Ultrazvočno izboljšano trifazno porazdeljevanje

• Trifazno porazdeljevanje (TPP) je tehnika za ekstrakcijo, ločevanje in čiščenje sestavin, npr. lipidov, encimov, polisaharidov in drugih biomolekul, iz biološkega materiala.
• Ultrazvočno podprto trifazno porazdeljevanje presega običajno trifazno porazdeljevanje z večjim izkoristkom, izboljšano čistostjo in izjemno hitrostjo.
• Ultrazvočno trifazno porazdeljevanje je uporabno za majhne in velike prostornine ter ga je mogoče preprosto prenesti na industrijsko proizvodnjo.

Ultrazvočno trifazno porazdeljevanje

Trifazno porazdeljevanje

Trifazno porazdeljevanje (TPP) je preprost in učinkovit enostopenjski postopek za ločevanje, čiščenje in koncentriranje biomolekul, kot so encimi, lipidi, polisaharidi itd., iz kompleksnih zmesi.
TPP se izvaja z zaporednim dodajanjem zadostne količine soli (običajno amonijevega sulfata) in organskega topila (predvsem t-butanola/tert-butanola). Soli, kot je amonijev sulfat, se uporabljajo pri določeni stopnji nasičenosti za obarjanje beljakovin. Organsko topilo, kot je t-butanol, se doda za tvorbo treh faznih plasti in odstranjevanje spojin z majhno molekulsko maso, kot so lipidi, fenolne spojine in nekateri detergenti. Ker ima t-butanol visoko vrelišče, vendar je manj vnetljiv kot etanol in metanol, je t-butanol prednostno topilo za TPP.
Po obdelavi surovega ekstrakta in dekantiranju se zmes loči v tri različne faze: zgornja faza topila (t-butanol) vsebuje nepolarne spojine, ki jih od spodnje vodne faze (ki vsebuje polarne spojine) ločuje beljakovinska oborina na meji med fazama. Želene beljakovine se selektivno porazdelijo v eno fazo, druge beljakovine, ki predstavljajo nečistoče, pa v drugo fazo. To povzroči delno čiščenje in koncentriranje beljakovin. Postopek ekstrakcije združuje kosmotropno obarjanje beljakovin, izsoljevanje, obarjanje z izotoničnim sotopilom in osmolitsko obarjanje beljakovin.

Ultrazvočno izboljšano trifazno porazdeljevanje

Sonikacija znatno intenzivira postopek TPP. Ultrazvočno podprto trifazno porazdeljevanje se uspešno uporablja za ločevanje in čiščenje biomolekul. Širok nabor biomolekul je bil izoliran učinkoviteje in v krajšem času. Z ultrazvočnim TPP so bili na primer očiščeni encimi iz rastlin (npr. bromelain, papain, invertaza, polifenol oksidaza in inhibitorji tripsina), živali (npr. tripsin, α-kimotripsin, kimozin, pepsin in luciferaza) in mikroorganizmov (npr. lipaza, α-amilaza, α-galaktozidaza, serratiopeptidaza, ciklodekstrin glikoziltransferaza in fibrinolitični encimi). Dodatna prednost ultrazvočnega trifaznega porazdeljevanja je povečana aktivnost različnih encimov, ki se kaže v navidezno večjih izkoristkih (za približno 100%), saj se ciljni encim ali beljakovina obori v srednji plasti med organsko in vodno fazo.
Ultrazvočno trifazno porazdeljevanje je mogoče učinkovito uporabljati pri surovih vzorcih in ga preprosto prenesti na večji obseg.

Primeri ultrazvočnega trifaznega porazdeljevanja (US-TPP)

Ultrazvočni TPP za ekstrakcijo astaksantina

Za ekstrakcijo astaksantina (AX) je kombinirana obdelava s TPP in sonikacijo z napravo Hielscher UP400S ne le preprosta in lahko uporabna, temveč tudi zelo učinkovita tehnika za izolacijo AX iz bakterijske biomase Paracoccus NBRC 101723. Obratovalne spremenljivke sonikacije je mogoče optimizirati za doseganje optimalnih rezultatov ekstrakcije. Parametri ultrazvočne obdelave, kot so amplituda, čas, temperatura in ekstrakcijska posoda (velikost, oblika), ter velikost delcev biomase znatno vplivajo na ultrazvočno sproščanje AX iz biomase. Ultrazvočna obdelava mokre biomase daje boljše rezultate kot ultrazvočni TPP posušene biomase pri hitri in učinkoviti ekstrakciji AX. Ultrazvočni TPP omogoča 37% večji izkoristek pridobivanja AX kot običajna ekstrakcija s topilom. (prim. Chougle et al. 2013)

Ultrazvočni TPP za ločevanje andrografolida iz Andrographis paniculata

Andrografolid je labdanski diterpenoid, ki je cenjen zaradi svojih močnih protivnetnih, antioksidativnih, hepatoprotektivnih, antikancerogenih in antidiabetičnih učinkov. Primerjalne študije kažejo, da ultrazvočni TPP ni le povečal izkoristka andrografolida, temveč tudi izboljšuje antioksidativno aktivnost v primerjavi z običajnim TPP.

Visokozmogljive naprave za sonikacijo za trifazno porazdeljevanje

Hielscher Ultrasonics je specializiran za načrtovanje in izdelavo ultrazvočnih sistemov velike moči za ekstrakcijo in številne druge postopke.
Naš nabor izdelkov zajema majhne, zmogljive laboratorijske naprave za sonikacijo, robustne namizne homogenizatorje in industrijske visokozmogljive ultrazvočne sisteme. Raznovrstna dodatna oprema omogoča idealno prilagoditev ultrazvočnega sistema posebnim zahtevam vašega postopka. Vse naprave Hielscher za sonikacijo so izdelane za delovanje 24/7 pri polni obremenitvi.
Naše dolgoletne izkušnje z ultrazvočno obdelavo nam omogočajo svetovanje strankam od prvih preizkusov z ultrazvokom prek korakov optimizacije postopka do uvedbe v industrijskem obsegu.
Uporabite spodnji obrazec in nam predstavite svoj postopek! Z veseljem vam bomo svetovali ter z vami razpravljali o možnostih in prednostih sonikacije za vašo uporabo.

Literatura/viri

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrazvočno podprto trifazno porazdeljevanje (UATPP): Nova tehnika, razvita za ekstrakcijo astaksantina iz Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – letna konferenca Univerze v Saskatchewanu, Saskatoon, 7–10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Fazno porazdeljevanje za ločevanje encimov: Pregled in nedavne uporabe. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Izboljšana ekstrakcija oleorezina iz prahu korenike ingverja (Zingiber officinale) z encimsko podprtim trifaznim porazdeljevanjem. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultrazvok v sinergiji s trifaznim porazdeljevanjem za ekstrakcijo in ločevanje polisaharidov Corbicula fluminea ter možni relevantni mehanizmi. Ultrasonics Sonochemistry zv. 40, del A, 2018. 128–134.