Ultrazvuková extrakcia pigmentov spiruliny
Ultrazvuková extrakcia sa ukázala ako vysoko účinná na izoláciu extraktov mikrorias najvyššej kvality. Pigmenty spiruliny, ako je fykocyanín, sú známe ako superpotraviny, ktoré prispievajú k zdravotným výhodám vďaka vysokému obsahu antioxidantov, vitamínov a bielkovín. Na výrobu vysoko koncentrovaných doplnkov, ako sú prášky a tablety, musia byť modré pigmenty extrahované z rias spirulina.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) a Arthrospira maxima (A. maxima) sú známe pod pojmom spirulina. Spirulina sú modrozelené riasy, ktoré sú bohaté na aminokyseliny a antioxidanty. S vysokou záťažou živín, ako sú bielkoviny, enzýmy, minerály a vitamíny A, K, B12, železo a mangán, sú kategorizované ako superpotravina. Rod rias Arthrospira má obzvlášť vysoký obsah bielkovín. Jeho obsah bielkovín sa pohybuje od 53 do 68 % sušiny a ponúka celé spektrum všetkých esenciálnych aminokyselín. Okrem toho má Arthrospira vysoké množstvo polynenasýtených mastných kyselín (PUFA), čo je približne 1,5 až 2 % z celkového obsahu lipidov 5 až 6 %. Tieto PUFA obsahujú kyselinu γ-linolénovú (GLA), esenciálnu omega-6 mastnú kyselinu. Medzi ďalšie bioaktívne zlúčeniny Arthrospira patria vitamíny, minerály, ako aj fotosyntetické pigmenty.
Poznámka: Z vedeckého hľadiska sa Spirulina platensis (S. platensis) a Spirulina maxima (S. maxima) správne označujú ako Arthrospira platensis (A. platensis) a Arthrospira maxima (A. maxima). Oba druhy boli kedysi zaradené do rodu Spirulina a dodnes sú hovorovo známe pod názvom spirulina. Hoci je v súčasnosti všeobecne akceptované zavedenie dvoch samostatných rodov Arthrospira a Spirulina, termín spirulina sa často používa ako zastrešujúci termín.
Ultrazvuková extrakcia spiruliny
Ultrazvukové bunkové disruptory (tiež nazývané ultrazvukové extraktory) sú dobre známe svojou schopnosťou otvárať bunky s cieľom uvoľniť intracelulárny materiál. Keď sa intenzívne ultrazvukové vlny spoja do tekutín, dochádza k javu akustické kavitácie. Kavitačné sily narúšajú bunkové steny a zvyšujú prenos hmoty, takže bioaktívne cieľové zlúčeniny sú transportované z bunky do kvapaliny.
Ultrazvuková extrakcia z buniek: mikroskopický priečny rez (TS) ukazuje mechanizmus pôsobenia počas ultrazvukovej extrakcie z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Výhody ultrazvukovej extrakcie
- vysoký výnos
- Vynikajúca kvalita extraktu
- rýchla extrakcia
- Mierny, netepelný proces
- Rôzne rozpúšťadlá
- Bezpečný
- jednoduchá obsluha
- Lineárne škálovanie
- nízka údržba
- Rýchla návratnosť investícií
Extrakčný protokol
Prabuthas et al. (2011) vyvinuli nasledujúci extrakčný protokol s cieľom získať vysoko kvalitný extrakt z fykocyanínu: Extrakcia fykocyanínu bola hodnotená z hľadiska koncentrácie fykocyanínu pomocou destilovanej vody a 1% roztoku CaCl2. Morské riasy spirulina sa používajú v sušenej forme, pretože vlhká biomasa je okamžite využitá baktériami a začína sa odbúrať kvôli svojmu výživovému zloženiu. Preto, aby sa predišlo týmto problémom, odporúča sa použitie sušenej biomasy rias. Extrakcia sa uskutočnila zmiešaním 0,1 g sušenej biomasy s množstvom rozpúšťadla, sonikácia bola vykonaná čas a amplitúda podľa experimentálneho návrhu. Suspenzie vzoriek boli sonikované pomocou Hielscherovho ultrazvukového disruptora buniek UP50H, po ktorom nasledovala centrifugácia po dobu 15 minút pri 13500 ot./min pomocou chladenej odstredivky. Obsah fykocyanínu a bielkovín počas extrakcie rôznymi rozpúšťadlami bol skúmaný chlorid vápenatý a destilovaná voda.
Maximálne množstvo fykocyanínu, 0,3116 mg/ml, sa získalo v roztoku chloridu vápenatého a potom 0,299 mg/ml v destilovanej vode. Maximálne množstvo bielkovín, 63,63 %, bolo získané v destilovanom vodnom rozpúšťadle a 54,69 % v roztoku chloridu vápenatého. Takže sa zistilo, že roztok CaCl2 je najlepším rozpúšťadlom na extrakciu fykocyanínu s ultrazvukovou asistenciou.
Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory na extrakciu spiruliny
Hielscher je váš dlhoročný skúsený partner, pokiaľ ide o výkonnú a spoľahlivú ultrazvukovú extrakciu bioaktívnych látok z rastlinnej a fytobiomasy. Všetky ultrazvukové extraktory je možné prevádzkovať 24 hodín denne, 7 dní v týždni a sú vhodné na komerčnú výrobu diétnych extraktov. Náš sortiment zahŕňa celé spektrum od menších ručných biodisruptorov až po pilotné ultrazvukové prístroje a priemyselné ultrazvukové systémy. Rôzne príslušenstvo, ako sú rôzne sonotródy a reaktory s prietokovými článkami, umožňujú optimálne prispôsobenie požiadavkám vášho procesu. Všetky ultrazvukové procesory Hielscher sú robustné, ľahko ovládateľné a navrhnuté pre užívateľskú prívetivosť. Naše digitálne riadené ultrazvuky sa dodávajú so vstavanou SD kartou na automatické protokolovanie údajov o sonikácii.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000 |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
- Dlhoročné skúsenosti so sonikáciou
- vysoká kvalita
- odolnosť
- Prevádzka 24/7
- Ochrana proti chodu nasucho
- lineárna škálovateľnosť
- Vynikajúci zákaznícky servis
- nízka údržba
- školenie & Inštalačná služba
- Technické centrum
- vývoj procesov
- Prispôsobené ultrazvukové zariadenie
Náš dobre vyškolený personál zabezpečuje vysoký zákaznícky servis a odborné poradenstvo.
Kontaktujte nás ešte dnes! Sme radi, že vám môžeme odporučiť najvhodnejší ultrazvukový extraktor pre vašu aplikáciu.
Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory od laboratórneho až po pilotné a priemyselné meradlo.
Literatúra/Referencie
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): An efficient extraction of phycocyanin by ultrasonication and separation using ‘sugaring out’. Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
- Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Standardization of rapid and economical method for neutraceuticals extraction from algae. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, May 2011.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Spirulina
Spirulina je druh siníc (tiež známych ako cyanophyta), ktoré sú kmeňom baktérií, ktoré získavajú svoju energiu fotosyntézou. Sú to jediné fotosyntetické prokaryoty schopné produkovať kyslík. Názov sinice pochádza z farby baktérií (grécky: κυανός, preklad kyanós, doslova modrá). Vďaka svojej farbe sa im hovorí aj modrozelené riasy, hoci termín riasy sa v modernom používaní obmedzuje len na eukaryoty. Spirulina platensis (S. platensis) je multifilamentózna prokaryotická sinica, ktorá sa dá ľahko pestovať ako monokultúra v otvorených rybníkoch alebo uzavretých bioreaktoroch. C-fykocyanín (C-PC) je hlavným fykobiliproteínom v spiruline.
Výťažky zo spiruliny
Spirulina je obľúbený doplnok stravy získaný z biomasy morských siníc (modrozelené riasy). Dva druhy spiruliny používané na prípravu vegánskych proteínových a pigmentových doplnkov sú Arthrospira platensis a Arthrospira maxima. Extrakt uvoľnený z týchto mikrorias je bohatý na antioxidanty, aminokyseliny a vitamíny. Preto sa prášok z modrého extraktu pridáva do džúsov, smoothies, koktailov a nápojov a dodáva im krásnu intenzívnu modrú farbu. Alternatívne sa extrakt zo spiruliny môže konzumovať vo forme tabliet.
Fykocyanín alofykocyanín a fykoerytrín sú komplexy pigment-proteín z rodiny fykobiliproteínov zbierajúcich svetlo, ktoré sú známe svojou intenzívnou svetlomodrou farbou. Fykocyanín je doplnkový pigment k chlorofylu. Pretože všetky fykobiliproteíny sú rozpustné vo vode, nie sú prítomné v membráne, namiesto toho sú fykobiliproteíny viazané ako agregáty (takzvané fykobilizómy) na bunkovú membránu.
Ultrazvuková extrakcia a narušenie buniek
Ultrazvukom asistovaná extrakcia (SAE) sa používa na uvoľňovanie a izoláciu bioaktívnych zlúčenín z fyto materiálu, ako aj z tkaniva.
Pri ultrazvukových extrakčných procesoch sú intenzívne ultrazvukové vlny spojené do média, kde sa vlny striedajú kompresiou a expanziou. Počas cyklov kompresie / expanzie sa vytvárajú vákuové bubliny, ktoré rastú počas niekoľkých cyklov, až kým nedokážu absorbovať viac energie, takže prudko implodujú. Implózia bublín vytvára vysoko energetický stav s lokálne sa vyskytujúcimi teplotami až 5000 K, tlakovými rozdielmi 1000 atm, rýchlosťou ohrevu a chladenia nad 1010 K/s, ako aj kvapalnými prúdmi s rýchlosťou 280 m/s. Tento jav je známy ako akustická kavitácia.
Ultrazvuková extrakcia je založená na akustickej kavitácii a jej hydrodynamických šmykových silách