การสกัดสาหร่ายอัลตราโซนิกสําหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่เหนือกว่าในการทําลายเซลล์สาหร่ายอย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็ว Sonication สามารถปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพในปริมาณที่สมบูรณ์ซึ่งทําให้เทคนิคอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูง

วิธีการสกัดโปรตีนไขมันและฟีนอลจากสาหร่ายด้วยอัลตราโซนิก

สาหร่ายและสาหร่ายขนาดเล็กอุดมไปด้วยสารประกอบที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น โปรตีน ไขมัน แคโรทีนอยด์ เม็ดสี (เช่น ไฟโคไซยานิน แอสตาแซนทิน เป็นต้น) ฟีนอลิกและโพลีแซ็กคาไรด์ (เช่น คาราจีแนน) ทําให้เป็นวัสดุธรรมชาติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารสกัดสําหรับอาหารและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร สาหร่ายที่ใช้กันทั่วไปสําหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ได้แก่ Arthrospira maxima และ (หรือที่เรียกว่าสาหร่ายสไปรูลินา), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis และ Ulva spp. สาหร่ายเป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นแหล่งโปรตีนคุณภาพสูง ไขมัน PUFA สายยาว (เช่น โอเมก้า 3) โพลีแซ็กคาไรด์ (เช่น อัลจิเนต คาราจีแนน β-กลูแคน) วิตามิน และสารต้านอนุมูลอิสระ
สาหร่ายสไปรูลิน่าเป็นสาหร่ายชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งอุดมไปด้วยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีมูลค่าสูง เช่น โปรตีน (มีน้ําหนักแห้ง 50-70%) เนื่องจากสาหร่ายสไปรูลิน่าได้รับการอนุมัติจาก FDA (สํานักงานคณะกรรมการยาอาหารแห่งสหรัฐอเมริกา) ว่าเป็น GRAS (ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย) สารสกัดจากสาหร่ายสไปรูลิน่าและสาหร่ายสไปรูลิน่าจึงสามารถใช้ในอาหารเชิงพาณิชย์หรือเป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหารได้

ข้อดีของการสกัดสาหร่ายอัลตราโซนิก

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นเลิศวิธีการสกัดทางเลือกในจุดท่อร่วมเช่นผลผลิตสูงความน่าเชื่อถือความปลอดภัยความเรียบง่ายและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ผลผลิตการสกัดเต็มที่

เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจะทําลายเซลล์สาหร่ายเปิดออกและขัดขวางพวกมันเพื่อให้วัสดุภายในเซลล์ถูกปล่อยออกมา การสกัดด้วยอัลตราโซนิกจะปล่อยสเปกตรัมทั้งหมดของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพเช่นไฟโคบิลิโปรตีนแคโรทีนอยด์และไขมันและฟีนอลิก
Phycobiliproteins สามารถแยกออกเป็นสามกลุ่มหลัก ได้แก่ chloro-phycocyanins, allophycocyanins และ phycoerythrins C-Phycocyanin เป็นเม็ดสีน้ําเงินธรรมชาติ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์อาหารและยา การสกัดด้วยอัลตราโซนิกจะปล่อยโปรตีนเต็มสเปกตรัม

ประสิทธิภาพการสกัดสูง

Duangsee et al. (2009) ทดสอบวิธีการสกัดที่แตกต่างกันสองวิธี (การสกัดและสกัดตัวทําละลายด้วยอัลตราโซนิกโดยการแช่แข็งและการละลายซ้ํา) ของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากชีวมวล Arthospira และพบว่าการสกัดด้วยตัวทําละลายอัลตราโซนิกส่งผลให้ประสิทธิภาพการสกัดสูงกว่า (22.1%) มากกว่าการแช่แข็งและการละลาย (15.6%) การเปรียบเทียบการแตกของเซลล์ระหว่างการ sonication และการแช่แข็งและการละลายซ้ํา ๆ แสดงให้เห็นว่า sonication มีประสิทธิภาพมากกว่า โพรงอากาศอัลตราโซนิกรบกวนเซลล์สาหร่ายอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ซึ่งส่งผลให้เซลล์หยุดชะงักสูงขึ้นเมื่อเทียบกับเซลล์สาหร่ายสไปรูลิน่าที่ได้รับการบําบัดโดยการแช่แข็งและละลายซ้ําๆ
Sonication มีประสิทธิภาพมากกว่าในการทําลายซองเซลล์เมื่อเทียบกับการแช่แข็งและการละลายซ้ํา ผลผลิตการสกัดของไฟโคไซยานินแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิในการประมวลผลมีผลต่อประสิทธิภาพการสกัด

กระบวนการสกัดอย่างรวดเร็ว

ระบบอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสามารถใช้พลังงานอัลตราซาวนด์สูงผ่านแอมพลิจูดสูงในสารแขวนลอยของสาหร่าย ทําให้การสกัดอัลตราโซนิกเป็นวิธีการประมวลผลที่รวดเร็วมาก

