосходным методом экстракции.

Ультразвуковая экстракция: создана в лаборатории и промышленности

Ультразвуковая экстракция широко применяется для извлечения любого вида биологически активного соединения из растительных веществ, водорослей, бактерий и клеток млекопитающих. Ультразвуковая экстракция была создана как простая, экономичная и высокоэффективная, которая превосходит другие традиционные методы экстракции более высокими выходами экстракции и более короткой продолжительностью обработки.
Благодаря легкодоступным лабораторным, настольным и полностью промышленным ультразвуковым системам, ультразвуковая экстракция в настоящее время является хорошо заявляемой и надежной технологией. Ультразвуковые экстракторы Hielscher устанавливаются по всему миру на промышленных перерабатывающих предприятиях, производящих биологически активные соединения пищевого и фармацевтического класса.

Стандартизация процесса с помощью ультразвуковой сотов Hielscher

Экстракты, полученные из водорослей, которые используются в пищевых продуктах, фармацевтических препаратах или косметике, должны быть произведены в соответствии с надлежащей производственной практикой (GMP) и в соответствии со стандартизированными спецификациями обработки. Цифровые системы экстракции Hielscher Ultrasonics поставляются с интеллектуальным программным обеспечением, которое позволяет легко настраивать и точно контролировать процесс обработки ультразвуком. Автоматическая запись данных записывает все параметры ультразвукового процесса, такие как энергия ультразвука (общая и чистая энергия), амплитуда, температура, давление (при установке датчиков температуры и давления) с отметкой даты и времени на встроенной SD-карте. Это позволяет пересмотреть каждую ультразвуковую обработанную партию. При этом обеспечивается воспроизводимость и неизменно высокое качество продукции.

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах, приложениях и цене. Мы будем рады обсудить ваш процесс с Вами и предложить вам ультразвуковую систему, отвечая вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


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

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.

Литература / Ссылки



Полезные сведения

Водоросли: Макроводоросли, Микроводоросли, Фитопланктон, Цианобактерии, Морские водоросли

Термин водоросли является неформальным, используемым для большой и разнообразной группы фотосинтезных эукариотических организмов. Водоросли в основном считаются протистами, но иногда их также классифицируют как тип растения (ботанический) или хоромисты. В зависимости от их клеточной структуры они могут быть дифференцированы в макроводоросли и микроводоросли, также известные как фитопланктон. Макроводоросли являются многоклеточными организмами, часто известными как морские водоросли. Класс макроводорослей содержит различные виды макроскопических, многоклеточных, морских водорослей. Термин фитопланктон в основном используется для микроскопических морских одноклеточных водорослей (микроводорослей), но он также может включать цианобактерии. Фитопланктон представляет собой широкий класс различных организмов, включая фотосинтезные бактерии, а также микроводоросли и бронированные кокколитофоры.
Поскольку водоросли могут быть одноклеточными или многоклеточными с нитевидными (струноподобными) или растительно-подобными структурами, их часто трудно классифицировать.

Наиболее культивируемыми видами макроводоросли (морских водорослей) являются Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii, Gracilaria spp., Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Pyropia spp. и Sargassum fusiforme. Eucheuma и K. alvarezii культивируются для каррагинана, гидроколлоидного желирования; Грасилария выращивается для производства агара; в то время как другие виды добываются для еды и питания.
Другим типом водорослей является ламинария. Келки — это крупные бурые водоросли, которые составляют отряд Laminariales. Ламинария богата альгинатом, углеводом, который используется для сгущения таких продуктов, как мороженое, желе, заправка для салатов и зубная паста, а также ингредиент в некоторых кормах для собак и в промышленных товарах. Альгинатный порошок также часто используется в общей стоматологии и ортодонтии. Полисахариды ламинарии, такие как фукоидан, используются в уходе за кожей в качестве гелевых ингредиентов.
Фукоидан представляет собой сульфатированные водорастворимые гетерополисахариды, присутствующие в нескольких видах бурых водорослей. Коммерчески производимый фукоидан в основном добывается из морских водорослей видов Fucus vesiculosus, Cladosiphon okamuranus, Laminaria japonica и Undaria pinnatifida.

Известные роды и виды водорослей

  • Хлорелла — род из тринадцати видов одноклеточных зелёных водорослей (микроводорослей), относящихся к подразделению Chlorophyta. Клетки хлореллы имеют сферическую форму, имеют диаметр от 2 до 10 мкм и не имеют жгутиков. Их хлоропласты содержат зеленые фотосинтетические пигменты хлорофилл-а и -b. Одним из наиболее часто используемых видов хлореллы является Chlorella vulgaris, который широко используется как в пищевой добавке или в качестве богатой белком пищевой добавки.
  • Спирулина (Arthrospira platensis cyanobacteria) представляет собой нитевидную и многоклеточную сине-зеленую водоросль.
  • Nannochloropsis oculata — вид рода Nannochloropsis. Это одноклеточные мелкие зеленые водоросли, встречающиеся как в морской, так и в пресной воде. Водоросли Nannochloropsis характеризуются сферическими или слегка яйцевидными клетками диаметром 2–5 мкм.
  • Dicrateria — род гаптофитов, включающий три вида Dicrateria gilva, Dicrateria inornata, Dicrateria rotunda и Dicrateria vlkianum. Dicrateria rotunda (D. rotunda) может синтезировать углеводороды, эквивалентные нефти (насыщенные углеводороды с углеродным числом от 10 до 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 производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.