Ultrazvočna ekstrakcija astaksantina za višje donose
- Astaksantin je zelo močan antioksidant, ki se uporablja v farmacevtskih izdelkih in prehranskih dopolnilih.
- Za proizvodnjo visokokakovostnega astaksantina iz naravnih virov, kot so alge, je potrebna visoko zmogljiva tehnika ekstrakcije.
- Ultrazvočna ekstrakcija je mehanska obdelava, ki daje visoke donose astaksantina v zelo kratkem času ekstrakcije.
Visoko zmogljivi zvočni aparati za visokokakovostne izvlečke astaksantina
Ultrazvočna ekstrakcija je visoko zmogljiva tehnika ekstrakcije, ki uporablja intenzivne ultrazvočne valove za ekstrakcijo astaksantina iz naravnih virov, kot so mikroalge, kril ali raki. Astaksantin je naravni karotenoidni pigment, znan po svojih močnih antioksidativnih lastnostih in različnih koristih za zdravje. Običajno se uporablja kot prehransko dopolnilo in barvilo za živila. Spoznajte, kako ultrazvočno razbijanje pomaga izboljšati vaš proces ekstrakcije astaksantina!
MultiSonoReactor za izboljšano ekstrakcijo astaksantina z uporabo ultrazvoka visoke moči
Ultrazvočna ekstrakcija astaksantina iz mikroalg
Astaksantin za prehranska dopolnila, ki jih ljudje in živali uživajo zaradi svojih koristi za zdravje, astaksantin se pridobiva iz morskih sadežev ali ekstrahira iz alg H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelena mikroalga, ki proizvaja visoko vsebnost astaksantina v stresnih pogojih, npr. visoka slanost, pomanjkanje dušika, visoka temperatura in svetloba. Z do 9,2 mg/g astaksantina na celico alg (= do 3,8% suhe teže H. pluvialis) Haematococcus pluvialis nabira zelo visoko vsebnost naravnega astaksantina in je zato najprimernejši organizem za proizvodnjo astaksantina.
Da bi sprostili astaksantin iz zelenih mikroalg, je treba celice alg prekiniti. Ultrasonication je dobro uveljavljen za namen celičnih motenj, lize in izolacije bioaktivnih spojin, kot so lipidi, antioksidanti, polifenoli in naravni pigmenti. Visoko zmogljiva ultrazvok ustvarja čisto mehanske sile, ki s strižnimi silami motijo celične stene in povzročajo sproščanje bioaktivnih snovi, kot je astaksantin.
Ultrazvočna ekstrakcija astaksantina iz kvasa
Phaffia rhodozyma je kvas, bogat z astaksantinom. Vendar pa debela celična stena P. rhodozyma, ki je v glavnem sestavljena iz glukana in je odgovorna za togost celic, naredi motnje celic in izolacijo astaksantina zahtevno nalogo. Raziskovalci (Gogate et al. 2015) so ugotovili, da ultrazvočna ekstrakcija v kombinaciji z mlečno kislino okrepi motnje celic in naredi ekstrakcijo astaksantina iz P. rhodozyma bolj zelen, okolju prijaznejši proces. Uporabili so mlečno kislino kot medij za motnje in etanol kot topilo za ekstrakcijo. Največji izkoristek astaksantina (90%) je bil dosežen za pristop ultrazvočne ekstrakcije, ki temelji na uporabi 3 M mlečne kisline, čas prekinitve 15 min. Zmogljivi ultrazvočni ekstraktorji, kot je UIP4000hd (4kW, glej sliko levo) v kombinaciji s pretočnim reaktorjem pod tlakom, omogočajo ustvarjanje zelo intenzivne kavitacije. Kavitacijske strižne sile motijo celične stene kvasovk in spodbujajo prenos mase med notranjostjo celice in topilom.
- Vrhunski donos
- Hitra ekstrakcija – v nekaj minutah
- Visokokakovostni izvlečki – Blaga, netoplotna
- Zelena topila (npr. voda/etanol)
- Gospodarne
- Enostavno in varno upravljanje
- Nizki investicijski in operativni stroški
- 24/7 delovanje v težkih tovornih vozilih
- Zelena, okolju prijazna metoda
Ultrazvočna ekstrakcija astaksantina – v paketnem ali neprekinjenem načinu pretoka
Astaksantin je lipofilna spojina in se lahko raztopi v topilih (npr. 48,0 % etanola v etil acetatu) in oljih (npr. sojino olje).
Serije: Ultrazvočni procesi ekstrakcije se lahko izvajajo kot preprosti šaržni procesi ali kot inline obdelava, kjer se medij neprekinjeno dovaja skozi ultrazvočni pretočni reaktor.
Serijska obdelava je enostaven postopek, pri katerem se ekstrakcija izvaja veliko za serijo. Hielscher Ultrasonics ponuja ultrazvočne procesorje za majhne do velike serije, tj. 1L do 120L.
Za obdelavo serij od 5 do 10 l priporočamo UP400St s sonotrodom S24d22L2D (glej sliko levo).
Za obdelavo serij po približno 120 l priporočamo Sonicator UIP2000hdT s sonotrodom RS4d40L4.
Pretok: Za večje količine in popolno komercialno ekstrakcijo se neprekinjen tekoči tok donaša skozi ultrazvočni reaktor, kjer se topilo / botanična gnojevka intenzivno uniči.
Za prostornino približno 8 l/min. priporočamo UIP4000hdT s sonotrodo RS4d40L3 in pretočno celico pod tlakom FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2 kW) za ekstrakcijo v velikem obsegu
Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati za ekstrakcijo
Hielscher Ultrasonics je specializiran za proizvodnjo visoko zmogljivih sonikatorjev za proizvodnjo visokokakovostnih izvlečkov iz rastlin, kvasovk in celic. Širok portfelj izdelkov Hielscher Ultrasonics sega od majhnih, zmogljivih laboratorijskih ultrazvočnih aparatov do robustnih namiznih in popolnoma industrijskih sistemov, ki zagotavljajo ultrazvok visoke intenzivnosti za učinkovito ekstrakcijo in izolacijo bioaktivnih sestavin, kot so astaksantin, kvercetin, kofein, kurkumin, terpeni itd. Vsi digitalni zvočni aparati od 200 W do 16.000 W imajo intuitiven meni s programabilnimi nastavitvami, barvni zaslon na dotik za udobno upravljanje, integrirano kartico SD za samodejno snemanje podatkov, daljinski upravljalnik brskalnika in številne druge uporabniku prijazne funkcije. Sonotrode in pretočne celice (deli, ki so v stiku z medijem) se lahko avtoklavirajo in se enostavno čistijo. Vsi naši ultrazvočni aparati so izdelani za delovanje 24/7, zahtevajo malo vzdrževanja in so enostavni in varni za uporabo.
Digitalni barvni zaslon omogoča uporabniku prijazen nadzor ultrazvočne opreme. Naši sistemi so sposobni zagotavljati od nizkih do zelo visokih amplitud. Za ekstrakcijo kemičnih spojin, kot je astaksantin, ponujamo posebne ultrazvočne sonotrode (znane tudi kot ultrazvočne sonde ali rogovi), ki so optimizirane za občutljivo izolacijo visokokakovostnih aktivnih snovi. Hielscher ponuja posebne sonotrode za visoke amplitude v kombinaciji s pretočnimi celicami pod tlakom, ki lahko ustvarijo ekstremne kavitacijske strižne sile, ki motijo tudi zelo trdne celice kvasovk. Robustnost Hielscher ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Natančna kontrola ultrazvočnih procesnih parametrov zagotavlja ponovljivost in standardizacijo procesa. Hielscher industrijski, avtomatizirani ultrazvočni ekstrakcijski sistemi so zasnovani za visoke proizvodne zmogljivosti vrhunskih ekstraktov, hkrati pa zmanjšujejo delo, stroške in energijo.
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Literatura/Reference
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Sono-ekstrakcija
Ultrazvočna ekstrakcija ali sono-ekstrakcija temelji na načelu akustične kavitacije.
Ko se na tekoče sisteme nanesejo intenzivni ultrazvočni valovi, pride do akustične kavitacije, ki je pojav nastajanja, rasti in morebitnega propada vakuumskih mehurčkov (glej sliko spodaj). Med širjenjem ultrazvočnih valov vakuumski mehurčki nihajo in rastejo, dokler ne dosežejo točke, ko ne morejo absorbirati več energije. Na vrhuncu rasti mehurčkov se silovito zrušijo, kar povzroča lokalne toplotne, mehanske in kemične učinke. Mehanski učinki vključujejo visoke tlake do 1000 atm, turbulence in intenzivne strižne sile. Te sile motijo celične stene in spodbujajo prenos mase med notranjostjo celice in topilom, ki sprošča bioaktivne spojine v okoliško tekočino (tj. topilo).
Akustična kavitacija, ki jo ustvarja visokointenziven, nizkofrekvenčni ultrazvok, ustvarja intenzivne strižne sile in lokalno pojavljajoče se visoke tlakne in temperaturne razlike, ki zagotavljajo potreben vpliv na motnje celic, intenzivno mešanje in prenos mase. Te ultrazvočne strižne sile se uspešno uporabljajo za ekstrakcijo konoplje.
Ultrazvočna ekstrakcija spojin iz rastlin in celičnega tkiva je bila dobro raziskana. Uporaba zelo intenzivnih ultrazvočnih valov znatno spodbuja procese ekstrakcije. Poleg intenzifikacije procesov – kar ima za posledico večji donos in krajši čas ekstrakcije – Toplotna razgradnja in izguba temperaturno občutljivih sestavin je preprečena, saj je ultrazvočna obdelava netoplotna. Poleg tega ima ultrazvočna ekstrakcija nizke naložbene in operativne stroške, zmanjšuje uporabo topil in / ali omogoča uporabo bolj zelenih topil, zaradi česar je ekonomična in okolju prijazna tehnika ekstrakcije. Ultrazvočno podprta ekstrakcija (ZAE), ki presega konvencionalne metode ekstrakcije, je bila sprejeta iz živilske industrije za proizvodnjo bioaktivnih spojin z gospodarskimi koristmi.
Močni ultrazvočni valovi motijo celično matrico bioloških struktur in sproščajo bioaktivne spojine. Prenos mase med rastlinskim materialom in topilom se okrepi. Zaradi teh mehanizmov je ultrazvočna ekstrakcija zelo učinkovita za ekstrakcijo konoplje.
astaksantin
Astaksantin odlikuje temno rdeča barva. To je pigment, topen v maščobah, ki ga najdemo v algah (npr. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvasovkah (npr. Phaffia rhodozyma), lososu, postrvi, krilu, kozicah in rakih. Astaksantin velja za super-antioksidant, saj je njegova antioksidativna moč deset do dvajsetkrat močnejša kot pri mnogih drugih karotenoidih, kot so beta-karoten, lutein in zeaksantin, in stokrat močnejša od alfa-tokoferola (vitamin E).
Astaksantin (3,3′-dihidroksi-β, β′-karoten-4,4′-dion) je keto-karotenoid in spada v večji razred kemičnih spojin, znanih kot terpeni (kot tetraterpenoid), ki so sestavljeni iz petih ogljikovih predhodnikov, izopentenil difosfata in dimetilalil difosfata. Astaksantin je razvrščen kot vrsta karotenoidnih spojin s sestavinami, ki vsebujejo kisik, in sicer hidroksilom (-OH) ali ketonom (C = O), kot sta zeaksantin in kantaksantin. Astaksantin je presnovek zeaksantina in/ali kantaksantina, ki vsebuje hidroksilne in ketonske funkcionalne skupine. Kot mnogi karotenoidi je tudi astaksantin pigment, topen v lipidih in se odlikuje po rdeči barvi. Karotenoidi, vključno z astaksantinom, so dobro znani po svoji antioksidativni sposobnosti.
Astaksantin je rdeč pigment in naravno izvira iz mikroalg deževnice (Haematococcus pluvialis) in kvasovke, imenovane Xanthophyllomyces dendrorhous (znan tudi kot Phaffia rhodozyma). Alge so podvržene stresu zaradi enega ali kombinacije pogojev, ki segajo od pomanjkanja hranil, povečane slanosti in prekomernega sonca, da ustvarijo astaksantin. Vrste, ki uživajo te stresne sladkovodne mikroalge, kot so losos, rdeča postrv, rdeča orada, flamingo, raki (npr. kozice, kril, rakovica, jastog, rak), odražajo pigmentacijo rdeče-oranžnih odtenkov v svojem videzu.
Kot dodatek se astaksantin daje zaradi svojih učinkov na zdravje in zdravljenje bolezni. Astaksantin je dobro uveljavljen nutracevtik, ki se uporablja za izboljšanje zdravja kože (npr. zmanjšanje gub, poškodb zaradi sončnih opeklin itd.).
Poleg tega je astaksantin deležen vse večje pozornosti za njegovo uporabo za zdravljenje Alzheimerjeve bolezni, Parkinsonove bolezni, kardiovaskularnih bolezni, visokega holesterola, bolezni jeter, starostne makularne degeneracije in preprečevanja raka.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.