Ultrazvuková extrakcia astaxantínu pre vyššie výťažky
- Astaxantín je vysoko silný antioxidant používaný vo farmaceutických výrobkoch a doplnkoch výživy.
- Na výrobu vysokokvalitného astaxantínu z prírodných zdrojov, ako sú riasy, je potrebná vysokovýkonná extrakčná technika.
- Ultrazvuková extrakcia je mechanické ošetrenie, ktoré poskytuje vysoké výťažky astaxantínu vo veľmi krátkom čase extrakcie.
Vysokovýkonné sonikátory pre vysokokvalitné extrakty z astaxantínu
Ultrazvuková extrakcia je vysokovýkonná extrakčná technika, ktorá využíva intenzívne ultrazvukové vlny na extrakciu astaxantínu z prírodných zdrojov, ako sú mikroriasy, krill alebo kôrovce. Astaxantín je prirodzene sa vyskytujúci karotenoidový pigment známy svojimi silnými antioxidačnými vlastnosťami a rôznymi zdravotnými výhodami. Bežne sa používa ako doplnok stravy a potravinárske farbivo. Zistite, ako sonikácia pomáha zlepšiť proces extrakcie astaxantínu!
MultiSonoReactor pre lepšiu extrakciu astaxantínu pomocou vysokovýkonného ultrazvuku
Ultrazvuková extrakcia astaxantínu z mikrorias
Astaxantín pre doplnky výživy, ktoré konzumujú ľudia a zvieratá pre svoje zdravotné výhody, sa astaxantín získava z morských plodov alebo sa získava z rias H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelená mikroriasa, ktorá produkuje vysoký obsah astaxantínu pri aplikácii stresových podmienok, napr. vysoká slanosť, nedostatok dusíka, vysoká teplota a svetlo. S až 9,2 mg/g astaxantínu na bunku riasy (= až 3,8 % sušiny H. pluvialis) Haematococcus pluvialis akumuluje veľmi vysoký obsah prírodného astaxantínu, a preto je preferovaným organizmom na výrobu astaxantínu.
Aby sa uvoľnil astaxantín zo zelených mikrorias, musia byť bunky rias narušené. Ultrazvuk je dobre zavedený za účelom narušenia buniek, lýzy a izolácie bioaktívnych zlúčenín ako lipidov, antioxidantov, polyfenolov a prírodných pigmentov. Vysokovýkonné ultrazvuky vytvárajú čisto mechanické sily, ktoré narušujú bunkové steny šmykovými silami a spôsobujú uvoľňovanie bioaktívnych látok, ako je astaxantín.
Ultrazvuková extrakcia astaxantínu z kvasníc
Phaffia rhodozyma je kvasinka bohatá na astaxantín. Hrubá bunková stena P. rhodozyma, ktorá sa skladá hlavne z glukánu a je zodpovedná za tuhosť buniek, však spôsobuje, že narušenie buniek a izolácia astaxantínu sú náročnou úlohou. Vedci (Gogate et al. 2015) zistili, že ultrazvuková extrakcia v kombinácii s kyselinou mliečnou zintenzívňuje narušenie buniek a robí extrakciu astaxantínu z P. rhodozyma ekologickejším procesom šetrnejším k okoleniu. Ako médium na narušenie použili kyselinu mliečnu a ako rozpúšťadlo na extrakciu etanol. Maximálny výťažok astaxantínu (90 %) sa dosiahol pri ultrazvukovej extrakcii na základe použitia 3 M kyseliny mliečnej, doba narušenia 15 min. Výkonné ultrazvukové odsávače ako UIP4000hd (4 kW, pozri obr. vľavo) v kombinácii s tlakovým prietokovým reaktorom umožňujú generovať veľmi intenzívnu kavitáciu. Kavitačné šmykové sily narúšajú bunkové steny kvasiniek a podporujú prenos hmoty medzi vnútrom bunky a rozpúšťadlom.
- Vynikajúci výnos
- Vysokorýchlostné odsávanie – v priebehu niekoľkých minút
- Vysoko kvalitné extrakty – Mierne, netepelné
- Zelené rozpúšťadlá (napr. voda/etanol)
- Nákladovo efektívne
- Jednoduchá a bezpečná obsluha
- Nízke investičné a prevádzkové náklady
- Prevádzka 24/7 v náročných podmienkach
- Zelená, ekologická metóda
Ultrazvuková extrakcia astaxantínu – v dávkovom alebo kontinuálnom režime
Astaxantín je lipofilná zlúčenina a môže sa rozpúšťať v rozpúšťadlách (napr. 48,0 % etanolu v etylacetáte) a olejoch (napr. sójový olej).
Dávka: Ultrazvukové extrakčné procesy môžu byť prevádzkované ako jednoduché dávkové procesy alebo ako inline úprava, kde je médium nepretržite privádzané cez ultrazvukový prietokový reaktor.
Dávkové spracovanie je jednoduchý postup, pri ktorom sa extrakcia vykonáva partia po šarži. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka ultrazvukové procesory pre malé až veľké dávky, t. j. 1L až 120L.
Na spracovanie dávok od 5 do 10 l odporúčame UP400St so sonotrodom S24d22L2D (pozri obr. vľavo).
Na spracovanie dávok s objemom cca 120 l odporúčame Sonicator UIP2000hdT so sonotrodom RS4d40L4.
Prietok: Pre väčšie objemy a komerčnú extrakciu v plnom rozsahu sa nepretržitý prúd kvapaliny privádza cez ultrazvukový reaktor, kde je rozpúšťadlo/botanická suspenzia intenzívne sonikovaný.
Pre objem cca 8 l/min odporúčame UIP4000hdT so sonotródou RS4d40L3 a tlakovým prietokovým článkom FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2 kW) pre veľkosériovú extrakciu
Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na odsávanie
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na výrobu vysokovýkonných sonikátorov na výrobu vysokokvalitných extraktov z rastlín, kvasiniek a buniek. Široké portfólio produktov spoločnosti Hielscher Ultrasonics siaha od malých, výkonných laboratórnych ultrazvukov až po robustné stolové a plne priemyselné systémy, ktoré poskytujú ultrazvuk s vysokou intenzitou pre účinnú extrakciu a izoláciu bioaktívnych zložiek, ako je astaxantín, kvercetín, kofeín, kurkumín, terpény atď. Všetky digitálne sonikátory od 200 W do 16 000 W sú vybavené intuitívnym menu s programovateľnými nastaveniami, farebným dotykovým displejom pre pohodlné ovládanie, integrovanou SD kartou pre automatické zaznamenávanie údajov, diaľkovým ovládaním prehliadača a mnohými ďalšími užívateľsky prívetivými funkciami. Sonotródy a prietokové bunky (časti, ktoré sú v kontakte s médiom) sa dajú autoklávovať a ľahko sa čistia. Všetky naše ultrazvukové prístroje sú skonštruované pre prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni, vyžadujú nízku údržbu a ich obsluha je jednoduchá a bezpečná.
Digitálny farebný displej umožňuje užívateľsky prívetivé ovládanie ultrazvukového zariadenia. Naše systémy sú schopné dodávať od nízkych až po veľmi vysoké amplitúdy. Na extrakciu chemických zlúčenín, ako je astaxantín, ponúkame špeciálne ultrazvukové sonotródy (známe aj ako ultrazvukové sondy alebo rohy), ktoré sú optimalizované pre citlivú izoláciu vysokokvalitných účinných látok. Hielscher ponúka špeciálne sonotródy pre vysoké amplitúdy v kombinácii s tlakovými prietokovými článkami, ktoré sú schopné generovať extrémne kavitačné šmykové sily, ktoré narúšajú aj veľmi robustné kvasinkové bunky. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Presná kontrola parametrov ultrazvukového procesu zaisťuje reprodukovateľnosť a štandardizáciu procesu. Priemyselné automatizované ultrazvukové extrakčné systémy Hielscher sú navrhnuté pre vysoké výrobné kapacity extraktov najvyššej kvality a zároveň znižujú prácu, náklady a energiu.
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Literatúra/Referencie
- 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Sono-extrakcia
Ultrazvuková extrakcia alebo sono-extrakcia je založená na princípe akustické kavitácie.
Pri aplikácii intenzívnych ultrazvukových vĺn na kvapalné systémy dochádza k akustickej kavitácii, čo je jav vzniku, rastu a prípadného kolapsu vákuových bublín (pozri obr. nižšie). Počas šírenia ultrazvukových vĺn vákuové bubliny oscilujú a rastú, až kým nedosiahnu bod, keď nemôžu absorbovať viac energie. Na vrchole rastu bublín prudko kolabujú, čo spôsobuje lokálne tepelné, mechanické a chemické účinky. Mechanické účinky zahŕňajú vysoké tlaky až 1000 atm, turbulencie a intenzívne šmykové sily. Tieto sily narúšajú bunkové steny a podporujú prenos hmoty medzi vnútrom bunky a rozpúšťadlom, čím sa uvoľňujú bioaktívne zlúčeniny do okolitej kvapaliny (t. j. rozpúšťadla).
Akustická kavitácia, generovaná vysokointenzívnym, nízkofrekvenčným ultrazvukom, vytvára intenzívne šmykové sily a lokálne sa vyskytujúce vysoké tlakové a teplotné rozdiely, ktoré poskytujú potrebný vplyv na narušenie buniek, intenzívne miešanie a prenos hmoty. Tieto ultrazvukové šmykové sily sa úspešne aplikujú na extrakciu kanabisu.
Ultrazvuková extrakcia zlúčenín z rastlín a bunkového tkaniva bola dobre preskúmaná. Aplikácia vysoko intenzívnych ultrazvukových vĺn výrazne podporuje extrakčné procesy. Okrem intenzifikácie procesov – čo má za následok vyššie výnosy a kratší čas extrakcie – Zabráni sa tepelnej degradácii a strate zložiek citlivých na teplotu, pretože sonikácia nie je tepelná úprava. Okrem toho má ultrazvuková extrakcia nízke investičné a prevádzkové náklady, znižuje používanie rozpúšťadiel a/alebo umožňuje použitie ekologickejších rozpúšťadiel, čo z nej robí ekonomickú a ekologickú extrakčnú techniku. Ultrazvukom asistovaná extrakcia (SAE), ktorá prekonáva konvenčné extrakčné metódy, bola z potravinárskeho priemyslu prijatá na výrobu bioaktívnych zlúčenín s ekonomickými ziskami.
Silné ultrazvukové vlny narúšajú bunkovú matricu biologických štruktúr a uvoľňujú bioaktívne zlúčeniny. Prenos hmoty medzi rastlinným materiálom a rozpúšťadlom sa zintenzívňuje. Vďaka týmto mechanizmom je ultrazvuková extrakcia vysoko účinná pri extrakcii kanabisu.
Astaxantín
Astaxantín sa vyznačuje tmavočervenou farbou. Je to pigment rozpustný v tukoch, ktorý sa nachádza v riasach (napr. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvasinkách (napr. Phaffia rhodozyma), lososovi, pstruhovi, krile, krevetách a rakoch. Astaxantín sa považuje za superantioxidant, pretože jeho antioxidačná účinnosť je desať až dvadsaťkrát silnejšia ako u mnohých iných karotenoidov, ako je betakarotén, luteín a zeaxantín, a stokrát silnejšia ako alfa-tokoferol (vitamín E).
Astaxantín (3,3′-dihydroxy-β, β′-karotén-4,4′-dón) je keto-karotenoid a patrí do väčšej triedy chemických zlúčenín známych ako terpény (ako tetraterpenoid), ktoré sa skladajú z piatich uhlíkových prekurzorov, izopentenyldifosfátu a dimetylallyldifosfátu. Astaxantín je klasifikovaný ako typ karotenoidných zlúčenín so zložkami obsahujúcimi kyslík, a to hydroxyl (-OH) alebo ketón (C=O), ako je zeaxantín a kantaxantín. Astaxantín je metabolit zeaxantínu a/alebo kantaxantínu, ktorý obsahuje hydroxylové aj ketonové funkčné skupiny. Rovnako ako mnoho karotenoidov, aj astaxantín je pigment rozpustný v lipidoch a vyznačuje sa červenou farbou. Karotenoidy vrátane astaxantínu sú dobre známe svojou antioxidačnou schopnosťou.
Astaxantín je červený pigment a prirodzene pochádza z dažďových mikrorias (Haematococcus pluvialis) a kvasiniek nazývaných Xanthophyllomyces dendrorhous (tiež známy ako Phaffia rhodozyma). Riasy podliehajú stresu prostredníctvom jedného alebo kombinácie podmienok od nedostatku živín, zvýšenej slanosti a nadmerného slnečného žiarenia až po vytvorenie astaxantínu. Druhy, ktoré konzumujú tieto stresované sladkovodné mikroriasy, ako je losos, pstruh červený, pražma červená, plameniak, kôrovce (napr. krevety, krill, krab, homár, rak), odrážajú pigmentáciu červenooranžových odtieňov vo svojom vzhľade.
Ako doplnok sa astaxantín podáva pre svoje zdraviu prospešné účinky a účinky na liečbu chorôb. Astaxantín je osvedčené nutraceutikum podávané na zlepšenie zdravia pokožky (napr. redukcia vrások, poškodenia spálením slnkom atď.).
Okrem toho sa astaxantínu venuje čoraz väčšia pozornosť jeho použitiu na liečbu Alzheimerovej choroby, Parkinsonovej choroby, kardiovaskulárnych ťažkostí, vysokého cholesterolu, ochorení pečene, vekom podmienenej makulárnej degenerácie a prevencie rakoviny.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.