Ultrazvočna ekstrakcija astaksantina za večje izkoristke
- Astaksantin je zelo močan antioksidant, ki se uporablja v farmacevtskih izdelkih in prehranskih dopolnilih.
- Za pridobivanje visokokakovostnega astaksantina iz naravnih virov, kot so alge, je potrebna visoko zmogljiva tehnika ekstrakcije.
- Ultrazvočna ekstrakcija je mehanska obdelava, ki omogoča velike izkoristke astaksantina v zelo kratkem času ekstrakcije.
Visoko zmogljivi sonikatorji za visokokakovostne izvlečke astaksantina
Ultrazvočna ekstrakcija je visoko zmogljiva tehnika ekstrakcije, ki z intenzivnimi ultrazvočnimi valovi ekstrahira astaksantin iz naravnih virov, kot so mikroalge, kril ali raki. Astaksantin je naravno prisoten karotenoidni pigment, znan po svojih močnih antioksidativnih lastnostih in različnih koristih za zdravje. Pogosto se uporablja kot prehransko dopolnilo in živilsko barvilo. Spoznajte, kako sonikacija pomaga izboljšati vaš postopek ekstrakcije astaksantina!
MultiSonoReactor za izboljšano ekstrakcijo astaksantina z ultrazvokom visoke moči
Ultrazvočna ekstrakcija astaksantina iz mikroalg
Astaksantin za prehranska dopolnila, ki jih ljudje in živali uživajo zaradi njihovih koristi za zdravje, se pridobiva iz morskih organizmov ali ekstrahira iz alge H. pluvialis. Haematococcus pluvialis je zelena mikroalga, ki ob izpostavljenosti stresnim razmeram, npr. visoki slanosti, pomanjkanju dušika, visoki temperaturi in svetlobi, proizvaja velike količine astaksantina. Z do 9,2mg/g astaksantina na celico alge (= do 3,8% suhe mase H. pluvialis) Haematococcus pluvialis kopiči zelo veliko vsebnost naravnega astaksantina in je zato prednostni organizem za njegovo proizvodnjo.
Za sprostitev astaksantina iz zelenih mikroalg je treba razgraditi celice alg. Ultrazvočna obdelava je dobro uveljavljena za razgradnjo celic, lizo in izolacijo bioaktivnih spojin, kot so lipidi, antioksidanti, polifenoli in naravni pigmenti. Visoko zmogljiv ultrazvok ustvarja izključno mehanske sile, ki s strižnimi silami razgradijo celične stene in povzročijo sproščanje bioaktivnih snovi, kot je astaksantin.
Ultrazvočna ekstrakcija astaksantina iz kvasovk
Phaffia rhodozyma je kvasovka, bogata z astaksantinom. Vendar debela celična stena P. rhodozyma, ki je pretežno sestavljena iz glukana in zagotavlja togost celice, otežuje razgradnjo celic in izolacijo astaksantina. Raziskovalci (Gogate et al. 2015) so ugotovili, da ultrazvočna ekstrakcija v kombinaciji z mlečno kislino intenzivira razgradnjo celic in omogoča bolj zelen ter okolju prijaznejši postopek ekstrakcije astaksantina iz P. rhodozyma. Mlečno kislino so uporabili kot medij za razgradnjo, etanol pa kot topilo za ekstrakcijo. Največji izkoristek astaksantina (90%) je bil dosežen z ultrazvočno podprto ekstrakcijo, ki je temeljila na uporabi 3 M mlečne kisline in času razgradnje 15 min. Zmogljivi ultrazvočni ekstraktorji, kot je UIP4000hd (4kW, glejte sliko levo), v kombinaciji s pretočnim reaktorjem, ki omogoča obratovanje pod tlakom, omogočajo nastanek zelo intenzivne kavitacije. Kavitacijske strižne sile razgradijo celične stene kvasovk in pospešujejo prenos snovi med notranjostjo celice in topilom.
- Vrhunski izkoristek
- Hitra ekstrakcija – v nekaj minutah
- Visokokakovostni izvlečki – blaga, netoplotna obdelava
- Zelena topila (npr. voda/etanol)
- Stroškovna učinkovitost
- Preprosto in varno upravljanje
- Nizki investicijski in obratovalni stroški
- Obratovanje 24/7 pri velikih obremenitvah
- Zelena, okolju prijazna metoda
Ultrazvočna ekstrakcija astaksantina – v šaržnem načinu ali načinu neprekinjenega pretoka
Astaksantin je lipofilna spojina in se lahko raztopi v topilih (npr. 48,0% etanola v etil acetatu) in oljih (npr. sojinem olju).
Šaržna obdelava: Postopke ultrazvočne ekstrakcije je mogoče izvajati kot preproste šaržne postopke ali kot obdelavo v pretočni liniji, pri kateri se medij neprekinjeno dovaja skozi ultrazvočni pretočni reaktor.
Šaržna obdelava je preprost postopek, pri katerem se ekstrakcija izvaja po posameznih šaržah. Hielscher Ultrasonics ponuja ultrazvočne procesorje za majhne in velike šarže, tj. od 1L do 120L.
Za obdelavo šarž od 5 do 10L priporočamo UP400ST s sonotrodo S24d22L2D (glejte sliko levo).
Za obdelavo šarž s približno 120L priporočamo sonikator UIP2000hdT s sonotrodo RS4d40L4.
Pretočna obdelava: Pri večjih prostorninah in komercialni ekstrakciji v polnem obsegu se neprekinjen tok tekočine dovaja skozi ultrazvočni reaktor, kjer se suspenzija rastlinskega materiala v topilu intenzivno sonificira.
Za prostornino približno 8L/min. priporočamo UIP4000hdT s sonotrodo RS4d40L3 in pretočno celico FC130L4-3G0, ki omogoča obratovanje pod tlakom
UIP2000hdT (2kW) za šaržno ekstrakcijo v velikem obsegu
Visoko zmogljivi ultrazvočni procesorji za ekstrakcijo
Hielscher Ultrasonics je specializiran za izdelavo visoko zmogljivih sonikatorjev za proizvodnjo visokokakovostnih izvlečkov iz rastlin, kvasovk in celic. Širok nabor izdelkov Hielscher Ultrasonics sega od majhnih, zmogljivih laboratorijskih ultrazvočnih procesorjev do robustnih namiznih in povsem industrijskih sistemov, ki zagotavljajo ultrazvok visoke intenzivnosti za učinkovito ekstrakcijo in izolacijo bioaktivnih sestavin, kot so astaksantin, kvercetin, kofein, kurkumin, terpeni itd. Vsi digitalni sonikatorji od 200W do 16.000W imajo intuitiven meni s programirljivimi nastavitvami, barvni zaslon na dotik za udobno upravljanje, vgrajeno kartico SD za samodejno beleženje podatkov, daljinsko upravljanje prek brskalnika in številne druge uporabniku prijazne funkcije. Sonotrode in pretočne celice (dele, ki so v stiku z medijem) je mogoče avtoklavirati in jih je preprosto čistiti. Vsi naši ultrazvočni procesorji so zasnovani za obratovanje 24/7, zahtevajo malo vzdrževanja ter so preprosti in varni za upravljanje.
Digitalni barvni zaslon omogoča uporabniku prijazno upravljanje ultrazvočne opreme. Naši sistemi lahko zagotavljajo amplitude od nizkih do zelo visokih. Za ekstrakcijo kemičnih spojin, kot je astaksantin, ponujamo posebne ultrazvočne sonotrode (znane tudi kot ultrazvočne sonde ali rogovi), optimizirane za skrbno izolacijo visokokakovostnih učinkovin. Hielscher ponuja posebne sonotrode za visoke amplitude v kombinaciji s pretočnimi celicami, ki omogočajo obratovanje pod tlakom in lahko ustvarijo izjemne kavitacijske strižne sile, ki razgradijo celo zelo odporne celice kvasovk. Robustnost ultrazvočne opreme Hielscher omogoča obratovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Natančen nadzor parametrov ultrazvočnega procesa zagotavlja ponovljivost in standardizacijo procesa. Avtomatizirani sistemi Hielscher za ultrazvočno ekstrakcijo v industrijskem obsegu so zasnovani za velike proizvodne zmogljivosti izvlečkov vrhunske kakovosti, hkrati pa zmanjšujejo potrebo po delu, stroške in porabo energije.
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Literatura/viri
- 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.
Koristna dejstva
Sonoekstrakcija
Ultrazvočna ekstrakcija ali sonoekstrakcija temelji na načelu akustične kavitacije.
Ko na tekoče sisteme delujejo intenzivni ultrazvočni valovi, nastane akustična kavitacija, pojav nastajanja, rasti in končnega sesedanja vakuumskih mehurčkov (glejte spodnjo sliko). Med širjenjem ultrazvočnih valov vakuumski mehurčki nihajo in rastejo, dokler ne dosežejo točke, ko ne morejo več absorbirati energije. Na vrhuncu rasti se silovito sesedejo, kar lokalno povzroči toplotne, mehanske in kemične učinke. Mehanski učinki vključujejo visoke tlake do 1000atm, turbulenco in intenzivne strižne sile. Te sile razgradijo celične stene in pospešujejo prenos snovi med notranjostjo celice in topilom, pri čemer se bioaktivne spojine sproščajo v okoliško tekočino (tj. topilo).
Akustična kavitacija, ki jo povzroča visokointenzivni nizkofrekvenčni ultrazvok, ustvarja intenzivne strižne sile ter lokalno velike razlike v tlaku in temperaturi, ki zagotavljajo potreben učinek za razgradnjo celic, intenzivno mešanje in prenos snovi. Te ultrazvočne strižne sile se uspešno uporabljajo za ekstrakcijo iz konoplje.
Ultrazvočna ekstrakcija spojin iz rastlinskega materiala in celičnega tkiva je dobro raziskana. Uporaba zelo intenzivnih ultrazvočnih valov znatno pospešuje ekstrakcijske procese. Poleg intenzifikacije procesa – ki omogoča večje izkoristke in krajši čas ekstrakcije – se preprečita toplotna razgradnja in izguba temperaturno občutljivih sestavin, saj je sonikacija netoplotna obdelava. Poleg tega ima ultrazvočna ekstrakcija nizke investicijske in obratovalne stroške, zmanjšuje porabo topil in/ali omogoča uporabo bolj zelenih topil, zaradi česar je gospodarna in okolju prijazna tehnika ekstrakcije. Ultrazvočno podprta ekstrakcija, ki presega običajne metode ekstrakcije, (UAE) je bila prevzeta iz živilske industrije za proizvodnjo bioaktivnih spojin z ekonomskimi koristmi.
Močni ultrazvočni valovi razgradijo celični matriks bioloških struktur in sprostijo bioaktivne spojine. Prenos snovi med rastlinskim materialom in topilom se intenzivira. Zaradi teh mehanizmov je ultrazvočna ekstrakcija zelo učinkovita za ekstrakcijo iz konoplje.
Astaksantin
Astaksantin se odlikuje po temno rdeči barvi. Je v maščobah topen pigment, ki ga najdemo v algah (npr. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), kvasovkah (npr. Phaffia rhodozyma), lososu, postrvi, krilu, kozicah in sladkovodnih rakih. Astaksantin velja za superantioksidant, saj je njegovo antioksidativno delovanje deset- do dvajsetkrat močnejše od delovanja številnih drugih karotenoidov, kot so betakaroten, lutein in zeaksantin, ter stokrat močnejše od delovanja alfatokoferola (vitamina E).
Astaksantin (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) je ketokarotenoid in spada v širši razred kemičnih spojin, znanih kot terpeni (kot tetraterpenoid), ki so sestavljeni iz predhodnikov s petimi ogljikovimi atomi, izopentenil difosfata in dimetilalil difosfata. Astaksantin se uvršča med karotenoidne spojine s sestavinami, ki vsebujejo kisik, in sicer hidroksilno (-OH) ali ketonsko (C=O) skupino, kot sta zeaksantin in kantaksantin. Astaksantin je metabolit zeaksantina in/ali kantaksantina, ki vsebuje tako hidroksilne kot ketonske funkcionalne skupine. Kot številni karotenoidi je tudi astaksantin v lipidih topen pigment in se odlikuje po rdeči barvi. Karotenoidi, vključno z astaksantinom, so dobro znani po svoji antioksidativni sposobnosti.
Astaksantin je rdeč pigment, ki naravno nastaja v mikroalgah v deževnici (Haematococcus pluvialis) in kvasovki Xanthophyllomyces dendrorhous (znani tudi kot Phaffia rhodozyma). Alga je za tvorbo astaksantina izpostavljena stresu zaradi enega ali kombinacije pogojev, od pomanjkanja hranil in povečane slanosti do pretirane osončenosti. Vrste, ki uživajo te stresu izpostavljene sladkovodne mikroalge, kot so losos, rdeča postrv, rdeči špar, plamenec in raki (npr. kozice, kril, rakovice, jastogi, sladkovodni raki), v svojem videzu odražajo obarvanost v rdečeoranžnih odtenkih.
Kot prehransko dopolnilo se astaksantin uporablja zaradi učinkov, ki spodbujajo zdravje in zdravijo bolezni. Astaksantin je dobro uveljavljen nutracevtik, ki se uporablja za izboljšanje zdravja kože (npr. zmanjšanje gub, poškodb zaradi sončnih opeklin itd.).
Poleg tega astaksantin priteguje vse več pozornosti zaradi uporabe pri zdravljenju Alzheimerjeve bolezni, Parkinsonove bolezni, srčno-žilnih bolezni, povišanega holesterola, bolezni jeter, starostne degeneracije makule in preprečevanju raka.
Hielscher Ultrasonics izdeluje visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje od laboratorijske do industrijske velikosti.