Ultraljud astaxanthin extraktion för högre avkastning
- Astaxanthin är en mycket potent antioxidant som används i läkemedel och kosttillskott.
- För att producera högkvalitativt astaxanthin från naturliga källor som alger krävs en högpresterande extraktionsteknik.
- Ultraljud extraktion är en mekanisk behandling, som ger höga utbyten av astaxanthin på en mycket kort extraktionstid.
Högpresterande sonikatorer för högkvalitativa astaxantinextrakt
Ultraljudsextraktion är en högpresterande extraktionsteknik som använder intensiva ultraljudsvågor för att extrahera astaxanthin från naturliga källor, såsom mikroalger, krill eller kräftdjur. Astaxanthin är ett naturligt förekommande karotenoidpigment som är känt för sina kraftfulla antioxidativa egenskaper och olika hälsofördelar. Det används ofta som kosttillskott och färgämne i livsmedel. Lär dig hur ultraljudsbehandling hjälper till att förbättra din astaxanthin extraktionsprocess!
MultiSonoReactor för förbättrad extraktion av astaxantin med hjälp av ultraljud med hög effekt
Ultraljud extraktion av astaxanthin från mikroalger
Astaxanthin För kosttillskott, som konsumeras av människor och djur för sina hälsofördelar, erhålls astaxanthin från skaldjur eller utvinns från algen H. pluvialis. Haematococcus pluvialis är en grön mikroalg som producerar höga halter av astaxanthin när stressförhållanden tillämpas, t.ex. hög salthalt, kvävebrist, hög temperatur och ljus. Med upp till 9,2 mg/g astaxanthin per algcell (= upp till 3,8 % av torrvikten av H. pluvialis) ackumulerar Haematococcus pluvialis ett mycket högt innehåll av naturligt astaxanthin och är därför den organism som föredras för produktion av astaxantin.
För att frigöra astaxanthin från gröna mikroalger måste algcellerna störas. Ultraljud är väl etablerad i syfte att cellstörningar, lys och isolering av bioaktiva föreningar som lipider, antioxidanter, polyfenoler och naturliga pigment. Högpresterande ultraljud skapar rent mekaniska krafter som stör cellväggarna genom skjuvkrafter och orsakar frisättning av bioaktiva ämnen som astaxanthin.
Ultraljud extraktion av astaxanthin från jäst
Phaffia rhodozyma är en jäst som är rik på astaxanthin. Den tjocka cellväggen hos P. rhodozyma, som huvudsakligen består av glukan och ansvarar för cellens styvhet, gör dock cellstörningar och astaxantinisolering till en krävande uppgift. Forskare (Gogate et al. 2015) fann att ultraljudsextraktion i kombination med mjölksyra intensifierar cellstörningen och gör extraktionen av astaxanthin från P. rhodozyma till en grönare, miljövänligare process. De använde mjölksyra som medium för störning och etanol som lösningsmedel för extraktion. Det maximala utbytet av astaxanthin (90%) erhölls för den ultraljudsassisterade extraktionsmetoden baserad på användning av 3 M mjölksyra, störningstid på 15 min. Kraftfulla ultraljudsutsug som UIP4000hd (4kW, se bild till vänster) i kombination med en trycksättningsbar genomströmningsreaktor möjliggör generering av mycket intensiv kavitation. Kavitationella skjuvkrafter stör jästcellväggarna och främjar massöverföringen mellan cellens inre och lösningsmedlet.
- Överlägsen avkastning
- Extraktion med hög hastighet – inom några minuter
- Extrakt av hög kvalitet – Mild, icke-termisk
- Gröna lösningsmedel (t.ex. vatten/etanol)
- Kostnadseffektiv
- Enkel och säker drift
- Låga investerings- och driftskostnader
- 24/7 drift under tung drift
- Grön, miljövänlig metod
Ultraljud astaxanthin extraktion – i batch- eller kontinuerligt flödesläge
Astaxanthin är en lipofil förening och kan lösas upp i lösningsmedel (t.ex. 48,0 % etanol i etylacetat) och oljor (t.ex. sojabönolja).
Batch: Ultraljudsextraktionsprocesser kan drivas som enkla batchprocesser eller som inline-behandling, där mediet kontinuerligt matas genom en ultraljudsgenomströmningsreaktor.
Batchbearbetning är en enkel procedur, där extraktionen utförs parti för parti. Hielscher Ultrasonics erbjuder ultraljudsprocessorer för små till stora partier, dvs 1L till 120L.
För bearbetning av satser på 5 till 10 liter rekommenderar vi UP400St med sonotrode S24d22L2D (se bild till vänster).
För bearbetning av satser på ca 120 L rekommenderar vi Ultraljudsbehandling UIP2000hdT med sonotrode RS4d40L4.
Genomströmning: För större volymer och fullskalig kommersiell extraktion matas en kontinuerlig vätskeström genom en ultraljudsreaktor, där lösningsmedlet/den botaniska slurryn är intensivt sonikerad.
För en volym på ca 8 l/min rekommenderar vi UIP4000hdT med sonotrode RS4d40L3 och trycksatt flödescell FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2 kW) för storskalig batchextraktion
Högpresterande ultraljudsapparater för extraktion
Hielscher Ultrasonics är specialiserat på tillverkning av högpresterande sonikatorer för produktion av högkvalitativa extrakt från växter, jäst och celler. Den breda produktportföljen av Hielscher Ultrasonics sträcker sig från små, kraftfulla labb ultraljudsapparater till robusta bänkskivor och helt industriella system, som levererar högintensivt ultraljud för effektiv extraktion och isolering av bioaktiva komponenter som astaxanthin, quercetin, koffein, curcumin, terpener etc. Alla digitala sonikatorer från 200 W till 16 000 W har en intuitiv meny med programmerbara inställningar, en färgad pekskärm för bekväm användning, ett integrerat SD-kort för automatisk dataregistrering, webbläsarens fjärrkontroll och många fler användarvänliga funktioner. Sonotroderna och flödescellerna (de delar som är i kontakt med mediet) kan autoklaveras och är lätta att rengöra. Alla våra ultraljudsapparater är byggda för 24/7 drift, kräver lågt underhåll och är enkla och säkra att använda.
En digital färgdisplay gör det möjligt att styra ultraljudsutrustningen på ett användarvänligt sätt. Våra system är kapabla att leverera från låga upp till mycket höga amplituder. För extraktion av kemiska föreningar som astaxanthin erbjuder vi speciella ultraljudssonotroder (även kända som ultraljudssonder eller horn) som är optimerade för känslig isolering av högkvalitativa aktiva substanser. Hielscher erbjuder speciella sonotroder för höga amplituder i kombination med trycksatta flödesceller som kan generera extrema kavitationella skjuvkrafter, vilket stör även mycket robusta jästceller. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Den exakta kontrollen av ultraljudsprocessparametrarna säkerställer reproducerbarhet och processstandardisering. Hielscher industrial-skala, automatiserade ultraljud extraktionssystem är utformade för hög produktionskapacitet av överlägsen kvalitet extrakt, samtidigt som arbete, kostnad, och energi.
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur/Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
sono-extraktion
Ultraljudsextraktion eller sono-extraktion bygger på principen om akustisk kavitation.
När intensiva ultraljudsvågor appliceras på vätskesystem uppstår akustisk kavitation, vilket är fenomenet med generering, tillväxt och eventuell kollaps av vakuumbubblor (se bild nedan). Under utbredningen av ultraljudsvågorna oscillerar vakuumbubblorna och växer tills de når en punkt då de inte kan absorbera mer energi. På toppen av bubbeltillväxten kollapsar de våldsamt, vilket orsakar lokalt termiska, mekaniska och kemiska effekter. De mekaniska effekterna inkluderar höga tryck på upp till 1000atm, turbulens och intensiva skjuvkrafter. Dessa krafter stör cellväggarna och främjar massöverföring mellan cellens inre och lösningsmedlet, vilket frigör bioaktiva föreningar i den omgivande vätskan (dvs. lösningsmedlet).
Akustisk kavitation, genererad av högintensivt, lågfrekvent ultraljud, skapar intensiva skjuvkrafter och lokalt förekommande högtrycks- och temperaturskillnader, vilket ger den nödvändiga effekten för cellstörning, intensiv blandning och massöverföring. Dessa ultraljudsskjuvkrafter används framgångsrikt för cannabisextraktion.
Ultraljud extraktion av föreningar från växter och cellvävnad har undersökts väl. Tillämpningen av mycket intensiva ultraljudsvågor främjar extraktionsprocesser avsevärt. Förutom processintensifiering – vilket resulterar i högre avkastning och kortare utvinningstid – Termisk nedbrytning och förlust av temperaturkänsliga beståndsdelar förhindras eftersom ultraljudsbehandling är icke-termisk behandling. Dessutom har ultraljudsextraktion låga investerings- och driftskostnader, minskar användningen av lösningsmedel och / eller möjliggör användning av grönare lösningsmedel, vilket gör det till en ekonomisk och miljövänlig extraktionsteknik. Ultraljudsassisterad extraktion (UAE) överträffar konventionella extraktionsmetoder och har antagits från livsmedelsindustrin för att producera bioaktiva föreningar med ekonomiska vinster.
Kraftfulla ultraljudsvågor stör cellmatrisen av biologiska strukturer och frigör de bioaktiva föreningarna. Massöverföringen mellan växtmaterialet och lösningsmedlet intensifieras. På grund av dessa mekanismer är ultraljudsextraktion mycket effektiv för cannabisextraktion.
astaxanthin astaxanthin
Astaxanthin kännetecknas av en djupröd färg. Det är ett fettlösligt pigment som finns i alger (t.ex. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), jäst (t.ex. Phaffia rhodozyma), lax, öring, krill, räkor och kräftor. Astaxanthin anses vara en superantioxidant eftersom dess antioxidativa styrka är tio till tjugo gånger kraftfullare än hos många andra karotenoider, såsom betakaroten, lutein och zeaxantin, och hundra gånger kraftfullare än alfa-tokoferol (vitamin E).
Astaxanthin (3,3′-dihydroxi-β, β′-karoten-4,4′-dion) är en ketokarotenoid och tillhör en större klass av kemiska föreningar som kallas terpener (som en tetraterpenoid), som består av fem kolprekursorer, isopentenyldifosfat och dimetylallyldifosfat. Astaxanthin klassificeras som en typ av karotenoidföreningar med syreinnehållande komponenter, nämligen hydroxyl (-OH) eller keton (C=O), såsom zeaxantin och kantaxantin. Astaxanthin är en metabolit av zeaxantin och/eller kantaxantin, som innehåller både hydroxyl- och ketonfunktionella grupper. Liksom många karotenoider är astaxanthin ett fettlösligt pigment och kännetecknas av sin röda färg. Karotenoider inklusive astaxanthin är välkända för sin antioxidativa kapacitet.
Astaxanthin är ett rött pigment och har sitt naturliga ursprung i regnvattenmikroalgen (Haematococcus pluvialis) och jästen Xanthophyllomyces dendrorhous (även känd som Phaffia rhodozyma). Algerna utsätts för en påfrestning via ett eller en kombination av tillstånd som sträcker sig från brist på näringsämnen, ökad salthalt och överdrivet solsken för att skapa Astaxanthin. De arter som äter de stressade sötvattensmikroalgerna, såsom lax, röd öring, fläckpagell, flamingo, kräftdjur (t.ex. räkor, krill, krilla, krabba, hummer, kräftor), återspeglar pigmenteringen av de röd-orange nyanserna i sitt utseende.
Som ett komplement administreras astaxanthin för sina hälsofrämjande och sjukdomsbehandlande effekter. Astaxanthin är ett väletablerat kosttillskott som administreras för att förbättra hudens hälsa (t.ex. minska rynkor, skador av solbränna etc.).
Dessutom får astaxanthin ökad uppmärksamhet för sin användning för att behandla Alzheimers sjukdom, Parkinsons sjukdom, kardiovaskulära sjukdomar, högt kolesterol, leversjukdomar, åldersrelaterad makuladegeneration och förebyggande av cancer.
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.