Ultrazvuková extrakcia astaxantínu pre vyššie výťažky
- Astaxantín je vysoko účinný antioxidant používaný vo farmaceutických prípravkoch a výživových doplnkoch.
- Na výrobu vysokokvalitného astaxantínu z prírodných zdrojov, ako sú riasy, je potrebná vysoko výkonná extrakčná technika.
- Ultrazvuková extrakcia je mechanické spracovanie, ktoré poskytuje vysoké výťažky astaxantínu za veľmi krátky čas extrakcie.
Vysoko výkonné sonikátory pre vysokokvalitné astaxantínové extrakty
Ultrazvuková extrakcia je vysoko výkonná extrakčná technika, ktorá využíva intenzívne ultrazvukové vlny na extrakciu astaxantínu z prírodných zdrojov, ako sú mikroriasy, kril alebo kôrovce. Astaxantín je prirodzene sa vyskytujúci karotenoidový pigment známy svojimi silnými antioxidačnými vlastnosťami a rôznymi zdravotnými prínosmi. Bežne sa používa ako výživový doplnok a potravinárske farbivo. Zistite, ako sonikácia pomáha zlepšiť váš proces extrakcie astaxantínu!
MultiSonoReactor na zlepšenie extrakcie astaxantínu pomocou vysokovýkonného ultrazvuku
Ultrazvuková extrakcia astaxantínu z mikrorias
Astaxantín pre výživové doplnky, ktoré ľudia a zvieratá konzumujú pre ich zdravotné prínosy, sa získava z morských živočíchov alebo extrahuje z riasy H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelená mikroriasa, ktorá pri vystavení stresovým podmienkam, napr. vysokej salinite, nedostatku dusíka, vysokej teplote a svetlu, produkuje vysoké množstvá astaxantínu. S obsahom až 9,2mg/g astaxantínu na bunku riasy (= až 3,8% zo suchej hmotnosti H. pluvialis) akumuluje Haematococcus pluvialis veľmi vysoký obsah prírodného astaxantínu, a preto je preferovaným organizmom na výrobu astaxantínu.
Na uvoľnenie astaxantínu zo zelených mikrorias je potrebné narušiť bunky rias. Ultrazvukové spracovanie je osvedčenou metódou na narúšanie buniek, lýzu a izoláciu bioaktívnych zlúčenín, ako sú lipidy, antioxidanty, polyfenoly a prírodné pigmenty. Vysokovýkonný ultrazvuk vytvára čisto mechanické sily, ktoré šmykovým pôsobením narúšajú bunkové steny a spôsobujú uvoľňovanie bioaktívnych látok, ako je astaxantín.
Ultrazvuková extrakcia astaxantínu z kvasiniek
Phaffia rhodozyma je kvasinka bohatá na astaxantín. Hrubá bunková stena P. rhodozyma, ktorá pozostáva prevažne z glukánu a zodpovedá za tuhosť bunky, však robí z narúšania buniek a izolácie astaxantínu náročnú úlohu. Výskumníci (Gogate et al. 2015) zistili, že ultrazvuková extrakcia v kombinácii s kyselinou mliečnou zintenzívňuje narúšanie buniek a robí z extrakcie astaxantínu z P. rhodozyma ekologickejší proces šetrnejší k životnému prostrediu. Ako médium na narúšanie buniek použili kyselinu mliečnu a ako rozpúšťadlo na extrakciu etanol. Maximálny výťažok astaxantínu (90%) sa dosiahol pri extrakcii podporovanej ultrazvukom s použitím 3 M kyseliny mliečnej a časom narúšania buniek 15 min. Výkonné ultrazvukové extraktory, ako je UIP4000hd (4kW, pozri obrázok vľavo), v kombinácii s prietokovým reaktorom, ktorý možno natlakovať, umožňujú vytvárať veľmi intenzívnu kavitáciu. Kavitačné šmykové sily narúšajú bunkové steny kvasiniek a podporujú prenos hmoty medzi vnútrom bunky a rozpúšťadlom.
- Vynikajúci výťažok
- Vysokorýchlostná extrakcia – v priebehu niekoľkých minút
- Vysokokvalitné extrakty – šetrné, netepelné spracovanie
- Ekologické rozpúšťadlá (napr. voda/etanol)
- Nákladovo efektívna
- Jednoduchá a bezpečná obsluha
- Nízke investičné a prevádzkové náklady
- Prevádzka 24/7 pri vysokom zaťažení
- Ekologická metóda šetrná k životnému prostrediu
Ultrazvuková extrakcia astaxantínu – vo vsádzkovom alebo kontinuálnom prietokovom režime
Astaxantín je lipofilná zlúčenina a možno ho rozpustiť v rozpúšťadlách (napr. 48,0% etanole v etylacetáte) a olejoch (napr. sójovom oleji).
Vsádzkové spracovanie: Procesy ultrazvukovej extrakcie možno prevádzkovať ako jednoduché dávkové procesy alebo ako spracovanie v linke, pri ktorom sa médium nepretržite privádza cez ultrazvukový prietokový reaktor.
Dávkové spracovanie je jednoduchý postup, pri ktorom sa extrakcia vykonáva po jednotlivých dávkach. Hielscher Ultrasonics ponúka ultrazvukové procesory pre malé až veľké dávky, t. j. od 1L do 120L.
Na spracovanie dávok s objemom 5 až 10L odporúčame UP400ST so sonotródou S24d22L2D (pozri obrázok vľavo).
Na spracovanie dávok s objemom približne 120L odporúčame sonikátor UIP2000hdT so sonotródou RS4d40L4.
Prietokové spracovanie: Pri väčších objemoch a komerčnej extrakcii v plnom rozsahu sa nepretržitý prúd kvapaliny privádza cez ultrazvukový reaktor, v ktorom sa suspenzia rastlinného materiálu v rozpúšťadle intenzívne sonikuje.
Pre objemový prietok približne 8L/min. odporúčame UIP4000hdT so sonotródou RS4d40L3 a prietokovou celou FC130L4-3G0, ktorú možno prevádzkovať pod tlakom
UIP2000hdT (2kW) na dávkovú extrakciu vo veľkom meradle
Vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia na extrakciu
Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na výrobu vysokovýkonných sonikátorov na produkciu vysokokvalitných extraktov z rastlín, kvasiniek a buniek. Široké portfólio produktov Hielscher Ultrasonics siaha od malých, výkonných laboratórnych ultrazvukových zariadení až po robustné stolové a plne priemyselné systémy, ktoré poskytujú ultrazvuk s vysokou intenzitou na účinnú extrakciu a izoláciu bioaktívnych zložiek, ako sú astaxantín, kvercetín, kofeín, kurkumín, terpény atď. Všetky digitálne sonikátory od 200W do 16 000W majú intuitívne menu s programovateľnými nastaveniami, farebný dotykový displej na pohodlné ovládanie, integrovanú SD kartu na automatické zaznamenávanie údajov, diaľkové ovládanie cez prehliadač a mnoho ďalších používateľsky prívetivých funkcií. Sonotródy a prietokové cely (časti, ktoré sú v kontakte s médiom) možno sterilizovať v autokláve a ľahko sa čistia. Všetky naše ultrazvukové zariadenia sú skonštruované na prevádzku 24/7, vyžadujú len minimálnu údržbu a ich obsluha je jednoduchá a bezpečná.
Digitálny farebný displej umožňuje používateľsky prívetivé ovládanie ultrazvukového zariadenia. Naše systémy dokážu poskytovať nízke až veľmi vysoké amplitúdy. Na extrakciu chemických zlúčenín, ako je astaxantín, ponúkame špeciálne ultrazvukové sonotródy (známe aj ako ultrazvukové sondy alebo koncentrátory), ktoré sú optimalizované na šetrnú izoláciu vysokokvalitných účinných látok. Hielscher ponúka špeciálne sonotródy pre vysoké amplitúdy v kombinácii s prietokovými celami, ktoré možno prevádzkovať pod tlakom a ktoré dokážu vytvárať extrémne kavitačné šmykové sily narúšajúce aj veľmi odolné bunky kvasiniek. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokej záťaži a v náročných prostrediach.
Presná regulácia parametrov ultrazvukového procesu zabezpečuje reprodukovateľnosť a štandardizáciu procesu. Automatizované ultrazvukové extrakčné systémy Hielscher v priemyselnom meradle sú navrhnuté na vysoké výrobné kapacity extraktov vynikajúcej kvality a zároveň znižujú nároky na pracovnú silu, náklady a spotrebu energie.
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.
Užitočné informácie
Sonoextrakcia
Ultrazvuková extrakcia alebo sonoextrakcia je založená na princípe akustickej kavitácie.
Pri pôsobení intenzívnych ultrazvukových vĺn na kvapalné systémy dochádza k akustickej kavitácii, čo je jav vzniku, rastu a následného kolapsu vákuových bublín (pozri obrázok nižšie). Počas šírenia ultrazvukových vĺn vákuové bubliny oscilujú a rastú, až kým nedosiahnu bod, keď už nedokážu absorbovať viac energie. Na vrchole svojho rastu prudko skolabujú, čo lokálne vyvoláva tepelné, mechanické a chemické účinky. Mechanické účinky zahŕňajú vysoké tlaky až do 1000atm, turbulencie a intenzívne šmykové sily. Tieto sily narúšajú bunkové steny a podporujú prenos hmoty medzi vnútrom bunky a rozpúšťadlom, pričom sa bioaktívne zlúčeniny uvoľňujú do okolitej kvapaliny (t. j. rozpúšťadla).
Akustická kavitácia vytváraná vysokointenzívnym nízkofrekvenčným ultrazvukom vyvoláva intenzívne šmykové sily a lokálne vysoké rozdiely tlaku a teploty, ktoré poskytujú potrebné účinky na narušenie buniek, intenzívne miešanie a prenos hmoty. Tieto ultrazvukové šmykové sily sa úspešne využívajú pri extrakcii konopy.
Ultrazvuková extrakcia zlúčenín z rastlinných materiálov a bunkových tkanív je dôkladne preskúmaná. Použitie vysoko intenzívnych ultrazvukových vĺn výrazne podporuje extrakčné procesy. Okrem intenzifikácie procesu – ktorá vedie k vyšším výťažkom a kratšiemu času extrakcie – sa predchádza tepelnej degradácii a strate zložiek citlivých na teplotu, pretože sonikácia je netepelné spracovanie. Ultrazvuková extrakcia má navyše nízke investičné a prevádzkové náklady, znižuje spotrebu rozpúšťadiel a/alebo umožňuje používať ekologickejšie rozpúšťadlá, vďaka čomu predstavuje ekonomickú a ekologickú extrakčnú techniku. Ultrazvukom asistovaná extrakcia prekonávajúca konvenčné extrakčné metódy (UAE) bola zavedená v potravinárskom priemysle na výrobu bioaktívnych zlúčenín s ekonomickým prínosom.
Výkonné 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 konopy.
Astaxantín
Astaxantín sa vyznačuje sýtočervenou farbou. Je to pigment rozpustný v tukoch, ktorý sa nachádza v riasach (napr. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvasinkách (napr. Phaffia rhodozyma), lososoch, pstruhoch, krile, krevetách a rakoch. Astaxantín sa považuje za superantioxidant, pretože jeho antioxidačný účinok je desať- až dvadsaťkrát silnejší než účinok mnohých iných karotenoidov, ako sú betakarotén, luteín a zeaxantín, a stokrát silnejší než účinok alfa-tokoferolu (vitamínu E).
Astaxantín (3,3′-dihydroxy-β, β′-karotén-4,4′-dión) je ketokarotenoid a patrí do širšej triedy chemických zlúčenín známych ako terpény (ako tetraterpenoid), ktoré sú zložené z päťuhlíkových prekurzorov, izopentenyldifosfátu a dimetylalyldifosfátu. Astaxantín sa zaraďuje medzi karotenoidové zlúčeniny so zložkami obsahujúcimi kyslík, konkrétne hydroxylovou (-OH) alebo ketónovou (C=O) skupinou, ako sú zeaxantín a kantaxantín. Astaxantín je metabolit zeaxantínu a/alebo kantaxantínu, ktorý obsahuje hydroxylové aj ketónové funkčné skupiny. Podobne ako mnohé karotenoidy je astaxantín pigment rozpustný v lipidoch a vyznačuje sa červenou farbou. Karotenoidy vrátane astaxantínu sú dobre známe svojou antioxidačnou kapacitou.
Astaxantín je červený pigment a prirodzene vzniká v mikroriasach žijúcich v dažďovej vode (Haematococcus pluvialis) a v kvasinke nazývanej Xanthophyllomyces dendrorhous (známej aj ako Phaffia rhodozyma). Riasy sa vystavujú stresu vyvolanému jednou podmienkou alebo kombináciou podmienok, od nedostatku živín cez zvýšenú salinitu až po nadmerné slnečné žiarenie, aby vytvárali astaxantín. Druhy, ktoré konzumujú tieto stresované sladkovodné mikroriasy, ako sú lososy, červené pstruhy, červené pražmy, plameniaky a kôrovce (napr. krevety, kril, kraby, homáre, raky), odrážajú túto pigmentáciu vo svojom vzhľade červenooranžovými odtieňmi.
Ako výživový doplnok sa astaxantín podáva pre svoje účinky podporujúce zdravie a liečiace ochorenia. Astaxantín je osvedčené nutraceutikum podávané na zlepšenie zdravia pokožky (napr. na zmiernenie vrások, poškodenia spôsobeného spálením na slnku atď.).
Astaxantín navyše priťahuje čoraz väčšiu pozornosť pre svoje využitie pri liečbe Alzheimerovej choroby, Parkinsonovej choroby, srdcovo-cievnych ochorení, vysokej hladiny cholesterolu, ochorení pečene, vekom podmienenej degenerácie makuly a pri prevencii rakoviny.
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnych až po priemyselné rozmery.