Ultraljudsförstärkt trefaspartitionering

• Trefaspartitionering (TPP) är en teknik för att extrahera, separera och rena komponenter, t.ex. lipider, enzymer, polysackarider och andra biomolekyler, från biologiskt material.
• Ultraljudsassisterad trefaspartitionering överträffar konventionell trefaspartitionering genom högre utbyte, förbättrad renhet och exceptionell snabbhet.
• Trefaspartitionering med ultraljud kan användas för små och stora volymer och kan enkelt skalas upp till industriell produktion.

Trefaspartitionering med ultraljud

Trefaspartitionering

Trefaspartitionering (TPP) är en enkel och effektiv enstegsprocess för separation, rening och koncentrering av biomolekyler såsom enzymer, lipider, polysackarider etc. från komplexa blandningar.
TPP utförs genom sekventiell tillsats av en tillräcklig mängd salt (vanligen ammoniumsulfat) och ett organiskt lösningsmedel (huvudsakligen t-butanol/tert-butanol). Salter såsom ammoniumsulfat används vid en viss mättnadsgrad för att fälla ut proteinet. Ett organiskt lösningsmedel såsom t-butanol tillsätts för att bilda tre fasskikt och avlägsna föreningar med låg molekylvikt, såsom lipider, fenolföreningar och vissa detergenter. Eftersom t-butanol har en hög kokpunkt men är mindre brandfarligt än etanol och metanol, är t-butanol det föredragna lösningsmedlet för TPP.
Efter behandling av råextraktet och dekantering separeras blandningen i tre tydligt avgränsade faser: den övre lösningsmedelsfasen (t-butanol) innehåller opolära föreningar, som separeras från den nedre vattenfasen (som innehåller polära föreningar) av en proteinfällning vid fasgränsen. De önskade proteinerna fördelas selektivt till den ena fasen och andra, förorenande proteiner till den andra fasen. Detta leder till partiell rening och koncentrering av proteinet. Extraktionsprocessen är en kombination av kosmotrop utfällning, utsaltning, utfällning med isotoniskt hjälplösningsmedel och osmolytisk utfällning av proteiner.

Ultraljudsförstärkt trefaspartitionering

Ultraljudsbehandling intensifierar TPP-processen avsevärt. Ultraljudsassisterad trefaspartitionering används framgångsrikt för separation och rening av biomolekyler. Ett brett spektrum av biomolekyler har isolerats effektivare på kortare tid. Till exempel har enzymer från växter (t.ex. bromelain, papain, invertas, polyfenoloxidas och trypsininhibitorer), djur (t.ex. trypsin, α-kymotrypsin, kymosin, pepsin och luciferas) och mikroorganismer (t.ex. lipas, α-amylas, α-galaktosidas, serratiopeptidas, cyklodextringlykosyltransferas och fibrinolytiska enzymer) renats med TPP med ultraljud. En ytterligare fördel med trefaspartitionering med ultraljud är den ökade aktiviteten hos olika enzymer, vilket ger skenbart högre utbyten (med ca 100%) eftersom målenzymet eller målproteinet fälls ut i mellanskiktet mellan den organiska fasen och vattenfasen.
Trefaspartitionering med ultraljud kan användas effektivt med råprover och kan enkelt skalas upp.

Exempel på trefaspartitionering med ultraljud (US-TPP)

TPP med ultraljud för extraktion av astaxantin

För extraktion av astaxantin (AX) är den kombinerade behandlingen med TPP och ultraljud med Hielschers ultraljudsapparat UP400S inte bara enkel och lätt att tillämpa, utan också en mycket effektiv teknik för att isolera AX från bakteriell biomassa av Paracoccus NBRC 101723. Ultraljudsbehandlingens driftvariabler kan optimeras för att uppnå optimala extraktionsresultat. Ultraljudsbehandlingens parametrar, såsom amplitud, tid, temperatur och extraktionskärl (storlek, form), liksom biomassans partikelstorlek, påverkar i hög grad den ultraljudsinducerade frisättningen av AX från biomassa. Ultraljudsbehandling av våt biomassa ger bättre resultat än TPP med ultraljud av torkad biomassa för snabb och effektiv extraktion av AX. TPP med ultraljud ger 37% högre återvinning av AX än konventionell lösningsmedelsextraktion. (jfr Chougle et al. 2013)

TPP med ultraljud för separation av andrografolid från Andrographis paniculata

Andrografolid är en diterpenoid av labdantyp som uppskattas för sina starka antiinflammatoriska, antioxidativa, leverskyddande, antikarcinogena och antidiabetiska effekter. Jämförande studier visar att TPP med ultraljud inte bara ökade utbytet av andrografolid utan också förbättrar den antioxidativa aktiviteten jämfört med konventionell TPP.

Högpresterande ultraljudsapparater för trefaspartitionering

Hielscher Ultrasonics är specialiserat på konstruktion och tillverkning av ultraljudssystem med hög effekt för extraktion och många andra processer.
Vårt produktsortiment omfattar små, kraftfulla ultraljudsapparater för laboratorier, robusta bänkhomogenisatorer och industriella högpresterande ultraljudssystem. Det stora utbudet av tillbehör gör det möjligt att anpassa ultraljudssystemet optimalt till dina specifika processkrav. Alla Hielschers ultraljudsapparater är byggda för drift dygnet runt, sju dagar i veckan, under full belastning.
Vår långa erfarenhet av ultraljudsbehandling gör att vi kan ge våra kunder råd från deras första försök med ultraljud genom stegen för processoptimering och implementering i industriell skala.
Använd formuläret nedan för att berätta om din process! Vi ger gärna rekommendationer och diskuterar möjligheterna och fördelarna med ultraljudsbehandling för din tillämpning.

Litteratur/referenser

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultraljudsassisterad trefaspartitionering (UATPP): En ny teknik utvecklad för extraktion av astaxantin från Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – årlig konferens vid University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Faspartitionering för enzymseparation: En översikt och aktuella tillämpningar. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1-24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Förbättrad extraktion av oleoresin från pulver av ingefärans (Zingiber officinale) jordstam med enzymassisterad trefaspartitionering. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultraljud i synergi med trefaspartitionering för extraktion och separation av polysackarider från Corbicula fluminea och möjliga relevanta mekanismer. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, del A, 2018. 128-134.