Ultrazvukom na zlepšenie narušenia a extrakcie buniek rias

Riasy, makroriasy a mikroriasy obsahujú mnoho cenných zlúčenín, ktoré sa používajú ako výživové potraviny, prídavné látky v potravinách alebo ako palivo alebo palivová surovina. Na uvoľnenie cieľových látok z bunky rias je potrebná silná a účinná technika narušenia buniek. Ultrazvukové extraktory sú vysoko účinné a spoľahlivé, pokiaľ ide o extrakciu bioaktívnych zlúčenín z rastlinných látok, rias a húb. K dispozícii v laboratóriu, bench-top a priemyselnom meradle, Hielscher ultrazvukové extraktory sú stanovené vo výrobe bunkových extraktov v potravinárstve, farmácii a bio-palivovej výrobe.

Riasy ako cenný zdroj výživy a paliva

Bunky rias sú všestranným zdrojom bioaktívnych zlúčenín a zlúčenín bohatých na energiu, ako sú bielkoviny, sacharidy, lipidy a iné bioaktívne látky, ako aj alkány. To robí riasy zdrojom potravín a výživových zlúčenín, ako aj pre palivá.
Mikroriasy sú ceneným zdrojom lipidov, ktoré sa používajú na výživu a ako východiskové suroviny pre biopalivá (napr. bionafta). Kmene morského fytoplanktónu Dicrateria, ako je Dicrateria rotunda, sú známe ako riasy produkujúce benzín, ktoré môžu syntetizovať sériu nasýtených uhľovodíkov (n-alkány) z C10H22 do C38H78, ktoré sú kategorizované ako benzín (C10 – C15), naftové oleje (C16 – C20) a vykurovacie oleje (C21 – C38).
Vzhľadom na svoju nutričnú hodnotu sa riasy používajú ako "funkčné potraviny" alebo "nutraceutiká". Medzi dôležité mikroživiny extrahované z rias patria karotenoidy astaxantín, fukoxantín a zeaxantín, fukoidan, laminari a iné glukány medzi mnohými ďalšími bioaktívnymi látkami, ktoré sa používajú ako výživové doplnky a farmceutiká. Karrageenan, alginát a iné hydrokoloidy sa používajú ako prídavné látky v potravinách. Riasy lipidy sa používajú ako vegánsky zdroj omega-3 a tiež sa používajú ako palivo alebo ako východisková surovina na výrobu bionafty.

Ultrasonic extractor with stainless steel reactor for the sommerical extraction of lipids, proteins and bioactive compounds from algal specien such as microalgae, macroalgae, phytoplankton and seaweed.

Ultrazvukový extraktor UIP2000hdT s reaktorom z nehrdzavejúcej ocele na komerčnú extrakciu lipidov, bielkovín a antioxidantov z rias.

Žiadosť o informácie





Narušenie a extrakcia buniek rias pomocou výkonového ultrazvuku

Ultrazvukové extraktory alebo jednoducho ultrasonicators sa používajú na extrakciu cenných zlúčenín z malých vzoriek v laboratóriu, ako aj na výrobu vo veľkom komerčnom meradle.
Bunky rias sú chránené komplexnými bunkovými nástennými matricami, ktoré sa skladajú z lipidov, celulózy, bielkovín, glykoproteínov a polysacharidov. Základňa väčšiny bunkových stien rias je postavená z mikrofibrilárnej siete v gélovej proteínovej matrici; Niektoré mikroriasy sú však vybavené anorganickou pevnou stenou zloženou z opalínových frustulov oxidu kremičitého alebo uhličitanu vápenatého. Na získanie bioaktívnych zlúčenín z biomasy rias je potrebná účinná technika narušenia buniek. Okrem technologických extrakčných faktorov (t. j. extrakčnej metódy a zariadenia) je účinnosť narušenia a extrakcie buniek rias silne ovplyvnená rôznymi faktormi závislými od rias, ako je zloženie bunkovej steny, umiestnenie požadovanej biomolekúny v mikroriasových bunkách a štádium rastu mikrorias počas zberu.

Ako ultrazvukové riasy bunky narušenie a extrakcia funguje?

A variety of microscopic unicellular and colonial freshwater algae, which can be disrupted by ultrasonication in order to extract valuable bioactive compounds such as proteins, lipids, polysaccharides and antioxidants. Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic extractors for commercial algae extraction.Keď sú ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou spojené ultrazvukovou sondou (tiež známou ako ultrazvukový roh alebo sonotróda) do kvapaliny alebo kalu, zvukové vlny prechádzajú kvapalinou a vytvárajú tým striedajúce sa vysokotlakové / nízkotlakové cykly. Počas týchto vysokotlakových / nízkotlakových cyklov sa vyskytujú minútové vákuové bubliny alebo dutiny. Kavitačné bubliny sa vyskytujú, keď miestny tlak klesá počas nízkotlakových cyklov dostatočne hlboko pod tlak nasýtených pár, čo je hodnota daná pevnosťou v ťahu kvapaliny pri určitej teplote. Tá, ktorá rastie v priebehu niekoľkých cyklov. Keď tieto vákuové bubliny dosiahnu veľkosť, kde nemôžu absorbovať viac energie, bublina prudko vybuchne počas vysokotlakového cyklu. Implózia kavitačných bublín je násilný, energeticky hustý proces, ktorý vytvára intenzívne rázové vlny, turbulencie a mikro-trysky v tekutine. Okrem toho sa vytvárajú lokalizované veľmi vysoké tlaky a veľmi vysoké teploty. Tieto extrémne podmienky sú ľahko schopné narušiť bunkové steny a membrány a uvoľňovať intracelulárne zlúčeniny účinným, účinným a rýchlym spôsobom. Intracelulárne zlúčeniny, ako sú bielkoviny, polysacharidy, lipidy, vitamíny, minerály a antioxidanty, sa tak môžu účinne extrahovať pomocou výkonových ultrazvukom.

Ultrasonic extractor UP400ST for small to mide-size algae disruption and extraction

The ultrasonicator UP400St je ideálny na narušenie a extrakciu bioaktívnych zlúčenín z rias v menších dávkach (približne 8-10l)

Ultrazvuková kavitácia pre narušenie a extrakciu buniek

UP400St with stirrer for cell disintegration, disruption and extractionKeď je vystavená intenzívnej ultrazvukovej energii, stena alebo membrána akéhokoľvek druhu bunky (vrátane botanickej, cicavcov, rias, húb, bakteriálnych atď.) je narušená a bunka je roztrhaná na menšie fragmenty mechanickými silami energeticky hustej ultrazvukovej kavitácie. Keď je bunková stena rozbitá, bunkové metabolity, ako sú bielkoviny, lipidy, nukleová kyselina a chlorofyl, sa uvoľňujú z matrice bunkovej steny, ako aj z vnútra bunky a prenášajú sa do okolitého kultivačného média alebo rozpúšťadla.
Vyššie opísaný mechanizmus ultrazvukovej / akustickej kavitácie vážne narúša celé riasové bunky alebo plyn a kvapalné vakuoly v bunkách. Ultrazvuková kavitácia, vibrácie, turbulencie a mikro streaming podporujú prenos hmoty medzi interiérom bunky a okolitým rozpúšťadlom tak, aby boli biomolekuly (t. j. metabolity) účinné a rýchlo uvoľnené. Pretože ultrazvukom je čisto mechanické ošetrenie, ktoré nevyžaduje drsné, toxické a / alebo drahé chemikálie.
Vysoko intenzívny, nízkofrekvenčný ultrazvuk vytvára extrémne energeticky husté podmienky, ktoré predstavujú vysoké tlaky, teploty a vysoké šmykové sily. Tieto fyzické sily podporujú narušenie bunkových štruktúr s cieľom uvoľniť intracelulárne zlúčeniny do média. Preto sa nízkofrekvenčný ultrazvuk vo veľkej miere používa na extrakciu bioaktívnych látok a palív z rias. V porovnaní s konvenčnými extrakčnými metódami, ako je extrakcia rozpúšťadla, frézovanie bôbov alebo vysokotlaková homogenizácia, ultrazvuková extrakcia vyniká uvoľňovaním väčšiny bioaktívnych zlúčenín (ako sú lipidy, bielkoviny, polysacharidy a mikroživiny) zo sonoporovaných a narušených buniek. Použitie správnych procesných podmienok, ultrazvuková extrakcia poskytuje vynikajúce extrakčné výnosy vo veľmi krátkom trvaní procesu. Napríklad vysokovýkonné ultrazvukové extraktory vykazujú vynikajúci extrakčný výkon z rias, keď sa používajú s vhodným rozpúšťadlom. V kyslom alebo alkalickom médiu sa bunková stena rias dostane pórovitá a pokrčená, čo vedie k zvýšeným výnosom pri nízkej teplote (pod 60 ° C) v krátkom čase ultrazvukom (menej ako 3 hodiny). Krátke trvanie extrakcie pri miernych teplotách zabraňuje degradácii fukoidínu, takže sa získa vysoko bioaktívny polysacharid.
Ultrazvukom je tiež metóda transformácie vysoko-molekulovej hmotnosti fukoidán na fukoidan s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktorý je výrazne bioaktívnejší vďaka svojej opracovnej štruktúre. S vysokou bioaktivitou a bioaccessibility je fukoidan s nízkou molekulovou hmotnosťou zaujímavou zlúčeninou pre lieky a systémy dodávania liekov.

Žiadosť o informácie





Prípadové štúdie: Ultrazvuková extrakcia zlúčenín rias

Ultrazvuková extrakčná účinnosť a optimalizácia ultrazvukových extrakčných parametrov boli široko študované. Nižšie nájdete príkladné výsledky pre výsledky extrakcie prostredníctvom ultrazvukom z rôznych druhov rias.

Extrakcia bielkovín zo spiruliny pomocou mano-termo-ultrazvukom

Výskumná skupina profesora Chemata (University of Avignon) skúmala účinky manotermosonication (MTS) na extrakciu proteínov (ako je fykocyanín) zo suchých arthrospirských predlohových cyanobaktérií (tiež známych ako spirulina). Mano-Thermo-Sonication (MTS) je aplikácia ultrazvukom v kombinácii so zvýšeným tlakom a teplotami s cieľom zintenzívniť ultrazvukový extrakčný proces.
"Podľa experimentálnych výsledkov MTS podporovala prenos hmoty (vysoká efektívna difúzia, De) a umožnila získať o 229% viac proteínov (28,42 ± 1,15 g/100 g DW) ako bežný proces bez ultrazvuku (8,63 ± 1,15 g/100 g DW). S 28,42 g bielkovín na 100 g suchej biomasy spiruliny v extrakte bola miera regenerácie bielkovín 50% dosiahnutá za 6 účinných minút s nepretržitým procesom MTS. Mikroskopické pozorovania ukázali, že akustická kavitácia ovplyvnila vlákna spiruliny rôznymi mechanizmami, ako je fragmentácia, sonoporácia, detexturácia. Tieto rôzne javy uľahčujú extrakciu, uvoľňovanie a rozpustnosť bioaktívnych zlúčenín spiruliny." [Vernès et al., 2019]

Ultrasonic extraction of spirulina protein from Arthrospira platensis cyanobacteria.

Optické mikroskopické snímky celých spiurulínových vlákien, ktoré boli v priebehu času podrobené ošetreniu MTS. Mierka pruhu (obrázok A) = 50 μm pre všetky obrázky.
obrázok a štúdia: ©Vernès et al. 2019

Ultrazvukový fucoidan a glucan extrakcia z Laminaria digitata

Výskumná skupina TEAGASC Dr. Tiwari skúmala extrakciu polysacharidov, t. j. fukoidánu, laminarínu a celkových glukánov, z makroalgae Laminaria digitata s použitím Ultrasonicator UIP500hdT. Študované parametre rozpúšťadle asistovanej extrakcie (SAE) ukázali významný vplyv na hladiny fukozy, FRAP a DPPH. Hladiny 1060,75 mg/100 g ds, 968,57 mg/100 g ds, 8,70 μM trolox/mg fde a 11,02% boli získané pre fukozu, celkové glukány, FRAP a DPPH za optimalizovaných podmienok teploty (76◦C), času (10 min) a ultrazvukovej amplitúdy (100%) s použitím 0,1 M HCl ako rozpúšťadla. Opísané podmienky SAE sa potom úspešne aplikovali na iné ekonomicky relevantné hnedé makronasély (L. hyperborea a A. nodosum) na získanie extraktov bohatých na polysacharidy. Táto štúdia demonštruje uplatniteľnosť SAE na zvýšenie extrakcie bioaktívnych polysacharidov z rôznych makrogalálnych druhov.

Ultrazvuková fytochemikália extrakcia z F. vesiculosus a P. canaliculata

Výskumný tím Spoločnosti García-Vaquero porovnával rôzne nové extrakčné techniky vrátane vysokovýkonnej ultrazvukovej extrakcie, ultrazvuk-mikrovlnnej extrakcie, mikrovlnnej extrakcie, hydrotermálnej extrakcie a vysokotlakovej extrakcie s cieľom vyhodnotiť účinnosť extrakcie z hnedého mikroriasového druhu Fucus vesiculosus a Pelvetia canaliculata. Pre ultrazvukom, použili Hielscher UIP500hdT ultrazvukový extraktor. Akákoľvek extrakcia výnosov odhalila, že ultrazvuková extrakcia dosiahla najvyššie výnosy väčšiny fytochemikálií z oboch F. vesiculosus. To znamená, že najvyššie výnosy zlúčenín extrahovaných z F. vesiculosus s použitím Ultrazvukový extraktor UIP500hdT boli: celkový obsah fenolu (445,0 ± ekvivalenty kyseliny galovej/g), celkový obsah feloronanovodíka (362,9 ± 3,7 mg ekvivalentov faloroglucinolu/g), celkový obsah flavonoidov (286,3 ± 7,8 mg ekvivalentov kvercetínu/g) a celkový obsah tanínu (189,1 ± 4,4 mg katechínových ekvivalentov/g).
Vo svojej výskumnej štúdii tím dospel k záveru, že použitie rozpúšťadle asistovanej extrakcie "v kombinácii s 50% etanolovým roztokom ako extrakčným rozpúšťadlom by mohlo byť sľubnou stratégiou zameranou na extrakciu TPC, TPhC, TFC a TTC, pričom zníženie ko-extrakcie nežiaducich sacharidov z F. vesiculosus a P. canaliculata, so sľubnými aplikáciami pri použití týchto zlúčenín ako liečiv, nutraceutiká a kozmeceutiká." [García-Vaquero et al., 2021]

Spirulina Protein Extraction using Hielscher ultrasonic extractors can be linearly sclaed from small to large production.

Rozšírenie mano-termo-ultrazvukom na univerzite v Avignone pomocou Hielscher ultrasonicators: z laboratórneho vybavenia UIP1000hdT a) na pilotné vybavenie UIP4000hdT B, C & D). Na obrázku D je schematizovaná prierezová časť ultrazvukovej prietokovej bunky FC100K,
obrázok a štúdia: ©Vernès et al. 2019

Ultrasonic algae disruption and extraction in continuous in-line mode for the release lipids, proteins, polysaccharides and other bioactive substances.

Ultrazvukový inline extraktor nastavenie s prietokovými bunkami: 2x UIP1000hdT Ultrasonicators s reaktormi prietokových buniek pre nepretržitú extrakciu rias

Žiadosť o informácie





Ultrasonic extractor for algae disruption in an open vessel

UIP1000hdT (1kW, 20kHz) Ultrazvukový extraktor s miešadlom na narušenie a extrakciu rias, ako je Chlorella, spirulina, nannochloropsis, brošňa riasy, ako aj iné mikro- a makro-riasy.

Výhody ultrazvukovej extrakcie rias

  • Vysoká účinnosť extrakcie
  • Vynikajúce extrakčné výnosy
  • rýchly proces
  • Nízke teploty
  • Vhodné na extrakciu termolabilových zlúčenín
  • Kompatibilné s akýmkoľvek rozpúšťadlom
  • Nízka spotreba energie
  • Technika zelenej extrakcie
  • Jednoduchá a bezpečná obsluha
  • Nízke investičné a prevádzkové náklady
  • 24/7 prevádzka v ťažkých úžitkových

Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory pre narušenie rias

Hielscher je State-of-the-Art ultrazvukové zariadenia umožňuje plnú kontrolu nad procesom parametre, ako je amplitúda, teplota, tlak a energie vstup.
Pre ultrazvukovú extrakciu môžu byť parametre, ako je veľkosť častíc suroviny, typ rozpúšťadla, pomer tuhý k rozpúšťadlu a čas extrakcie, rozmanité a optimalizované pre dosiahnutie najlepších výsledkov.
Keďže ultrazvuková extrakcia je netepelná extrakčná metóda, zabraňuje sa tepelnej degradácii bioaktívnych zložiek prítomných v surovine, ako sú riasy.
Celkovo výhody, ako je vysoký výnos, krátky čas extrakcie, nízka teplota extrakcie a malé množstvo rozpúšťadla, robia ultrazvukom vynikajúcu extrakčnú metódu.

Ultrazvuková extrakcia: založená v laboratóriu a priemysle

Ultrazvuková extrakcia je široko aplikovaná na extrakciu akéhokoľvek druhu bioaktívnej zlúčeniny z rastlinných látok, rias, baktérií a buniek cicavcov. Ultrazvuková extrakcia bola stanovená ako jednoduchá, nákladovo efektívna a vysoko efektívna, ktorá vyniká inými tradičnými extrakčnými technikami vyššími výťažnosťami extrakcie a kratším trvaním spracovania.
S labákom, bench-top a plne priemyselnými ultrazvukovými systémami ľahko dostupnými, ultrazvuková extrakcia je v dnešnej dobe dobre zavedená a dôveryhodná technológia. Hielscher ultrazvukové extraktory sú inštalované po celom svete v priemyselných spracovateľských zariadeniach, ktoré produkujú potravinárske a farmaceutické bioaktívne zlúčeniny.

Normalizácia procesov s Hielscher Ultrasonics

Extrakty získané z rias, ktoré sa používajú v potravinách, farmaceutikách alebo kozmetike, sa musia vyrábať v súlade so správnymi výrobnými postupmi (GMP) a podľa štandardizovaných špecifikácií spracovania. Digitálne extrakčné systémy Hielscher Ultrasonics prichádzajú s inteligentným softvérom, ktorý uľahčuje nastavenie a ovládanie procesu ultrazvukom presne. Automatické zaznamenávanie údajov zapisuje všetky ultrazvukové parametre procesu, ako je ultrazvuková energia (celková a čistá energia), amplitúda, teplota, tlak (keď sú namontované snímače teploty a tlaku) s dátumom a časovou pečiatkou na vstavanej SD karte. To vám umožní revidovať každú rozpúšťadle spracované lot. Zároveň je zabezpečená reprodukovateľnosť a neustále vysoká kvalita výrobku.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Prosím, použite formulár nižšie požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukové procesory, aplikácie a ceny. Budeme radi diskutovať o vašom procese s vami a ponúknuť vám Ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.

Literatúra/referencie



Fakty stojí za to vedieť

Riasy: Makroriasy, Mikroriasy, Fytoplanktón, Cyanobaktérie, Morské riasy

Termín riasy je neformálny, ktorý sa používa pre veľkú a rôznorodú skupinu fotosyntetických eukaryotických organizmov. Riasy sú väčšinou považované za protists, ale niekedy sú tiež klasifikované ako typ rastlín (botanických) alebo zboristov. V závislosti od ich bunkovej štruktúry môžu byť diferencované na makroriasy a mikroriasy, tiež známe ako fytoplanktón. Makrosugy sú viacbunkové organizmy, často známe ako morské riasy. Trieda makrorias obsahuje rôzne druhy makroskopických, mnohobunkových morských rias. Termín fytoplanktón sa používa hlavne pre mikroskopické morské jednobunkové riasy (mikroriasy), ale môže zahŕňať aj cyanobaktérie. Fytoplanktón je široká trieda rôznych organizmov vrátane fotosyntetizujúcich baktérií, ako aj mikrorias a pancierovaných kokokolithorov.
Keďže riasy môžu byť jednobunkové alebo viacbunkové s vláknitými (strunovými) alebo rastlinnými štruktúrami, často je ťažké ich klasifikovať.

Najušľachtilejšie druhy makroalgae (morské riasy) sú Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii, Gracilaria spp., Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Pyropia spp. a Sargassum fusiforme. Eucheuma a K. alvarezii sa pestujú pre karrageenan, hydrokoloidné želírovacie činidlo; Gracilaria sa chová na výrobu agaru; zatiaľ čo ostatné druhy sú kŕmené potravou a výživou.
Ďalším typom morských rias je kelp. Kelps sú veľké hnedé riasy morské riasy, ktoré tvoria poradie Laminariales. Kelp je bohatý na alginát, sacharid, ktorý sa používa na zahusťovať produkty, ako je zmrzlina, želé, šalátový dressing a zubná pasta, ako aj zložka v niektorých psích potravinách a vo vyrobených výrobkoch. Alginátový prášok sa často používa aj vo všeobecnej stomatológii a ortodontike. Kelp polysacharidy, ako je fucoidan, sa používajú v starostlivosti o pleť ako želatínové zložky.
Fucoidan je sulfátový heteropolysacharidy rozpustné vo vode, prítomné vo viacerých druhoch hnedých rias. Komerčne vyrábaný fukoidan sa ťaží hlavne z druhov morských rias Fucus vesiculosus, Cladosiphon okamuranus, Laminaria japonica a Undaria pinnatifida.

Významné riasy Rody a druhy

  • Chlorella je rod asi trinástich druhov jednobunkových zelených rias (mikroriaga), ktoré patria do divízie Chlorophyta. Chlorelové bunky majú guľovitý tvar, majú priemer asi 2 až 10 μm a nemajú žiadnu flagellu. Ich chloroplasty obsahujú zelené fotosyntetické pigmenty chlorofyl-a -b. Jedným z najpoužívanejších druhov Chlorella je Chlorella vulgaris, ktorý sa populárne používa ako v doplnku stravy alebo ako prídavná látka v potravinách bohatá na bielkoviny.
  • Spirulina Arthrospira platensis cyanobaktérie) je vláknitý a mnohobunkový modrozelený riasa.
  • Nannochloropsis oculata Je druh rodu Nannochloropsis. Je to jednobunkové malé zelené riasy, ktoré sa nachádzajú v morskej aj sladkej vode. Riasy nannochloropsis sa vyznačujú sférickými alebo mierne ovoidnými bunkami s priemerom 2-5 μm.
  • Dicrateria je rod haptofytov, ktorý zahŕňa tri druhy Dicrateria gilva, Dicrateria inornata, Dicrateria rotunda a Dicrateria vlkianum. Dicrateria rotunda (D. rotunda) môže syntetizovať uhľovodíky ekvivalentné rope (nasýtené uhľovodíky s počtom uhlíka v rozmedzí od 10 do 38).

High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.