Ultrazvukom zintenzívnené trojfázové rozdeľovanie

• Trojfázové rozdeľovanie (TPP) je technika na extrakciu, separáciu a čistenie zložiek, napr. lipidov, enzýmov, polysacharidov a ďalších biomolekúl, z biologického materiálu.
• Trojfázové rozdeľovanie podporované ultrazvukom prekonáva konvenčné trojfázové rozdeľovanie vyšším výťažkom, lepšou čistotou a mimoriadnou rýchlosťou.
• Ultrazvukové trojfázové rozdeľovanie je použiteľné pre malé aj veľké objemy a možno ho ľahko preniesť do priemyselnej výroby.

Ultrazvukové trojfázové rozdeľovanie

Trojfázové rozdeľovanie

Trojfázové rozdeľovanie (TPP) je jednoduchý a účinný jednostupňový proces na separáciu, čistenie a zahusťovanie biomolekúl, ako sú enzýmy, lipidy, polysacharidy atď., z komplexných zmesí.
TPP sa vykonáva postupným pridávaním dostatočného množstva soli (zvyčajne síranu amónneho) a organického rozpúšťadla (najmä t-butanol/tert-butanol). Soli, ako je síran amónny, sa používajú pri určitom stupni nasýtenia na vyzrážanie proteínu. Organické rozpúšťadlo, ako napríklad t-butanol, sa pridáva na vytvorenie troch fázových vrstiev a odstránenie zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou, ako sú lipidy, fenolové zlúčeniny a niektoré detergenty. Keďže t-butanol má vysoký bod varu, ale je menej horľavý než etanol a metanol, t-butanol je preferovaným rozpúšťadlom pre TPP.
Po spracovaní surového extraktu a dekantácii sa zmes rozdelí na tri odlišné fázy: horná fáza rozpúšťadla (t-butanol) obsahuje nepolárne zlúčeniny, ktoré sú od spodnej vodnej fázy (obsahujúcej polárne zlúčeniny) oddelené proteínovým precipitátom na rozhraní fáz. Požadované proteíny sa selektívne rozdeľujú do jednej fázy a ostatné kontaminujúce proteíny do druhej fázy. Výsledkom je čiastočné vyčistenie a zahustenie proteínu. Extrakčný proces je kombináciou kozmotropného zrážania, vysoľovania, zrážania izotonickým spolurozpúšťadlom a osmolytického zrážania proteínov.

Ultrazvukom zintenzívnené trojfázové rozdeľovanie

Sonikácia výrazne zintenzívňuje proces TPP. Trojfázové rozdeľovanie podporované ultrazvukom sa úspešne používa na separáciu a čistenie biomolekúl. Široké spektrum biomolekúl bolo izolované účinnejšie a za kratší čas. Napríklad enzýmy z rastlín (napr. bromelaín, papaín, invertáza, polyfenoloxidáza a inhibítory trypsínu), živočíchov (napr. trypsín, α-chymotrypsín, chymozín, pepsín a luciferáza) a mikroorganizmov (napr. lipáza, α-amyláza, α-galaktozidáza, serratiopeptidáza, cyklodextrínglykozyltransferáza a fibrinolytické enzýmy) boli vyčistené pomocou ultrazvukového TPP. Ďalším prínosom ultrazvukového trojfázového rozdeľovania je zvýšená aktivita rôznych enzýmov, ktorá vedie k zdanlivo vyšším výťažkom (približne o 100%), pretože cieľový enzým alebo proteín sa vyzráža v strednej vrstve medzi organickou a vodnou fázou.
Ultrazvukové trojfázové rozdeľovanie možno účinne používať so surovými vzorkami a ľahko preniesť do väčšej mierky.

Príklady ultrazvukového trojfázového rozdeľovania (US-TPP)

Ultrazvukové TPP na extrakciu astaxantínu

Pri extrakcii astaxantínu (AX) je kombinované spracovanie pomocou TPP a sonikácie sonikátorom Hielscher UP400S nielen jednoduchou a ľahko použiteľnou, ale aj veľmi účinnou technikou na izoláciu AX z bakteriálnej biomasy Paracoccus NBRC 101723. Prevádzkové premenné sonikácie možno optimalizovať na dosiahnutie optimálnych výsledkov extrakcie. Parametre ultrazvukového spracovania, ako sú amplitúda, čas, teplota a extrakčná nádoba (veľkosť, tvar), ako aj veľkosť častíc biomasy, výrazne ovplyvňujú ultrazvukové uvoľňovanie AX z biomasy. Pri rýchlej a účinnej extrakcii AX prináša ultrazvukové spracovanie vlhkej biomasy lepšie výsledky než ultrazvukové TPP sušenej biomasy. Ultrazvukové TPP prináša o 37% vyššiu výťažnosť AX než konvenčná extrakcia rozpúšťadlom. (porov. Chougle et al. 2013)

Ultrazvukové TPP na separáciu andrografolidu z Andrographis paniculata

Andrografolid je labdánový diterpenoid, ktorý je cenený pre svoje výrazné protizápalové, antioxidačné, hepatoprotektívne, antikarcinogénne a antidiabetické účinky. Porovnávacie štúdie ukazujú, že ultrazvukové TPP v porovnaní s konvenčným TPP nielen zvyšuje výťažok andrografolidu, ale zlepšuje aj jeho antioxidačnú aktivitu.

Vysokovýkonné sonikátory na trojfázové rozdeľovanie

Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na návrh a výrobu vysokovýkonných ultrazvukových systémov na extrakciu, ako aj na mnohé ďalšie procesy.
Náš sortiment zahŕňa malé, výkonné laboratórne sonikátory, robustné stolové homogenizátory a priemyselné vysokovýkonné ultrazvukové systémy. Rozmanité príslušenstvo umožňuje ideálne prispôsobiť ultrazvukový systém špecifickým požiadavkám vášho procesu. Všetky sonikátory Hielscher sú skonštruované na prevádzku 24/7 pri plnom zaťažení.
Naše dlhoročné skúsenosti s ultrazvukovým spracovaním nám umožňujú poskytovať klientom poradenstvo od ich prvých skúšok s ultrazvukom cez jednotlivé kroky optimalizácie procesu až po jeho zavedenie v priemyselnej mierke.
Pomocou formulára nižšie nám povedzte o svojom procese! Radi vám poskytneme odporúčania a prediskutujeme možnosti a výhody sonikácie pre vašu aplikáciu.

Literatúra/Referencie

• Chougle, J.A: et al. (2013): Trojfázové rozdeľovanie podporované ultrazvukom (UATPP): Nová technika vyvinutá na extrakciu astaxantínu z Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – výročná konferencia University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Fázové rozdeľovanie na separáciu enzýmov: Prehľad a najnovšie aplikácie. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Zintenzívnená extrakcia oleorezínu z prášku z podzemkov zázvoru (Zingiber officinale) pomocou trojfázového rozdeľovania podporovaného enzýmami. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultrazvuk v synergii s trojfázovým rozdeľovaním na extrakciu a separáciu polysacharidov Corbicula fluminea a možné súvisiace mechanizmy. Ultrasonics Sonochemistry zv. 40, časť A, 2018. 128–134.