การควบคุมอุณหภูมิ

Ultrasonication เป็นเทคนิคการสกัดเชิงกลล้วนๆ ที่ไม่ใช่ความร้อน สามารถควบคุมอุณหภูมิการสกัดได้อย่างแม่นยําโดยใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบเสียบได้ซึ่งต่อเข้ากับเครื่องอัลตราโซนิกแบบดิจิตอล Hielscher ซอฟต์แวร์ของเครื่องอัลตราโซนิกดิจิตอลของ Hielscher ช่วยให้สามารถตั้งค่าขีด จํากัด อุณหภูมิเพื่อให้โฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกหยุดชั่วคราวเมื่อถึงขีด จํากัด อุณหภูมิ การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยําช่วยให้สามารถป้องกันการเสื่อมสภาพทางความร้อนของวัสดุที่ไวต่อความร้อน เช่น ไฟโคบิลิโปรตีน วิตามิน โพลีฟีนอล โพลีแซ็กคาไรด์ ไขมัน และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่นๆ

เข้ากันได้กับตัวทําละลายต่างๆ

Ultrasonication เข้ากันได้กับตัวทําละลายเกือบทุกชนิด การสกัดด้วยอัลตราโซนิกร่วมกับตัวทําละลายสีเขียวเช่นน้ําหรือเอทานอลทําให้เกิดสารสกัดที่สะอาด สารสกัดอัลตราโซนิกเหล่านี้สามารถรวมเข้ากับอาหารได้อย่างปลอดภัยเนื่องจากตัวทําละลายสกัดเอทานอลและน้ํามีสถานะ GRAS (โดยทั่วไปเป็นที่ยอมรับว่าปลอดภัย)

ความสามารถในการทําซ้ําและการกําหนดมาตรฐานกระบวนการ

เครื่องอัลตราโซนิกดิจิตอลของ Hielscher มาพร้อมกับซอฟต์แวร์อัจฉริยะและการตั้งค่าที่หลากหลายสําหรับพารามิเตอร์การสกัดในอุดมคติ ซอฟต์แวร์โปรโตคอลพารามิเตอร์กระบวนการอัลตราโซนิกทั้งหมด (เช่นแอมพลิจูดพลังงานสุทธิพลังงานทั้งหมดอุณหภูมิความดันเวลาวันที่) และเขียนข้อมูล sonication ลงในไฟล์ CSV บนการ์ด SD ในตัว สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถกําหนดมาตรฐานกระบวนการสกัดของคุณและตรวจสอบการ sonication และคุณภาพผลผลิตอย่างใกล้ชิด คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้คุณปฏิบัติตามข้อกําหนดด้านการทําให้เป็นกระบวนการ ตลอดจนแนวทางปฏิบัติที่ดีในการผลิต (GMP) ซึ่งมีความสําคัญอย่างยิ่งเมื่อผลิตสารสกัดสําหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร

โปรโตคอลการสกัด Phycocyanin อัลตราโซนิก

Mazumder et al. (2017) ตรวจสอบพารามิเตอร์การประมวลผลที่เหมาะสมที่สุดสําหรับการสกัดอัลตราโซนิกของไฟโคไซยานินและฟีนอลจาก Arthospira platensis ผลผลิตสูงสุดของไฟโคไซยานิน (29.9 มก./กรัม) และฟีนอลิกทั้งหมด (2.4 มก./กรัม) ได้ที่ความเข้มข้นของเอทานอล 40% อุณหภูมิการสกัด 34.9 °C โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก UP50H (50 วัตต์, 30kHz) ที่แอมพลิจูด 95% สําหรับเวลาในการสกัด 104.7 วินาที

Vernès et al. (2019) ใช้เครื่องอัลตราโซนิก UIP1000hdT (1000W, 20kHz) เพื่อสกัดโปรตีนจากสาหร่ายสไปรูลิน่า เครื่องอัลตราโซนิกติดตั้ง sonotrode BS2d34 และเครื่องปฏิกรณ์ไหลอัลตราโซนิก (ดูภาพด้านล่างสําหรับการตั้งค่าการสกัดอัลตราโซนิกที่แน่นอนด้วยโฟลว์เซลล์และปั๊ม Seepex)

ยูไอพี 1000hdT – การตั้งค่า Manothermosonication (MTS) และการสกัดโปรตีนจากสาหร่ายสไปรูลิน่าในระดับห้องปฏิบัติการ
ที่มา: Vernes et al. 2019

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าสภาวะการสกัดอัลตราโซนิกที่ปรับให้เหมาะสมกับผลผลิตโปรตีนเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้นเล็กน้อย (ที่เรียกว่า manothermosonication MTS) MTS ส่งเสริมการถ่ายเทมวลและช่วยให้ได้รับโปรตีนมากกว่า 229% (28.42 ± 1.15 กรัม/น้ําหนักแห้ง 100 กรัม) มากกว่ากระบวนการทั่วไปที่ไม่มีอัลตราซาวนด์ (8.63 ± 1.15 กรัม/น้ําหนักแห้ง 100 กรัม)
ด้วยโปรตีน 28.42 กรัมที่ได้รับต่อมวลชีวมวลสาหร่ายสไปรูลิน่าแห้ง 100 กรัมในสารสกัดอัตราการฟื้นตัวของโปรตีน 50% ทําได้ในเวลาเพียง 6 นาทีในกระบวนการ sonication อย่างต่อเนื่อง การถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์เผยให้เห็นว่าโพรงอากาศอะคูสติกส่งผลต่อเส้นใยสาหร่ายสไปรูลิน่าด้วยกลไกต่างๆ เช่น การกระจายตัว ผลกระทบต่างๆ เหล่านี้ทําให้การสกัด การปลดปล่อย และการละลายสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพของสาหร่ายสไปรูลิน่าง่ายขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้ได้โปรตีนสูงและมีคุณภาพสูง
เกี่ยวกับคุณภาพของโปรตีนที่สกัดด้วยอัลตราโซนิกกรดอะมิโนไม่ได้ถูกย่อยสลายโดยการรักษาด้วยอัลตราซาวนด์ แต่มีอยู่ในปริมาณที่มากขึ้นในกรณีของการสกัดแบบอัลตราซาวนด์เมื่อเทียบกับการสกัดแบบเดิม
เมื่อเปรียบเทียบการสกัดด้วยอัลตราโซนิกและอัลตราโซนิกโดยไม่มีความดันและอุณหภูมิสูงความแตกต่างของผลผลิตและประสิทธิภาพการสกัดจะน้อยที่สุดเท่านั้น ดังนั้นอัลตราซาวนด์เพียงอย่างเดียวจึงถือเป็นเทคนิคที่ประหยัดและง่ายที่สุดในการผลิตสารสกัดคุณภาพสูงที่อุดมไปด้วยโปรตีนสาหร่ายสไปรูลิน่า การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคการสกัดที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่เหมาะสําหรับการสกัดโปรตีนจากสาหร่ายสไปรูลิน่าในระดับห้องปฏิบัติการซึ่งสามารถปรับขนาดเป็นระดับนําร่องและระดับอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย (อ้างอิง Vernès et al. 2019)

เครื่องสกัดอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง

ผลการสกัดทั้งหมดที่ทําได้ในระดับเล็ก ๆ สามารถปรับขนาดเป็นเส้นตรงเพื่อกําลังการผลิตที่ใหญ่ขึ้น กลุ่มผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ของ Hielscher Ultrasonics ตั้งแต่ห้องปฏิบัติการไปจนถึงระบบสกัดอุตสาหกรรมมีเครื่องอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสําหรับความสามารถในการประมวลผลที่คาดการณ์ไว้ พนักงานที่มีประสบการณ์มายาวนานของเราจะช่วยเหลือคุณตั้งแต่การทดสอบความเป็นไปได้และการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการไปจนถึงการติดตั้งระบบอัลตราโซนิกของคุณในระดับการผลิตขั้นสุดท้าย

Hielscher Ultrasonics – อุปกรณ์สกัดที่ซับซ้อน

กลุ่มผลิตภัณฑ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ครอบคลุมเครื่องสกัดอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ อุปกรณ์เสริมเพิ่มเติมช่วยให้สามารถประกอบการกําหนดค่าอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสําหรับกระบวนการของคุณได้อย่างง่ายดาย การตั้งค่าอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับความจุปริมาตรวัตถุดิบแบทช์หรือกระบวนการแบบอินไลน์และไทม์ไลน์ ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันในงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ ความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้นของกระบวนการสกัดอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถเพิ่มการผลิตได้ง่ายและเชื่อถือได้ อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขยายขนาดเชิงเส้นของกระบวนการสกัดอัลตราโซนิก!

เลือกจากอุปกรณ์เสริมต่างๆ เช่น:

• sonotrodes ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและรูปร่างต่างๆ
• sonotrodes สําหรับแอมพลิจูดสูงถึง 200μm และสูงกว่า
• เครื่องปฏิกรณ์โฟลว์เซลล์ที่มีปริมาตรและรูปทรงเรขาคณิตต่างๆ
• แตรบูสเตอร์จํานวนมากเพื่อเพิ่มหรือลดกําไร
• การตั้งค่า sonication ที่สมบูรณ์เช่น SonoStation ซึ่งรวมถึงเครื่องสกัดอัลตราโซนิกถังเครื่องกวนและปั๊ม
• เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบเสียบได้
• เซ็นเซอร์ความดันแบบเสียบได้

พนักงานที่ผ่านการฝึกอบรมมาเป็นอย่างดีและมีประสบการณ์มายาวนานของเราจะให้คําปรึกษาและแนะนําระบบอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสําหรับความต้องการของกระบวนการสกัดของคุณ!

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: