Ultrazvočna ekstrakcija pigmentov spiruline
Ultrazvočna ekstrakcija se je izkazala za zelo učinkovito pri izolaciji izvlečkov mikroalg vrhunske kakovosti. Pigmenti spiruline, kot je fikocianin, so znani kot superživilo, ki zaradi visoke vsebnosti antioksidantov, vitaminov in beljakovin prispeva k ugodnim učinkom na zdravje. Za proizvodnjo visoko koncentriranih prehranskih dopolnil, kot so praški in tablete, je treba modre pigmente ekstrahirati iz alg spiruline.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) in Arthrospira maxima (A. maxima) sta znani pod imenom spirulina. Spiruline so modrozelene alge, bogate z aminokislinami in antioksidanti. Zaradi visoke vsebnosti hranil, kot so beljakovine, encimi, minerali ter vitamini A, K, B12, železo in mangan, jih uvrščamo med superživila. Rod alg Arthrospira ima posebej visoko vsebnost beljakovin. Njegova vsebnost beljakovin znaša od 53 do 68% suhe mase in zagotavlja celoten nabor vseh esencialnih aminokislin. Poleg tega ima Arthrospira veliko večkrat nenasičenih maščobnih kislin (PUFA), ki predstavljajo približno 1,5 do 2% celotne vsebnosti lipidov, ki znaša od 5 do 6%. Te večkrat nenasičene maščobne kisline vsebujejo γ-linolensko kislino (GLA), esencialno maščobno kislino omega-6. Druge bioaktivne spojine rodu Arthrospira vključujejo vitamine, minerale in fotosintetske pigmente.
Opomba: Znanstveno pravilni imeni za Spirulina platensis (S. platensis) in Spirulina maxima (S. maxima) sta Arthrospira platensis (A. platensis) in Arthrospira maxima (A. maxima). Obe vrsti sta bili nekoč uvrščeni v rod Spirulina in sta še danes pogovorno znani pod imenom spirulina. Čeprav je uvedba dveh ločenih rodov Arthrospira in Spirulina zdaj splošno sprejeta, se izraz spirulina pogosto uporablja kot krovni izraz.
Ultrazvočna ekstrakcija spiruline
Ultrazvočne naprave za razgradnjo celic (imenovane tudi ultrazvočni ekstraktorji) so dobro znane po svoji sposobnosti odpiranja celic za sproščanje znotrajceličnega materiala. Ko se intenzivni ultrazvočni valovi sklopijo s tekočinami, nastane pojav akustične kavitacije. Kavitacijske sile razgradijo celične stene in povečajo prenos snovi, tako da se ciljne bioaktivne spojine prenesejo iz celice v tekočino.
Ultrazvočna ekstrakcija iz celic: mikroskopski prečni prerez (TS) prikazuje mehanizem delovanja med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x) [vir: Vilkhu et al. 2011]
Prednosti ultrazvočne ekstrakcije
- Visok izkoristek
- Vrhunska kakovost izvlečka
- Hitra ekstrakcija
- Blag, netermičen postopek
- Različna topila
- Varno
- Preprosto upravljanje
- Linearno povečanje merila
- Malo vzdrževanja
- Hitra povrnitev naložbe
Protokol ekstrakcije
Prabuthas et al. (2011) so razvili naslednji protokol ekstrakcije za pridobivanje visokokakovostnega izvlečka fikocianina: ekstrakcijo fikocianina so ovrednotili glede na koncentracijo fikocianina z uporabo destilirane vode in 1% raztopine CaCl2. Morska alga spirulina se uporablja v posušeni obliki, saj bakterije mokro biomaso takoj izkoristijo, zaradi njene hranilne sestave pa se začne razgrajevati. Zato je za preprečevanje teh težav priporočljiva uporaba posušene biomase alg. Ekstrakcijo so izvedli z mešanjem 0,1g posušene biomase s količino topila, čas in amplitudo sonikacije pa so določili glede na eksperimentalni načrt. Suspenzije vzorcev so sonicirali z ultrazvočno napravo za razgradnjo celic UP50H podjetja Hielscher, nato pa jih 15 min centrifugirali pri 13.500rpm v hlajeni centrifugi. Med ekstrakcijo z različnima topiloma, kalcijevim kloridom in destilirano vodo, so preučevali vsebnost fikocianina in beljakovin.
Največjo količino fikocianina, 0,3116mg/ml, so pridobili v raztopini kalcijevega klorida, sledila pa je količina 0,299mg/ml v destilirani vodi. Največjo količino beljakovin, 63,63%, so pridobili z destilirano vodo kot topilom, v raztopini kalcijevega klorida pa 54,69%. Tako se je raztopina CaCl2 izkazala za najboljše topilo za ekstrakcijo fikocianina s pomočjo ultrazvoka.
Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji za ekstrakcijo spiruline
Hielscher je vaš partner z dolgoletnimi izkušnjami na področju zmogljive in zanesljive ultrazvočne ekstrakcije bioaktivnih snovi iz rastlinske biomase. Vsi ultrazvočni ekstraktorji lahko delujejo 24/7 in so primerni za komercialno proizvodnjo prehranskih izvlečkov. Naš nabor izdelkov zajema celoten spekter, od manjših ročnih naprav za razgradnjo biološkega materiala do pilotnih ultrazvočnih naprav in industrijskih ultrazvočnih sistemov. Različni dodatki, kot so različne sonotrode in reaktorji s pretočnimi celicami, omogočajo optimalno prilagoditev zahtevam vašega procesa. Vsi ultrazvočni procesorji Hielscher so robustni, preprosti za upravljanje in zasnovani za prijazno uporabo. Naše digitalno krmiljene ultrazvočne naprave imajo vgrajeno kartico SD za samodejno beleženje podatkov o sonikaciji.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
- Dolgoletne izkušnje s sonikacijo
- Visoka kakovost
- Robustnost
- Delovanje 24/7
- Zaščita pred suhim tekom
- Linearna razširljivost
- Odlična podpora strankam
- Malo vzdrževanja
- Storitve usposabljanja in namestitve
- Tehnični center
- Razvoj procesov
- Ultrazvočna oprema po meri
Naše dobro usposobljeno osebje zagotavlja kakovostno podporo strankam in strokovno svetovanje.
Stopite v stik z nami še danes! Z veseljem vam bomo priporočili najprimernejši ultrazvočni ekstraktor za vašo uporabo.
Ultrazvočni ekstraktorji visoke moči za laboratorijsko, pilotno in industrijsko merilo.
Literatura/viri
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): An efficient extraction of phycocyanin by ultrasonication and separation using ‘sugaring out’. Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
- Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Standardization of rapid and economical method for neutraceuticals extraction from algae. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, May 2011.
Dejstva, ki jih je vredno poznati
Spirulina
Spirulina je vrsta cianobakterij (znanih tudi kot cianofiti), ki so deblo bakterij, ki energijo pridobivajo s fotosintezo. So edini fotosintetski prokarionti, ki lahko proizvajajo kisik. Ime cianobakterije izhaja iz barve bakterij (grško: κυανός, transliterirano: kyanós, dobesedno: moder). Zaradi njihove barve jih imenujemo tudi modrozelene alge, čeprav je izraz alge v sodobni rabi omejen na evkarionte. Spirulina platensis (S. platensis) je večnitasta prokariontska cianobakterija, ki jo je mogoče preprosto gojiti kot monokulturo v odprtih bazenih ali zaprtih bioreaktorjih. C-fikocianin (C-PC) je glavni fikobiliprotein v spirulini.
Izvlečki spiruline
Spirulina je priljubljeno prehransko dopolnilo, pridobljeno iz biomase morskih cianobakterij (modrozelenih alg). Dve vrsti spiruline, ki se uporabljata za pripravo veganskih beljakovinskih in pigmentnih dopolnil, sta Arthrospira platensis in Arthrospira maxima. Izvleček, sproščen iz teh mikroalg, je bogat z antioksidanti, aminokislinami in vitamini. Zato modri izvleček v prahu dodajamo sokovom, smutijem, šejkom in napitkom, ki jim daje čudovito intenzivno modro barvo. Izvleček spiruline lahko uživamo tudi v obliki tablet.
Fikocianin, alofikocianin in fikoeritrin so pigmentno-beljakovinski kompleksi iz družine fikobiliproteinov, ki zbirajo svetlobo in so znani po svoji intenzivni svetlomodri barvi. Fikocianin je pomožni pigment klorofila. Ker so vsi fikobiliproteini topni v vodi, niso prisotni v membrani, temveč so kot agregati (tako imenovani fikobilisomi) vezani na celično membrano.
Ultrazvočna ekstrakcija in razgradnja celic
Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) se uporablja za sproščanje in izolacijo bioaktivnih spojin iz rastlinskega materiala ter tkiva.
Pri postopkih ultrazvočne ekstrakcije se intenzivni ultrazvočni valovi sklopijo z medijem, v katerem povzročajo izmenično stiskanje in raztezanje. Med cikli stiskanja / raztezanja nastajajo vakuumski mehurčki, ki rastejo več ciklov, dokler ne morejo več absorbirati energije, nato pa silovito implodirajo. Implozija mehurčkov ustvari visokoenergijsko stanje z lokalnimi temperaturami do 5000K, tlačnimi razlikami 1000atm, hitrostmi segrevanja in ohlajanja nad 1010 K/s ter tekočinskimi curki s hitrostmi 280m/s. Ta pojav je znan kot akustična kavitacija.
Ultrazvočna ekstrakcija temelji na akustični kavitaciji in njenih hidrodinamičnih strižnih silah