Ultraljudsförbättrad 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 den konventionella trefaspartitioneringen genom högre avkastning, förbättrad renhet och exceptionell hastighet.
• Ultraljud trefaspartitionering är tillämplig för små och stora volymer och kan enkelt skalas till industriell produktion.

Ultraljud trefas partitoning

Partitionering i tre faser

Trefaspartitionering (TPP) är en enkel och effektiv enstegsprocess för separation, rening och koncentration av biomolekyler såsom enzymer, lipider, polysackarider etc. från komplexa blandningar.
TPP utförs genom sekventiell tillsats av en tillräcklig mängd salt (vanligtvis ammoniumsulfat) och ett organiskt lösningsmedel (huvudsakligen t-butanol/007:002-butanol). Salter som ammoniumsulfat används vid en viss mättnad för att fälla ut proteinet. Ett organiskt lösningsmedel som t.ex. t-Butanol tillsätts för att bilda trefasskikt och för att avlägsna lågmolekylära föreningar som lipider, fenoler och vissa rengöringsmedel. Sedan t-butanol har en hög kokpunkt, men är mindre brandfarligt än etanol och metanol, t-butanol är det spädningsmedel som föredras för TPP.
Efter behandling av råextraktet och dekanteringen separeras blandningen i tre distinkta faser: det övre lösningsmedlet (t-butanol) innehåller opolära föreningar, som separeras från den nedre vattenfasen (som innehåller polära föreningar) genom en proteinfällning i gränsytan. De önskade proteinerna delas selektivt upp i en fas och andra förorenande proteiner i den andra fasen. Detta orsakar partiell rening och koncentration av proteinet. Extraktionsprocessen är en sammansmältning av kosmotropisk, saltning, isoton kolösningsmedel och osmolytisk utfällning av proteiner.

Ultraljudsförbättrad trefaspartitionering

Ultraljudsbehandling intensifierar TPP-processen avsevärt. Ultraljudsassisterad trefaspartitionering tillämpas framgångsrikt för separation och rening av biomolekyler. Ett brett spektrum av biomoelcules har isolerats mer effektivt på kortare tid. Till exempel renades enzymer från växter (t.ex. bromelain, papain, invertas, polyfenoloxidas och trypsinhämmare), djur (t.ex. trypsin, α-kymotrypsin, kymosin, pepsin och luciferas) och mikrober (t.ex. lipas, α-amylas, α-galaktosidas, serratiopeptidas, cyklodextringlykosyltransferas och fibrinolytiska enzymer) via ultraljud TPP. En ytterligare fördel med ultraljud trefaspartitionering är den ökade aktiviteten hos olika enzymer, vilket resulterar i till synes högre utbyten (med ca 100%) eftersom det riktade enzymet eller proteinet fälls ut i mellanskiktet mellan de organiska och vattenhaltiga faserna.
Ultraljud trefaspartitionering kan användas effektivt med råa prover och kan enkelt skalas upp.

Exempel på ultraljud trefaspartitionering (US-TPP)

Ultraljud TPP för extraktion av astaxanthin

För extraktion av astaxanthin (AX), den kombinerade behandlingen av TPP och ultraljudsbehandling med Hielscher sonikator UP400S är inte bara enkel och lätt att tillämpa, men också mycket effektiv teknik för att isolera AX från den bakteriella biomassan av Paracoccus NBRC 101723. De operativa variablerna för ultraljudsbehandling kan optimeras för att få optimala extraktionsresultat. Ultraljudsbearbetningsparametrar som amplitud, tid, temperatur och extraktionskärl (storlek, form) samt partikelstorleken på biomassa, påverkar ultraljudsfrisättningen av AX från biomassa avsevärt. Ultraljud av våt biomassa ger bättre resultat än ultraljud TPP av torkad biomassa för snabb och effektiv extraktion av AX. Ultraljudet TPP resulterar i en 37% högre AX-återvinning än den konventionella lösningsmedelsextraktionen. (jfr Chougle et al. 2013)

Ultraljud TPP för separation av andrographolide från Andrographis paniculata

Andrographolide är en labdanditerpenoid, som värderas för sina höga antiinflammatoriska, antioxidativa, leverskyddande, anti-cancerframkallande och antidiabetiska effekter. Jämförande studier visar att ultraljud TPP inte bara ökade utbytet av andrografolid, utan också förbättrar den antioxidativa aktiviteten jämfört med konventionell TPP.

Högpresterande sonikatorer för trefas partitionering

Hielscher Ultrasonics är specialiserat på design och tillverkning av högeffektiva ultraljudssystem för extraktion samt många andra processer.
Vårt produktsortiment omfattar små, kraftfulla labbsonikatorer, robusta bänkhomogenisatorer och industriella högpresterande ultraljudssystem. Fördelartillbehören möjliggör en optimal anpassning av ultraljudssystemet till dina specifika processkrav. Alla Hielscher sonikatorer är byggda för 24/7 drift under full belastning.
Vår långa erfarenhet av ultraljudsbearbetning gör att vi kan konsultera våra kunder från deras första tester med ultraljud genom stegen för processoptimering och implementering i industriell skala.
Använd formuläret nedan för att berätta om din process! Vi är glada att rekommendera diskutera möjligheterna och fördelarna med ultraljudsbehandling för din ansökan.

Litteratur/Referenser

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultraljudsassisterad trefaspartitionering (UATPP): En ny teknik utvecklad för extraktion av astaxanthin från Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Årlig konferens University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10 juli 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Faspartitionering för enzymseparation: En översikt och nya tillämpningar. Internationell tidskrift för livsmedelsforskning 24(1), 2017. 1-24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Förbättrad extraktion av oleoresin från ingefära (Zingiber officinale) rhizompulver med hjälp av enzymassisterad trefaspartitionering. Livsmedelskemi 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultraljud synergiserat med trefaspartitionering för extraktion och separation av Corbicula fluminea polysackarider och möjliga relevanta mekanismer. Ultraljud Sonokemi Vol. 40, Del A, 2018. 128-134.