Ultraljudsextraktion av alger för kosttillskott

Ultraljudsextraktion är den överlägsna metoden för att effektivt och snabbt sönderdela algceller. Ultraljudsbehandling kan frigöra hela mängden bioaktiva föreningar, vilket gör ultraljudstekniken mycket effektiv.

Så extraheras proteiner, lipider och fenolföreningar ur alger med ultraljud

Alg- och mikroalgarter är rika på biologiskt aktiva föreningar såsom proteiner, lipider, karotenoider, pigment (t.ex. fykocyaniner, astaxantin osv.), fenolföreningar och polysackarider (t.ex. karragenaner). Detta gör dem till ett allmänt använt naturligt råmaterial för framställning av extrakt för livsmedel och kosttillskott. Vanliga algarter för kosttillskott är Arthrospira maxima (även känd som spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis och Ulva spp. Alger är kända för att vara en god källa till högkvalitativa proteiner, lipider, långkedjiga fleromättade fettsyror (PUFA, dvs. omega-3), polysackarider (t.ex. alginat, karragenan, β-glukaner), vitaminer och antioxidanter.
Spirulina är en vanligt använd algtyp som är rik på högt värderade bioaktiva föreningar såsom proteiner (med en halt på 50–70% av torrvikten). Eftersom Spirulina är godkänd av FDA (USA:s livsmedels- och läkemedelsmyndighet) som GRAS (allmänt erkänd som säker), kan spirulina och spirulinaextrakt användas i kommersiellt saluförda livsmedel eller som kosttillskott.

Fördelar med ultraljudsextraktion av alger

Ultraljudsextraktion överträffar alternativa extraktionsmetoder på många punkter, såsom högt utbyte, tillförlitlighet, säkerhet, enkelhet och miljövänlighet.

Fullständigt extraktionsutbyte

Högpresterande ultraljudsapparater bryter upp och sönderdelar algcellerna så att det intracellulära materialet frigörs. Ultraljudsextraktion frigör därmed hela spektrumet av bioaktiva föreningar, såsom fykobiliproteiner, karotenoider, lipider och fenolföreningar.
Fykobiliproteiner kan delas in i tre huvudgrupper, nämligen klorofykocyaniner, allofykocyaniner och fykoerytriner. C-fykocyanin är ett naturligt blått pigment som används i stor utsträckning i livsmedel och läkemedelsprodukter. Ultraljudsextraktion frigör hela spektrumet av proteiner.

Hög extraktionseffektivitet

Duangsee et al. (2009) testade två olika metoder för extraktion av bioaktiva föreningar ur Arthospira-biomassa (ultraljudsassisterad lösningsmedelsextraktion och extraktion genom upprepad frysning och upptining) och fann att ultraljudsassisterad lösningsmedelsextraktion gav högre extraktionseffektivitet (22,1%) än frysning och upptining (15,6%). En jämförelse av cellrupturen vid ultraljudsbehandling respektive upprepad frysning och upptining visar att ultraljudsbehandling är effektivare. Ultraljudskavitation sönderdelar algceller snabbt och effektivt, vilket ger en högre grad av cellsönderdelning jämfört med spirulinaceller som behandlats genom upprepad frysning och upptining.
Ultraljudsbehandling var effektivare när det gällde att bryta upp cellhöljet jämfört med upprepad frysning och upptining. Extraktionsutbytet av fykocyanin visade att processtemperaturen påverkade extraktionseffektiviteten.

Snabb extraktionsprocess

Högpresterande ultraljudssystem kan tillföra algsuspensionen hög ultraljudseffekt genom höga amplituder. Detta gör ultraljudsextraktion till en mycket snabb bearbetningsmetod.

Temperaturkontroll

Ultraljudsbehandling är en icke-termisk, rent mekanisk extraktionsteknik. Extraktionstemperaturen kan kontrolleras exakt med hjälp av en anslutningsbar temperatursensor som är kabelansluten till den digitala ultraljudsapparaten från Hielscher. Programvaran i Hielschers digitala ultraljudsapparater gör det möjligt att ställa in temperaturgränser, så att ultraljudshomogenisatorn pausar när temperaturgränsen nås. Den exakta temperaturkontrollen gör det möjligt att förhindra termisk nedbrytning av värmekänsliga material såsom fykobiliproteiner, vitaminer, polyfenoler, polysackarider, lipider och andra bioaktiva föreningar.

Kompatibel med olika lösningsmedel

Ultraljudsbehandling är kompatibel med nästan alla lösningsmedel. Ultraljudsextraktion i kombination med gröna lösningsmedel som vatten eller etanol ger rena extrakt. Dessa ultraljudsextrakt kan säkert införlivas i livsmedel eftersom extraktionslösningsmedlen etanol och vatten har GRAS-status (Generally Recognized As Safe, allmänt erkända som säkra).

Reproducerbarhet och processtandardisering

Hielschers digitala ultraljudsapparater levereras med intelligent programvara och ett omfattande utbud av inställningar för de idealiska extraktionsparametrarna. Programvaran loggar alla parametrar för ultraljudsprocessen (t.ex. amplitud, nettoeffekt, totaleffekt, temperatur, tryck, tid och datum) och skriver ultraljudsbehandlingens data till en CSV-fil på det inbyggda SD-kortet. Detta gör att du kan standardisera din extraktionsprocess och noggrant övervaka ultraljudsbehandlingen och den resulterande kvaliteten. Dessa funktioner hjälper dig att uppfylla kraven på processtandardisering och god tillverkningssed (GMP), som båda är mycket viktiga när extrakten framställs för kosttillskott, livsmedel eller läkemedel.

Protokoll för ultraljudsextraktion av fykocyanin

Mazumder et al. (2017) undersökte de optimala processparametrarna för ultraljudsextraktion av fykocyanin och fenolföreningar från Arthospira platensis. Det maximala utbytet av fykocyanin (29,9 mg/g) och totala fenolföreningar (2,4 mg/g) erhölls vid en etanolkoncentration på 40% och en extraktionstemperatur på 34,9°C med ultraljudsapparaten UP50H (50 watt, 30kHz) vid en amplitud på 95% under en extraktionstid på 104,7 sek.

Vernès et al. (2019) använde en UIP1000hdT (1000W, 20kHz) ultraljudsapparat för att extrahera proteiner från spirulina. Ultraljudsapparaten var utrustad med en BS2d34-sonotrod och en ultraljudsflödesreaktor (se bilden nedan för den exakta uppställningen för ultraljudsextraktion med flödescell och Seepex-pump).

UIP1000hdT – Uppställning för manotermosonikering (MTS) och vår proteinextraktion från spirulina i laboratorieskala
källa: Vernes et al. 2019

Forskningsresultaten visar att betingelser för ultraljudsextraktion som optimerats för proteinutbyte innefattar något förhöjd temperatur och något förhöjt tryck (så kallad manotermosonikering, MTS). MTS främjar massöverföringen och gör det möjligt att erhålla 229% mer protein (28,42 ± 1,15 g/100 g torrvikt) än med en konventionell process utan ultraljud (8,63 ± 1,15 g/100 g torrvikt).
Med 28,42 g protein i extraktet per 100 g torr spirulinabiomassa uppnåddes en proteinåtervinning på 50% på endast 6 minuter i en kontinuerlig ultraljudsprocess. Mikroskopisk avbildning visar att akustisk kavitation påverkar spirulinatrådarna genom olika mekanismer såsom fragmentering, sonoporering och nedbrytning av strukturen. Dessa olika effekter gör extraktion, frisättning och solubilisering av bioaktiva föreningar från spirulina enklare och effektivare, vilket ger ett högt utbyte av protein av hög kvalitet.
När det gäller kvaliteten på de ultraljudsextraherade proteinerna bröts aminosyrorna inte ned av ultraljudsbehandlingen, utan förekommer i större mängd vid ultraljudsbehandling jämfört med konventionell extraktion.
Vid jämförelse mellan manotermosonikering och ultraljudsextraktion utan förhöjt tryck och förhöjd temperatur är skillnaden i extraktionsutbyte och effektivitet endast minimal. Därför anses enbart ultraljud vara den mest ekonomiska och enklaste tekniken för att framställa ett högkvalitativt extrakt rikt på spirulinaproteiner. Ultraljudsextraktion är en grön, miljövänlig extraktionsteknik som lämpar sig för proteinextraktion från spirulina i laboratorieskala och enkelt kan skalas upp till pilot- och industriskala. (jfr Vernès et al. 2019)

Högpresterande ultraljudsextraktorer

Alla extraktionsresultat som uppnås i liten skala kan skalas upp linjärt till större produktionskapaciteter. Hielscher Ultrasonics breda produktutbud, från laboratoriesystem till industriella extraktionssystem, omfattar den ultraljudsapparat som är bäst lämpad för din planerade processkapacitet. Vår personal med mångårig erfarenhet hjälper dig från genomförbarhetstester och processoptimering till installationen av ditt ultraljudssystem i den slutliga produktionsskalan.

Hielscher Ultrasonics – Avancerad extraktionsutrustning

Hielscher Ultrasonics produktutbud täcker hela sortimentet av högpresterande ultraljudsextraktorer från liten till stor skala. Ytterligare tillbehör gör det enkelt att sätta samman den konfiguration av ultraljudsutrustning som är bäst lämpad för din process. Den optimala ultraljudsuppställningen beror på planerad kapacitet, volym, råmaterial, satsvis eller kontinuerlig process och tidsplan. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt under hög belastning och i krävande miljöer. Ultraljudsextraktionsprocessernas linjära skalbarhet möjliggör en enkel och tillförlitlig ökning av produktionen. Läs mer om linjär uppskalning av ultraljudsextraktionsprocesser!

Välj bland olika tillbehör såsom:

• sonotroder med olika storlekar, diametrar och former
• sonotroder för höga amplituder på 200µm och högre
• flödescellsreaktorer med olika volymer och geometrier
• ett stort antal förstärkarhorn för att öka eller minska amplitudförstärkningen
• kompletta ultraljudsuppställningar såsom SonoStation, som omfattar ultraljudsextraktor, tank, omrörare och pump
• anslutningsbara temperaturgivare
• anslutningsbara tryckgivare

Vår välutbildade personal med mångårig erfarenhet ger dig råd och rekommenderar det ultraljudssystem som är bäst lämpat för kraven i din extraktionsprocess!

Tabellen nedan ger en indikation på våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: