Ultraljud alger extraktion för kosttillskott

Ultraljud extraktion är den överlägsna metoden för att störa alger celler effektivt och snabbt. Ultraljudsbehandling kan frigöra hela mängden av de bioaktiva föreningarna, vilket gör ultraljudstekniken mycket effektiv.

Hur man extraherar proteiner, lipider och fenoler från alger med ultraljud

Alg- och mikroalgarter är rika på biologiskt aktiva föreningar såsom proteiner, lipider, karotenoider, pigment (t.ex. fykocyaniner, astaxantin etc.), fenoler och polysackarider (t.ex. karragenaner). Detta gör dem till ett allmänt använt naturligt material för att producera extrakt för livsmedel och kosttillskott. Vanliga algarter för näringstillskott är Arthrospira maxima och (även känd som spirulina), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis och Ulva spp. Alger är kända för att vara en bra källa till högkvalitativa proteiner, lipider, långkedjiga PUFA (dvs. omega-3), polysackarider (t.ex. alginat, karragenan, β-glukaner), vitaminer och antioxidanter.
Spirulina är en vanlig typ av alger som är rik på högt värderade bioaktiva föreningar som proteiner (med 50–70 % torrvikt). Eftersom Spirulina är godkänt av FDA (Food Drug Administration of the United States) som GRAS (Generally Recognized As Safe), kan spirulina och spirulinaextrakt användas i kommersialiserade livsmedel eller som kosttillskott.

Fördelar med ultraljud algextraktion

Ultraljudsextraktion utmärker sig alternativa extraktionsmetoder i många punkter, såsom hög avkastning, tillförlitlighet, säkerhet, enkelhet och miljövänlighet.

Fullt utvinningsutbyte

Högpresterande ultraljudsapparater bryter upp algcellerna och stör dem så att det intracellulära materialet frigörs. Ultraljud extraktion frigör därmed hela spektrumet av bioaktiva föreningar, såsom fykobiliproteiner, karotenoider och lipider och fenoler.
Fykobilproteiner kan delas in i tre huvudgrupper, nämligen klor-fykocyaniner, allofykocyaniner och fykoerytriner. C-fykocyanin är ett naturligt blått pigment som ofta används i livsmedels- och läkemedelsprodukter. Ultraljud extraktion frigör hela spektrumet av proteiner.

Hög utsugningseffektivitet

Duangsee et al. (2009) testade två olika metoder för extraktion (ultraljudsassisterad lösningsmedelsextraktion och extraktion genom upprepad frysning och upptining) av bioaktiva föreningar från Arthospira biomassa och fann att ultraljudslösningsmedelsextraktion resulterade i en högre extraktionseffektivitet (22,1 %) än frysning och upptining (15,6 %). Cellruptur jämförelse mellan ultraljudsbehandling och upprepad frysning och upptining visar att ultraljudsbehandling är mer effektiv. Ultraljudskavitation stör algcellerna snabbt och effektivt, vilket resulterar i en högre cellstörning jämfört med spirulinacellerna som behandlas genom upprepad frysning och upptining.
Ultraljudsbehandling var mer effektiv för att bryta cellhöljet jämfört med upprepad frysning och upptining. Extraktionsutbytet av fykocyanin visade att bearbetningstemperaturen påverkade extraktionseffektiviteten.

Snabb extraktionsprocess

Högpresterande ultraljudssystem kan applicera hög ultraljudseffekt via höga amplituder i algsuspensionen. Detta gör ultraljudsextraktion till en mycket snabb bearbetningsmetod.

Temperaturkontroll

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

Kompatibel med olika lösningsmedel

Ultraljud är kompatibelt med nästan alla lösningsmedel. Ultraljud extraktion 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 (allmänt erkänd som säker) status.

Reproducerbarhet och processstandardisering

Hielschers digitala ultraljudsapparater kommer med en intelligent programvara och en utarbetad mängd inställningar för de perfekta extraktionsparametrarna. Programvaran protokollerar alla ultraljudsprocessparametrar (t.ex. amplitud, nettoeffekt, total effekt, temperatur, tryck, tid, datum) och skriver ultraljudsbehandling data till en CSV-fil på det inbyggda SD-kortet. Detta gör att du kan standardisera din extraktionsprocess och att övervaka ultraljudsbehandling och kvalitet noga. Dessa funktioner hjälper dig att uppfylla kraven på processstadandisering samt god tillverkningspraxis (GMP), som båda är mycket viktiga när extrakten produceras för kosttillskott, livsmedel eller farmaceutiska produkter.

Ultraljud fykocyanin extraktion protokoll

Mazumder et al. (2017) undersökte de optimala bearbetningsparametrarna för ultraljudsextraktion av fykocyanin och fenoler från Arthospira platensis. Det maximala utbytet av fykocyanin (29,9 mg/g) och totala fenoler (2,4 mg/g) erhölls vid 40 % etanolkoncentration, 34,9 °C extraktionstemperatur med hjälp av ultraljudsapparaten UP50H (50 watt, 30 kHz) vid en amplitud av 95 % för 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 sonotrode och en ultraljudsflödesreaktor (se bilden nedan för den exakta ultraljudsextraktionsinställningen med flödescell och Seepex-pump).

UIP1000hdT – Manotermosonikering (MTS) setup och vår proteinextraktion från spirulina i labbskala
källa: Vernes et al. 2019

Forskningsresultaten visar att ultraljudsextraktionsbetingelser optimerade för proteinutbyte innebär något förhöjd temperatur och tryck (så kallad manotermosonisk framställning MTS). MTS främjar massöverföring och gör det möjligt att få i sig 229 % mer protein (28,42 ± 1,15 g/100 g torrvikt) än konventionell process utan ultraljud (8,63 ± 1,15 g/100 g torrvikt).
Med 28,42 g proteiner erhållna per 100 g torr spirulina biomassa i extraktet, uppnåddes en proteinåtervinningsgrad på 50% på bara 6 minuter i en kontinuerlig ultraljudsbehandlingsprocess. Mikroskopisk avbildning avslöjar att akustisk kavitation påverkar spirulinafilamenten genom olika mekanismer såsom fragmentering, sonoporation, detexturering. Dessa olika effekter gör extraktion, frisättning och solubilisering av bioaktiva spirulinaföreningar enklare och effektivare, vilket resulterar i ett högt proteinutbyte av hög kvalitet.
När det gäller kvaliteten på de ultraljudsextraherade proteinerna, aminosyror bryts inte ned av ultraljudsbehandling, men de finns i en större mängd vid ultraljudsbehandling jämfört med konventionell extraktion.
När manotermosonikering och ultraljudsextraktion utan förhöjt tryck och temperatur jämförs är skillnaden i extraktionsutbyte och effektivitet endast minimal. Därför anses enbart ultraljud vara den mest ekonomiska och enklaste tekniken för att producera ett högkvalitativt extrakt som är rikt på spirulinaproteiner. Ultraljudsextraktion är en grön, miljövänlig extraktionsteknik som är lämplig för proteinextraktion från spirulina i laboratorieskala, som enkelt kan skalas till pilot- och industriell skala. (jfr Vernès et al. 2019)

Högpresterande ultraljudsutdragare

Alla extraktionsresultat som uppnås i liten skala kan skalas linjärt till större produktionskapaciteter. Hielscher Ultrasonics stora produktportfölj från laboratorium till industriella utvinningssystem har den mest lämpliga ultraljudsapparaten för din tänkta processkapacitet. Vår erfarna personal hjälper dig från genomförbarhetstester och processoptimering till installation av ditt ultraljudssystem på slutproduktionsnivå.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikerad utsugningsutrustning

Hielscher Ultrasonics produktportfölj täcker hela utbudet av högpresterande ultraljudsutsug från liten till stor skala. Ytterligare tillbehör gör det enkelt att montera den mest lämpliga ultraljudsenhetskonfigurationen för din process. Den optimala ultraljudsinställningen beror på den tänkta kapaciteten, volymen, råmaterialet, batch- eller inline-processen och tidslinjen. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer. Den linjära skalbarheten av ultraljudsextraktionsprocesser möjliggör en enkel och tillförlitlig ökning av produktionen. Läs mer om linjär uppskalning av ultraljudsextraktionsprocesser!

Välj mellan olika tillbehör som:

• Sonotrodes med olika storlekar, diametrar och former
• Sonotroder för hög amplitud på 200 μm och högre
• Flödescellsreaktorer med olika volymer och geometrier
• Många boosterhorn för att öka eller minska vinsterna
• komplett ultraljudsbehandling setups såsom SonoStation, som inkluderar ultraljud extractor, tank, omrörare, och pump
• Pluggbara temperatursensorer
• Pluggbara trycksensorer

Vår välutbildade, långvariga personal kommer att rådfråga dig och rekommendera dig det mest lämpliga ultraljudssystemet för dina krav på extraktionsprocessen!

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: