Ултразвучна екстракција алги за додатке исхрани

Ултразвучна екстракција је супериорна метода за ефикасно и брзо разарање ћелија алги. Соникација може ослободити целокупну количину биоактивних једињења, што ултразвучну технику чини високо ефикасном.

Како екстраховати протеине, липиде и фенолна једињења из алги помоћу ултразвука

Врсте алги и микроалги богате су биолошки активним једињењима као што су протеини, липиди, каротеноиди, пигменти (нпр. фикоцијанини, астаксантин итд.), фенолна једињења и полисахариди (нпр. карагенани). Због тога се широко користе као природна сировина за производњу екстраката за храну и додатке исхрани. Врсте алги које се често користе за додатке исхрани су Arthrospira maxima (позната и као спирулина), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis и Ulva spp. Алге су познате као добар извор висококвалитетних протеина, липида, дуголанчаних полинезасићених масних киселина (PUFA, тј. омега-3), полисахарида (нпр. алгината, карагенана, β-глукана), витамина и антиоксиданаса.
Спирулина је често коришћена врста алги, богата високо цењеним биоактивним једињењима као што су протеини (са уделом од 50–70% суве масе). Пошто је FDA (Управа за храну и лекове Сједињених Држава) одобрила спирулину као GRAS (општепризнату као безбедну), спирулина и екстракти спирулине могу се користити у храни која се ставља у промет или као додаци исхрани.

Предности ултразвучне екстракције алги

Ултразвучна екстракција надмашује алтернативне методе екстракције у многим аспектима, као што су висок принос, поузданост, безбедност, једноставност и нешкодљивост за животну средину.

Потпун принос екстракције

Ултразвучни уређаји високих перформанси отварају и разарају ћелије алги, тако да се ослобађа унутарћелијски материјал. Ултразвучна екстракција тиме ослобађа пун спектар биоактивних једињења, као што су фикобилипротеини, каротеноиди, липиди и фенолна једињења.
Фикобилипротеини се могу поделити у три главне групе: хлорофикоцијанине, алофикоцијанине и фикоеритрине. C-фикоцијанин је природни плави пигмент који се широко користи у прехрамбеним и фармацеутским производима. Ултразвучна екстракција ослобађа пун спектар протеина.

Висока ефикасност екстракције

Duangsee и сар. (2009) испитали су две различите методе екстракције биоактивних једињења из биомасе Arthospira (екстракцију растварачем потпомогнуту ултразвуком и екстракцију поновљеним замрзавањем и одмрзавањем) и утврдили да је ултразвучна екстракција растварачем дала већу ефикасност екстракције (22,1%) од замрзавања и одмрзавања (15,6%). Поређење разарања ћелија соникацијом и поновљеним замрзавањем и одмрзавањем показује да је соникација ефикаснија. Ултразвучна кавитација брзо и ефикасно разара ћелије алги, што доводи до већег степена разарања ћелија у поређењу са ћелијама спирулине третираним поновљеним замрзавањем и одмрзавањем.
Соникација је била ефикаснија у разарању ћелијског омотача у поређењу са поновљеним замрзавањем и одмрзавањем. Принос екстракције фикоцијанина показао је да температура обраде утиче на ефикасност екстракције.

Брз процес екстракције

Ултразвучни системи високих перформанси могу путем високих амплитуда унети велику ултразвучну снагу у суспензију алги. То ултразвучну екстракцију чини веома брзом методом обраде.

Контрола температуре

Ултразвучна обрада је нетермичка, чисто механичка техника екстракције. Температура екстракције може се прецизно контролисати помоћу прикључивог температурног сензора, који је каблом повезан са дигиталним ултразвучним уређајем Hielscher. Софтвер дигиталних ултразвучних уређаја Hielscher омогућава подешавање граничних температура, тако да ултразвучни хомогенизатор паузира рад када се достигне гранична температура. Прецизна контрола температуре омогућава спречавање термичке разградње материјала осетљивих на топлоту, као што су фикобилипротеини, витамини, полифеноли, полисахариди, липиди и друга биоактивна једињења.

Компатибилност са различитим растварачима

Ултразвучни третман је компатибилан са готово сваким растварачем. Ултразвучна екстракција у комбинацији са еколошки прихватљивим растварачима, као што су вода или етанол, даје чисте екстракте. Ови ултразвучни екстракти могу се безбедно додавати храни јер растварачи за екстракцију, етанол и вода, имају статус GRAS (општепризнати као безбедни).

Поновљивост и стандардизација процеса

Дигитални ултразвучни уређаји компаније Hielscher опремљени су интелигентним софтвером и разрађеним скупом подешавања за идеалне параметре екстракције. Софтвер бележи све параметре ултразвучног процеса (нпр. амплитуду, нето снагу, укупну снагу, температуру, притисак, време, датум) и уписује податке о соникацији у CSV датотеку на уграђеној SD картици. То вам омогућава да стандардизујете процес екстракције и пажљиво пратите соникацију и квалитет добијеног производа. Ове функције помажу вам да испуните захтеве за стандардизацију процеса, као и захтеве добре произвођачке праксе (GMP), који су веома важни када се екстракти производе за суплементе, храну или фармацеутске производе.

Протокол за ултразвучну екстракцију фикоцијанина

Mazumder и сар. (2017) истраживали су оптималне параметре процеса за ултразвучну екстракцију фикоцијанина и фенолних једињења из Arthospira platensis. Максимални принос фикоцијанина (29,9 mg/g) и укупних фенолних једињења (2,4 mg/g) добијен је при концентрацији етанола од 40% и температури екстракције од 34,9°C, уз употребу ултразвучног уређаја UP50H (50 вати, 30kHz), при амплитуди од 95% и трајању екстракције од 104,7 sec.

Vernès и сар. (2019) користили су ултразвучни уређај UIP1000hdT (1000W, 20kHz) за екстракцију протеина из спирулине. Ултразвучни уређај био је опремљен сонотродом BS2d34 и ултразвучним проточним реактором (погледајте слику испод за тачну поставку за ултразвучну екстракцију са проточном ћелијом и пумпом Seepex).

UIP1000hdT – поставка за манотермосоникацију (MTS) и наша екстракција протеина из спирулине у лабораторијским размерама
извор: Vernes и сар. 2019

Резултати истраживања показују да услови ултразвучне екстракције оптимизовани за принос протеина обухватају благо повишену температуру и притисак (такозвана манотермосоникација, MTS). MTS поспешује пренос масе и омогућава добијање 229% више протеина (28,42 ± 1,15 g/100 g суве масе) него конвенционални процес без ултразвука (8,63 ± 1,15 g/100 g суве масе).
Са 28,42 g протеина добијених у екстракту на 100 g суве биомасе спирулине, степен издвајања протеина од 50% постигнут је за само 6 минута у континуалном процесу соникације. Микроскопско снимање открива да акустична кавитација утиче на филаменте спирулине различитим механизмима, као што су фрагментација, сонопорација и нарушавање текстуре. Ови различити ефекти чине екстракцију, ослобађање и солубилизацију биоактивних једињења спирулине лакшим и ефикаснијим, што доводи до високог приноса протеина високог квалитета.
Што се тиче квалитета ултразвучно екстрахованих протеина, аминокиселине нису биле разграђене ултразвучним третманом, а код соникације су присутне у већој количини него код конвенционалне екстракције.
Када се упореде манотермосоникација и ултразвучна екстракција без повишеног притиска и температуре, разлика у приносу и ефикасности екстракције је само минимална. Стога се примена самог ултразвука сматра најекономичнијом и најједноставнијом техником за добијање висококвалитетног екстракта богатог протеинима спирулине. Ултразвучна екстракција је еколошки прихватљива техника екстракције погодна за екстракцију протеина из спирулине у лабораторијским размерама, која се лако може пренети у пилотске и индустријске размере. (уп. Vernès и сар. 2019)

Ултразвучни екстрактори високих перформанси

Сви резултати екстракције постигнути у малим размерама могу се линеарно пренети на веће производне капацитете. Широк асортиман производа компаније Hielscher Ultrasonics, од лабораторијских до индустријских система за екстракцију, нуди најпогоднији ултразвучни уређај за ваш предвиђени процесни капацитет. Наше особље са дугогодишњим искуством пружиће вам подршку од испитивања изводљивости и оптимизације процеса до уградње вашег ултразвучног система на коначном производном нивоу.

Hielscher Ultrasonics – Напредна опрема за екстракцију

Асортиман производа компаније Hielscher Ultrasonics обухвата читав спектар ултразвучних екстрактора високих перформанси, од малих до великих размера. Додатни прибор омогућава једноставно састављање конфигурације ултразвучног уређаја која је најпогоднија за ваш процес. Оптимална ултразвучна поставка зависи од предвиђеног капацитета, запремине, сировине, шаржног или проточног процеса и временског плана. Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима. Линеарно повећање размера процеса ултразвучне екстракције омогућава једноставно и поуздано повећање производње. Прочитајте више о линеарном повећању размера процеса ултразвучне екстракције!

Изаберите различите врсте прибора, као што су:

• сонотроде различитих величина, пречника и облика
• сонотроде за високе амплитуде од 200µm и више
• реактори са проточним ћелијама различитих запремина и геометрија
• бројни појачивачи амплитуде за повећање или смањење фактора појачања
• комплетне поставке за соникацију, као што је SonoStation, које обухватају ултразвучни екстрактор, резервоар, мешалицу и пумпу
• прикључиви сензори температуре
• прикључиви сензори притиска

Наше добро обучено особље са дугогодишњим искуством посаветоваће вас и препоручити вам ултразвучни систем који најбоље одговара захтевима вашег процеса екстракције!

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: