Ултразвучна екстракција астаксантина за веће приносе
- Астаксантин је веома снажан антиоксиданс који се користи у фармацеутским препаратима и додацима исхрани.
- За производњу висококвалитетног астаксантина из природних извора, као што су алге, потребна је високоефикасна техника екстракције.
- Ултразвучна екстракција је механички третман који даје високе приносе астаксантина за веома кратко време екстракције.
Соникатори високих перформанси за висококвалитетне екстракте астаксантина
Ултразвучна екстракција је високоефикасна техника екстракције која користи интензивне ултразвучне таласе за издвајање астаксантина из природних извора, као што су микроалге, крил или ракови. Астаксантин је природни каротеноидни пигмент познат по својим снажним антиоксидативним својствима и различитим благотворним дејствима на здравље. Обично се користи као додатак исхрани и прехрамбена боја. Сазнајте како соникација помаже да побољшате свој процес екстракције астаксантина!
MultiSonoReactor за побољшану екстракцију астаксантина применом ултразвука велике снаге
Ултразвучна екстракција астаксантина из микроалги
Астаксантин за додатке исхрани, које људи и животиње конзумирају због њиховог благотворног дејства на здравље, добија се из морских плодова или екстрахује из алге H. pluvialis. Haematococcus pluvialis је зелена микроалга која производи велике количине астаксантина када је изложена стресним условима, нпр. високом салинитету, недостатку азота, високој температури и светлости. Са до 9,2mg/g астаксантина по ћелији алге (= до 3,8% суве масе H. pluvialis), Haematococcus pluvialis акумулира веома висок садржај природног астаксантина и зато је пожељан организам за производњу астаксантина.
Да би се астаксантин ослободио из зелених микроалги, ћелије алги морају се разорити. Ултразвучни третман је добро утврђена метода за разарање ћелија, лизу и изоловање биоактивних једињења као што су липиди, антиоксиданси, полифеноли и природни пигменти. Ултразвук високих перформанси ствара искључиво механичке силе које силама смицања разарају ћелијске зидове и доводе до ослобађања биоактивних супстанци као што је астаксантин.
Ултразвучна екстракција астаксантина из квасца
Phaffia rhodozyma је квасац богат астаксантином. Међутим, дебео ћелијски зид P. rhodozyma, који се углавном састоји од глукана и одговоран је за крутост ћелије, чини разарање ћелија и изоловање астаксантина захтевним задатком. Истраживачи (Gogate et al. 2015) утврдили су да ултразвучна екстракција у комбинацији са млечном киселином интензивира разарање ћелија и чини екстракцију астаксантина из P. rhodozyma еколошки одрживијим процесом, прихватљивијим за животну средину. Користили су млечну киселину као медијум за разарање ћелија, а етанол као растварач за екстракцију. Максимални принос астаксантина (90%) добијен је поступком екстракције потпомогнуте ултразвуком који се заснива на употреби млечне киселине концентрације 3 M, уз време разарања ћелија од 15 min. Снажни ултразвучни екстрактори као што је UIP4000hd (4kW, видети слику лево), у комбинацији са проточним реактором који може да ради под притиском, омогућавају стварање веома интензивне кавитације. Кавитационе силе смицања разарају ћелијске зидове квасца и поспешују пренос масе између унутрашњости ћелије и растварача.
- Врхунски принос
- Брза екстракција – у року од неколико минута
- Екстракти високог квалитета – блага, нетермичка екстракција
- Еколошки прихватљиви растварачи (нпр. вода/етанол)
- Исплативост
- Једноставан и безбедан рад
- Ниски инвестициони и оперативни трошкови
- Рад 24/7 при великим оптерећењима
- Зелена метода, прихватљива за животну средину
Ултразвучна екстракција астаксантина – у шаржном режиму или режиму континуираног протока
Астаксантин је липофилно једињење и може се растворити у растварачима (нпр. 48,0% етанола у етил-ацетату) и уљима (нпр. сојином уљу).
Шаржни режим: Процеси ултразвучне екстракције могу се спроводити као једноставни шаржни процеси или као третман у линији, при којем се медијум непрекидно доводи кроз ултразвучни проточни реактор.
Шаржна обрада је једноставан поступак у којем се екстракција обавља шаржу по шаржу. Hielscher Ultrasonics нуди ултразвучне процесоре за мале и велике шарже, односно од 1L до 120L.
За обраду шаржи од 5 до 10L препоручујемо UP400ST са сонотродом S24d22L2D (видети слику лево).
За обраду шаржи од приближно 120L препоручујемо соникатор UIP2000hdT са сонотродом RS4d40L4.
Проточна обрада: За веће запремине и комерцијалну екстракцију у пуном обиму, непрекидан ток течности доводи се кроз ултразвучни реактор, у којем се суспензија биљног материјала у растварачу интензивно третира ултразвуком.
За запремину од приближно 8L/min. препоручујемо UIP4000hdT са сонотродом RS4d40L3 и проточном ћелијом FC130L4-3G0 која може да ради под притиском
UIP2000hdT (2kW) за шаржну екстракцију великог обима
Ултразвучни уређаји високих перформанси за екстракцију
Hielscher Ultrasonics је специјализован за производњу соникатора високих перформанси за добијање висококвалитетних екстраката из биљака, квасаца и ћелија. Широк асортиман производа компаније Hielscher Ultrasonics обухвата све од малих, снажних лабораторијских ултразвучних уређаја до робусних стоних и потпуно индустријских система, који испоручују ултразвук високог интензитета за ефикасну екстракцију и изоловање биоактивних компоненти као што су астаксантин, кверцетин, кофеин, куркумин, терпени итд. Сви дигитални соникатори од 200W до 16.000W имају интуитиван мени са програмабилним подешавањима, екран у боји осетљив на додир за удобно руковање, уграђену SD картицу за аутоматско бележење података, даљинско управљање преко веб-прегледача и многе друге функције које олакшавају употребу. Сонотроде и проточне ћелије (делови који су у контакту са медијумом) могу се стерилисати у аутоклаву и лако се чисте. Сви наши ултразвучни уређаји конструисани су за рад 24/7, захтевају мало одржавања и омогућавају лако и безбедно руковање.
Дигитални екран у боји омогућава једноставно управљање ултразвучном опремом. Наши системи могу да остваре амплитуде од ниских до веома високих. За екстракцију хемијских једињења као што је астаксантин нудимо специјалне ултразвучне сонотроде (познате и као ултразвучне сонде или рогови) које су оптимизоване за пажљиво изоловање висококвалитетних активних супстанци. Hielscher нуди специјалне сонотроде за високе амплитуде у комбинацији са проточним ћелијама које могу да раде под притиском и да стварају изузетно јаке кавитационе силе смицања, које разарају чак и веома отпорне ћелије квасца. Робусност ултразвучне опреме Hielscher омогућава рад 24/7 под великим оптерећењем и у захтевним окружењима.
Прецизна контрола параметара ултразвучног процеса обезбеђује поновљивост и стандардизацију процеса. Аутоматизовани системи компаније Hielscher за ултразвучну екстракцију у индустријским размерама пројектовани су за велике производне капацитете екстраката врхунског квалитета, уз истовремено смањење потребног рада, трошкова и потрошње енергије.
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Литература/Референце
- 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.
Чињенице које вреди знати
Соноекстракција
Ултразвучна екстракција или соноекстракција заснива се на принципу акустичне кавитације.
Када се интензивни ултразвучни таласи примене на течне системе, долази до акустичне кавитације, појаве настанка, раста и коначног колапса вакуумских мехурића (видети слику испод). Током простирања ултразвучних таласа, вакуумски мехурићи осцилују и расту све док не достигну тачку у којој више не могу да апсорбују енергију. На врхунцу раста мехурићи нагло колабирају, што локално изазива термичке, механичке и хемијске ефекте. Механички ефекти обухватају високе притиске до 1000atm, турбуленције и интензивне силе смицања. Ове силе разарају ћелијске зидове и поспешују пренос масе између унутрашњости ћелије и растварача, ослобађајући биоактивна једињења у околну течност (тј. растварач).
Акустична кавитација, настала дејством ултразвука високог интензитета и ниске фреквенције, ствара интензивне силе смицања и локалне велике разлике у притиску и температури, које обезбеђују дејство неопходно за разарање ћелија, интензивно мешање и пренос масе. Ове ултразвучне силе смицања успешно се примењују за екстракцију канабиса.
Ултразвучна екстракција једињења из биљног материјала и ћелијског ткива добро је истражена. Примена ултразвучних таласа веома високог интензитета значајно поспешује процесе екстракције. Поред интензивирања процеса – које доводи до већих приноса и краћег времена екстракције – спречавају се термичка разградња и губитак састојака осетљивих на температуру, јер је соникација нетермички третман. Осим тога, ултразвучна екстракција има ниске инвестиционе и оперативне трошкове, смањује употребу растварача и/или омогућава употребу еколошки прихватљивијих растварача, што је чини економичном и еколошки прихватљивом техником екстракције. Екстракција потпомогнута ултразвуком, која надмашује конвенционалне методе екстракције (UAE) преузета је из прехрамбене индустрије ради производње биоактивних једињења уз економску корист.
Снажни ултразвучни таласи разарају ћелијски матрикс биолошких структура и ослобађају биоактивна једињења. Пренос масе између биљног материјала и растварача се интензивира. Захваљујући овим механизмима, ултразвучна екстракција је веома ефикасна за екстракцију канабиса.
Астаксантин
Астаксантин се одликује тамноцрвеном бојом. То је пигмент растворљив у мастима који се налази у алгама (нпр. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), квасцима (нпр. Phaffia rhodozyma), лососу, пастрмци, крилу, шкампима и речним раковима. Астаксантин се сматра суперантиоксидансом јер је његово антиоксидативно дејство десет до двадесет пута снажније од дејства многих других каротеноида, као што су бета-каротен, лутеин и зеаксантин, а сто пута снажније од дејства алфа-токоферола (витамина Е).
Астаксантин (3,3′-дихидрокси-β, β′-каротен-4,4′-дион) је кето-каротеноид и припада широј класи хемијских једињења познатих као терпени (као тетратерпеноид), који су састављени од прекурсора са пет атома угљеника, изопентенил-дифосфата и диметилалил-дифосфата. Астаксантин се сврстава у врсту каротеноидних једињења са компонентама које садрже кисеоник, односно хидроксилном (-OH) или кетонском (C=O) групом, као што су зеаксантин и кантаксантин. Астаксантин је метаболит зеаксантина и/или кантаксантина и садржи и хидроксилне и кетонске функционалне групе. Као и многи каротеноиди, астаксантин је пигмент растворљив у липидима и одликује се црвеном бојом. Каротеноиди, укључујући астаксантин, добро су познати по свом антиоксидативном капацитету.
Астаксантин је црвени пигмент који природно настаје у микроалгама кишнице (Haematococcus pluvialis) и квасцу под називом Xanthophyllomyces dendrorhous (познатом и као Phaffia rhodozyma). Алге се излажу стресу применом једног услова или комбинације услова, од недостатка хранљивих материја, повећаног салинитета до прекомерне изложености сунчевој светлости, како би стварале астаксантин. Код врста које се хране тим слатководним микроалгама изложеним стресу, као што су лосос, црвена пастрмка, црвена орада, фламинго и ракови (нпр. шкампи, крил, крабе, јастози, речни ракови), пигментација се одражава у црвено-наранџастим нијансама њиховог изгледа.
Као додатак исхрани, астаксантин се примењује због својих ефеката који унапређују здравље и лече болести. Астаксантин је добро утврђен нутрацеутик који се примењује за побољшање здравља коже (нпр. смањење бора, оштећења услед опекотина од сунца итд.).
Осим тога, астаксантин привлачи све већу пажњу због примене у лечењу Алцхајмерове болести, Паркинсонове болести, кардиоваскуларних болести, повишеног холестерола, болести јетре, макуларне дегенерације повезане са старењем и у превенцији рака.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лабораторијских до индустријских размера.