Ultrazvukom vylepšené trojfázové rozdelenie

• Trojfázové delenie (TPP) je technika na extrakciu, oddelenie a čistenie zložiek, napr. lipidov, enzýmov, polysacharidov a iných biomolekúl, z biologického materiálu.
• Ultrazvukom asistované trojfázové rozdelenie vyniká konvenčným trojfázovým rozdelením vyššou výťažnosťou, lepšou čistotou a výnimočnou rýchlosťou.
• Ultrazvukové trojfázové rozdelenie je použiteľné pre malé aj veľké objemy a dá sa ľahko škálovať na priemyselnú výrobu.

Ultrazvukové trojfázové partitonovanie

Trojfázové rozdelenie

Trojfázové delenie (TPP) je jednoduchý a efektívny jednokrokový proces na separáciu, čistenie a koncentráciu biomolekúl, ako sú enzýmy, lipidy, polysacharidy atď., z komplexných zmesí.
TPP sa vykonáva postupným pridaním dostatočného množstva soli (typicky síranu amónneho) a organického rozpúšťadla (hlavne t-butanol/tert-butanol). Soli, ako je síran amónny, sa používajú pri určitom nasýtení na vyzrážanie proteínu. Organické rozpúšťadlo, ako napr t-Butanol sa pridáva na vytvorenie trojfázových vrstiev a na odstránenie zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou, ako sú lipidy, fenoly a niektoré detergenty. Pretože t-butanol má vysoký bod varu, ale je menej horľavý ako etanol a metanol, t-butanol je preferovaným rozpúšťadlom pre TPP.
Po úprave surového extraktu a dekantácii sa zmes rozdelí na tri odlišné fázy: horné rozpúšťadlo (t-butanol) obsahuje nepolárne zlúčeniny, ktoré sú oddelené od spodnej vodnej fázy (obsahujúcej polárne zlúčeniny) medzifázovou proteínovou zrazeninou. Požadované proteíny sú selektívne rozdelené do jednej fázy a iné kontaminujúce proteíny do druhej fázy. To spôsobuje čiastočné čistenie a koncentráciu proteínu. Extrakčný proces je spojením kosmotropného, solného, izotonického korozpúšťadla a osmolytického zrážania proteínov.

Ultrazvukom vylepšené trojfázové rozdelenie

Sonikácia výrazne zintenzívňuje proces TPP. Ultrazvukom asistované trojfázové delenie sa úspešne používa na separáciu a čistenie biomolekúl. Široká škála biomoelkulov bola izolovaná efektívnejšie v kratšom čase. Napríklad enzýmy z rastlín (napr. bromelaín, papaín, invertáza, polyfenoloxidáza a inhibítory trypsínu), zvierat (napr. trypsín, α-chymotrypsín, chymozín, pepsín a luciferáza) a mikróbov (napr. lipáza, α-amyláza, α-galaktosidáza, serratiopeptidáza, cyklodextrín glykozyltransferáza a fibrinolytické enzýmy) boli purifikované pomocou ultrazvukového TPP. Ďalšou výhodou ultrazvukového trojfázového rozdelenia je zvýšená aktivita rôznych enzýmov, čo 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 rozdelenie je možné efektívne použiť so surovými vzorkami a dá sa ľahko zväčšiť.

Príklady ultrazvukového trojfázového rozdelenia (US-TPP)

Ultrazvukový TPP na extrakciu astaxantínu

Na extrakciu astaxantínu (AX) je kombinovaná úprava TPP a sonikácie pomocou Hielscherovho sonikátora UP400S nielen jednoduchá a ľahko použiteľná, ale aj veľmi účinná technika na izoláciu AX z bakteriálnej biomasy Paracoccus NBRC 101723. Prevádzkové premenné sonikácie je možné optimalizovať, aby sa dosiahli optimálne výsledky extrakcie. Parametre ultrazvukového spracovania, ako je amplitúda, čas, teplota a extrakčná nádoba (veľkosť, tvar), ako aj veľkosť častíc biomasy, významne ovplyvňujú ultrazvukové uvoľňovanie AX z biomasy. Ultrazvuk mokrej biomasy poskytuje lepšie výsledky ako ultrazvukový TPP sušenej biomasy pre rýchlu a efektívnu extrakciu AX. Ultrazvukové TPP má za následok o 37 % vyššiu výťažnosť AX ako konvenčná extrakcia rozpúšťadlom. (porovnaj Chougle et al. 2013)

Ultrazvukový TPP na separáciu andrographolidu od Andrographis paniculata

Andrographolid je labdanský diterpenoid, ktorý je cenený pre svoje vysoké protizápalové, antioxidačné, hepatoprotektívne, antikarcinogénne a antidiabetické účinky. Porovnávacie štúdie ukazujú, že ultrazvukový TPP nielen zvýšil výťažok andrographolidu, ale tiež zlepšil antioxidačnú aktivitu v porovnaní s konvenčným TPP.

Vysokovýkonné sonikátory pre trojfázové rozdelenie

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na návrh a výrobu vysokovýkonných ultrazvukových systémov na extrakciu, ako aj na mnoho ďalších procesov.
Náš sortiment zahŕňa malé, výkonné laboratórne ultrazvukové prístroje, robustné stolové homogenizátory a priemyselné vysokovýkonné ultrazvukové systémy. Príslušenstvo rozdeľovača umožňuje ideálne prispôsobenie ultrazvukového systému vašim špecifickým požiadavkám procesu. Všetky sonikátory Hielscher sú skonštruované pre prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri plnom zaťažení.
Naše dlhoročné skúsenosti s ultrazvukovým spracovaním nám umožňujú konzultovať našich klientov od ich prvých testov s ultrazvukom cez kroky optimalizácie procesov a implementácie v priemyselnom meradle.
Povedzte nám o svojom procese pomocou nižšie uvedeného formulára! Sme radi, že vám môžeme odporučiťdiskutujte o možnostiach a výhodách sonikácie pre vašu aplikáciu.

Literatúra/Referencie

• Chougle, JA: a kol. (2013): Ultrazvukom asistované trojfázové delenie (UATPP): Nová technika vyvinutá na extrakciu astaxantínu z Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Výročná konferencia University of Saskatchewan, Saskatoon, 7. – 10. júla 2013.
• Ketnawa, S. a kol. (2017): Fázové rozdelenie na separáciu enzýmov: Prehľad a najnovšie aplikácie. Medzinárodný časopis pre výskum potravín 24(1), 2017. 1-24.
• Varakumar, S. a kol. (2017): Vylepšená extrakcia oleoživice z prášku oddenky zázvoru (Zingiber officinale) pomocou trojfázového rozdelenia pomocou enzýmov. Potravinárska chémia 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultrazvuk synergizovaný s trojfázovým rozdelením na extrakciu a separáciu polysacharidov Corbicula fluminea a možnými relevantnými mechanizmami. Ultrazvuková sonochémia zv. 40, časť A, 2018. 128-134.