Трофазно раздвајање унапређено ултразвуком
- Трофазно раздвајање (TPP) је техника за екстракцију, раздвајање и пречишћавање компонената, нпр. липида, ензима, полисахарида и других биомолекула, из биолошког материјала.
- Трофазно раздвајање потпомогнуто ултразвуком надмашује конвенционално трофазно раздвајање већим приносом, побољшаном чистоћом и изузетном брзином.
- Ултразвучно трофазно раздвајање применљиво је на мале и велике запремине и лако се може повећати до обима индустријске производње.
Ултразвучно трофазно раздвајање
Трофазно раздвајање
Трофазно раздвајање (TPP) је једноставан и ефикасан поступак у једном кораку за раздвајање, пречишћавање и концентрисање биомолекула као што су ензими, липиди, полисахариди итд. из сложених смеша.
TPP се спроводи узастопним додавањем довољне количине соли (обично амонијум-сулфата) и органског растварача (углавном t-бутанола/tert-бутанола). Соли као што је амонијум-сулфат користе се при одређеном степену засићења ради таложења протеина. Органски растварач као што је t-бутанол додаје се ради формирања три фазна слоја и уклањања једињења мале молекулске масе, као што су липиди, фенолна једињења и неки детерџенти. Пошто t-бутанол има високу тачку кључања, али је мање запаљив од етанола и метанола, t-бутанол је пожељни растварач за TPP.
После обраде сировог екстракта и декантовања, смеша се раздваја на три засебне фазе: горња фаза растварача (t-бутанола) садржи неполарна једињења која су од доње водене фазе (која садржи поларна једињења) одвојена протеинским талогом на међуфазној граници. Жељени протеини се селективно расподељују у једну фазу, а остали протеини који представљају нечистоће у другу фазу. Тиме се постижу делимично пречишћавање и концентрисање протеина. Поступак екстракције представља комбинацију космотропног таложења протеина, исољавања, таложења изотоничним корастварачем и осмолитичког таложења.
Трофазно раздвајање унапређено ултразвуком
Соникација значајно интензивира поступак TPP. Трофазно раздвајање потпомогнуто ултразвуком успешно се примењује за раздвајање и пречишћавање биомолекула. Широк спектар биомолекула изолован је ефикасније и за краће време. На пример, ензими из биљака (нпр. бромелаин, папаин, инвертаза, полифенол-оксидаза и инхибитори трипсина), животиња (нпр. трипсин, α-химотрипсин, химозин, пепсин и луцифераза) и микроорганизама (нпр. липаза, α-амилаза, α-галактозидаза, сератиопептидаза, циклодекстрин-гликозилтрансфераза и фибринолитички ензими) пречишћени су ултразвучним TPP поступком. Додатна предност ултразвучног трофазног раздвајања јесте повећана активност различитих ензима, што доводи до привидно већих приноса (за прибл. 100%), јер се циљни ензим или протеин таложи у средњем слоју између органске и водене фазе.
Ултразвучно трофазно раздвајање може се ефикасно користити са сировим узорцима и лако се може повећати обим поступка.
Соникација значајно побољшава трофазно раздвајање и даје већи принос и чистоћу уз драстично краће време обраде.
- већи принос
- брзо издвајање
- висока чистоћа
- уштеда времена
- ниски трошкови
- једноставно извођење
- еколошки прихватљиво
- за лабораторију и индустрију
Примери ултразвучног трофазног раздвајања (US-TPP)
Ултразвучни TPP за екстракцију астаксантина
За екстракцију астаксантина (AX), комбинована примена TPP поступка и соникације помоћу Hielscher соникатора UP400S није само једноставна и лака за примену, већ је и веома ефикасна техника за изоловање AX из бактеријске биомасе Paracoccus NBRC 101723. Радне променљиве соникације могу се оптимизовати како би се добили оптимални резултати екстракције. Параметри ултразвучне обраде као што су амплитуда, време, температура и посуда за екстракцију (величина, облик), као и величина честица биомасе, значајно утичу на ултразвучно ослобађање AX из биомасе. Ултразвучна обрада влажне биомасе даје боље резултате од ултразвучног TPP поступка са осушеном биомасом за брзу и ефикасну екстракцију AX. Ултразвучни TPP даје 37% већи степен издвајања AX од конвенционалне екстракције растварачем. (уп. Chougle et al. 2013)
Ултразвучни TPP за издвајање андрографолида из Andrographis paniculata
Андрографолид је лабдански дитерпеноид који је цењен због свог снажног антиинфламаторног, антиоксидативног, хепатопротективног, антиканцерогеног и антидијабетичког дејства. Упоредне студије показују да ултразвучни TPP не само да повећава принос андрографолида већ и побољшава антиоксидативну активност у поређењу са конвенционалним TPP поступком.
Соникатори високих перформанси за трофазно раздвајање
Hielscher Ultrasonics је специјализован за пројектовање и производњу ултразвучних система велике снаге за екстракцију, као и за многе друге поступке.
Наш асортиман обухвата мале, снажне лабораторијске соникаторе, робусне стоне хомогенизаторе и индустријске ултразвучне системе високих перформанси. Разноврсна додатна опрема омогућава идеално прилагођавање ултразвучног система специфичним захтевима вашег поступка. Сви Hielscher соникатори конструисани су за рад 24/7 под пуним оптерећењем.
Наше дугогодишње искуство у ултразвучној обради омогућава нам да саветујемо клијенте од првих испитивања ултразвуком, преко корака оптимизације поступка, до примене у индустријском обиму.
Користите образац у наставку да нам опишете свој поступак! Радо ћемо вам дати препоруке и размотрити могућности и предности соникације за вашу примену.
Ултразвучни хомогенизатор UP400St за интензивирање трофазног раздвајања
Литература/референце
- Chougle, J.A: et al. (2013): Трофазно раздвајање потпомогнуто ултразвуком (UATPP): Нова техника развијена за екстракцију астаксантина из Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Годишња конференција Универзитета у Саскачевану, Саскатун, 7-10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Фазно раздвајање за издвајање ензима: Преглед и новије примене. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Побољшана екстракција олеорезина из праха ризома ђумбира (Zingiber officinale) применом трофазног раздвајања потпомогнутог ензимима. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Синергија ултразвука и трофазног раздвајања за екстракцију и раздвајање полисахарида Corbicula fluminea и могући релевантни механизми. Ultrasonics Sonochemistry том 40, део A, 2018. 128–134.
Корисне чињенице
Трофазно раздвајање (TPP)
TPP је техника биораздвајања заснована на расподели поларних састојака, протеина и хидрофобних састојака у три фазе које обухватају воду, амонијум-сулфат и t-бутанол.
Бројни важни терапијски и индустријски ензими (нпр. α-галактоцидаза, инхибитори α-амилазе и протеаза) и природна једињења (нпр. дитерпени као што су форсколин и андрографолид) пречишћавају се трофазним раздвајањем. Пигменти, липиди и инхибитори ензима накупљају се у горњој фази растварача, која је међуслојем исталожених протеина одвојена од доње водене фазе, у којој се накупљају поларне компоненте као што су сахариди. Пошто t-бутанол везује протеине исталожене TPP поступком, који се јављају као копреципитати протеина и t-бутанола, он плута између органског и воденог слоја и може се лако издвојити и пречистити. Уопштено, биомолекули се издвајају у пречишћеном облику на међуфазној граници, док се нечистоће углавном расподељују у t-бутанол (горња фаза) и у водену фазу (доња фаза).
Астаксантин
Астаксантин (3, 3´-дихидрокси-ß, ß-каротен 4, 4´-дион) је кетокаротеноид који припада класи терпена. Као тетратерпеноид, изграђен је од прекурсора са пет атома угљеника, изопентенил-дифосфата и диметилалил-дифосфата. Астаксантин је жутонаранџасти биљни пигмент и стога се сврстава у ксантофиле. Астаксантин се углавном налази у микроалгама, квасцу, салмонидима, пастрмкама, крилу, шкампима, речним раковима и раковима. Као веома снажан хватач слободних радикала, средство за заштиту коже, антиканцерогено средство и средство за јачање имунског система, астаксантин се користи као суплемент и као додатак у храни, фармацеутским и козметичким производима. Ултразвучни TPP побољшава поступак екстракције и раздвајања астаксантина из природних извора и омогућава његову економичну производњу на индустријском нивоу.
UIP1000hdT – индустријски ултразвучни процесор од 1kW