การสกัดสาหร่ายด้วยอัลตราซาวนด์สำหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร

การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่เหนือกว่าในการทำลายเซลล์สาหร่ายอย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็ว การใช้คลื่นเสียงสามารถปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพออกมาได้ทั้งหมด ทำให้เทคนิคอัลตราซาวนด์มีประสิทธิภาพสูง

วิธีสกัดโปรตีน ลิพิด และสารฟีนอลิกจากสาหร่ายด้วยอัลตราซาวนด์

สาหร่ายและสาหร่ายขนาดเล็กชนิดต่าง ๆ อุดมด้วยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น โปรตีน ลิพิด แคโรทีนอยด์ สารสี (เช่น ไฟโคไซยานิน แอสตาแซนธิน เป็นต้น) สารฟีนอลิก และพอลิแซ็กคาไรด์ (เช่น คาร์ราจีแนน) จึงเป็นวัตถุดิบธรรมชาติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารสกัดสำหรับอาหารและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร สาหร่ายที่นิยมใช้ในผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ได้แก่ Arthrospira maxima และ (หรือที่รู้จักกันในชื่อสไปรูลินา), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis และ Ulva spp. สาหร่ายเป็นที่รู้จักว่าเป็นแหล่งที่ดีของโปรตีนคุณภาพสูง ลิพิด กรดไขมันไม่อิ่มตัวหลายตำแหน่งสายยาว (PUFAs หรือโอเมกา-3) พอลิแซ็กคาไรด์ (เช่น แอลจิเนต คาร์ราจีแนน และบีตา-กลูแคน) วิตามิน และสารต้านอนุมูลอิสระ
สไปรูลินาเป็นสาหร่ายชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งอุดมด้วยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีคุณค่าสูง เช่น โปรตีน (50–70% ของน้ำหนักแห้ง) เนื่องจากสไปรูลินาได้รับการรับรองจาก FDA (สำนักงานอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา) ว่ามีสถานะ GRAS (ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย) จึงสามารถใช้สไปรูลินาและสารสกัดสไปรูลินาในอาหารที่จำหน่ายเชิงพาณิชย์หรือใช้เป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหารได้

ข้อดีของการสกัดสาหร่ายด้วยอัลตราซาวนด์

การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เหนือกว่าวิธีสกัดอื่น ๆ ในหลายด้าน เช่น ผลได้สูง ความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย ความเรียบง่าย และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ผลได้จากการสกัดอย่างครบถ้วน

เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงทำให้เซลล์สาหร่ายแตกเปิดและทำลายเซลล์เพื่อปลดปล่อยสารภายในเซลล์ออกมา การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์จึงปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพได้ครบทุกกลุ่ม เช่น ไฟโคบิลิโปรตีน แคโรทีนอยด์ ลิพิด และสารฟีนอลิก
ไฟโคบิลิโปรตีนแบ่งออกได้เป็นสามกลุ่มหลัก ได้แก่ คลอโร-ไฟโคไซยานิน อัลโลไฟโคไซยานิน และไฟโคอีริทริน C-Phycocyanin เป็นสารสีฟ้าจากธรรมชาติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์อาหารและยา การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ปลดปล่อยโปรตีนได้ครบทุกกลุ่ม

ประสิทธิภาพการสกัดสูง

Duangsee et al. (2009) ทดสอบวิธีสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากชีวมวล Arthospira ที่แตกต่างกันสองวิธี (การสกัดด้วยตัวทำละลายโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย และการสกัดโดยแช่แข็งและละลายซ้ำหลายครั้ง) และพบว่าการสกัดด้วยตัวทำละลายโดยใช้อัลตราซาวนด์ให้ประสิทธิภาพการสกัดสูงกว่า (22.1%) การแช่แข็งและละลาย (15.6%) การเปรียบเทียบการแตกของเซลล์ระหว่างการใช้คลื่นเสียงกับการแช่แข็งและละลายซ้ำหลายครั้งแสดงให้เห็นว่าการใช้คลื่นเสียงมีประสิทธิผลมากกว่า คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ทำลายเซลล์สาหร่ายอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้เซลล์ถูกทำลายมากกว่าเซลล์สไปรูลินาที่ผ่านการแช่แข็งและละลายซ้ำหลายครั้ง
การใช้คลื่นเสียงมีประสิทธิผลในการทำลายส่วนห่อหุ้มเซลล์มากกว่าการแช่แข็งและละลายซ้ำหลายครั้ง ผลได้จากการสกัดไฟโคไซยานินแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิในกระบวนการมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพการสกัด

กระบวนการสกัดที่รวดเร็ว

ระบบอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสามารถส่งกำลังอัลตราซาวนด์สูงเข้าสู่สารแขวนลอยสาหร่ายผ่านแอมพลิจูดสูง ทำให้การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นวิธีดำเนินกระบวนการที่รวดเร็วมาก

การควบคุมอุณหภูมิ

การใช้อัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคการสกัดที่ไม่ใช้ความร้อนและอาศัยกลไกเชิงกลล้วน ๆ สามารถควบคุมอุณหภูมิการสกัดได้อย่างแม่นยำโดยใช้เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบเสียบต่อ ซึ่งเชื่อมต่อด้วยสายเข้ากับเครื่องอัลตราซาวนด์ดิจิทัลของ Hielscher ซอฟต์แวร์ของเครื่องอัลตราซาวนด์ดิจิทัลของ Hielscher ช่วยให้ตั้งค่าขีดจำกัดอุณหภูมิได้ เพื่อให้เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์หยุดทำงานชั่วคราวเมื่ออุณหภูมิถึงขีดจำกัด การควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำช่วยป้องกันการเสื่อมสลายจากความร้อนของสารที่ไวต่อความร้อน เช่น ไฟโคบิลิโปรตีน วิตามิน พอลิฟีนอล พอลิแซ็กคาไรด์ ลิพิด และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่น ๆ

ใช้ได้กับตัวทำละลายหลากหลายชนิด

การใช้อัลตราซาวนด์เข้ากันได้กับตัวทำละลายแทบทุกชนิด การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ร่วมกับตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น น้ำหรือเอทานอล ให้สารสกัดที่สะอาด สามารถนำสารสกัดจากอัลตราซาวนด์เหล่านี้ไปผสมในอาหารได้อย่างปลอดภัย เนื่องจากตัวทำละลายที่ใช้สกัด ได้แก่ เอทานอลและน้ำ มีสถานะ GRAS (ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย)

ความสามารถในการทำซ้ำและการกำหนดมาตรฐานกระบวนการ

เครื่องอัลตราซาวนด์ดิจิทัลของ Hielscher มาพร้อมซอฟต์แวร์อัจฉริยะและตัวเลือกการตั้งค่าที่หลากหลายและละเอียด เพื่อให้ได้พารามิเตอร์การสกัดที่เหมาะสมที่สุด ซอฟต์แวร์บันทึกพารามิเตอร์ทั้งหมดของกระบวนการอัลตราซาวนด์ (เช่น แอมพลิจูด กำลังสุทธิ กำลังรวม อุณหภูมิ ความดัน เวลา และวันที่) และเขียนข้อมูลการใช้คลื่นเสียงลงในไฟล์ CSV บนการ์ด SD ในตัว ทำให้คุณสามารถกำหนดมาตรฐานกระบวนการสกัดและติดตามการใช้คลื่นเสียงกับคุณภาพผลผลิตได้อย่างใกล้ชิด คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้คุณปฏิบัติตามข้อกำหนดการกำหนดมาตรฐานกระบวนการและหลักเกณฑ์วิธีการที่ดีในการผลิต (GMP) ซึ่งทั้งสองอย่างมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อผลิตสารสกัดสำหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร อาหาร หรือผลิตภัณฑ์ยา

วิธีปฏิบัติในการสกัดไฟโคไซยานินด้วยอัลตราซาวนด์

Mazumder et al. (2017) ศึกษาพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสกัดไฟโคไซยานินและสารฟีนอลิกจาก Arthospira platensis ด้วยอัลตราซาวนด์ ได้ผลได้สูงสุดของไฟโคไซยานิน (29.9 mg/g) และสารฟีนอลิกรวม (2.4 mg/g) ที่ความเข้มข้นเอทานอล 40% อุณหภูมิการสกัด 34.9°C โดยใช้เครื่องอัลตราซาวนด์ UP50H (50 วัตต์, 30kHz) ที่แอมพลิจูด 95% เป็นเวลาสกัด 104.7 วินาที

Vernès et al. (2019) ใช้เครื่องอัลตราซาวนด์ UIP1000hdT (1000W, 20kHz) เพื่อสกัดโปรตีนจากสไปรูลินา เครื่องอัลตราซาวนด์ติดตั้งโซโนโทรด BS2d34 และเครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์แบบไหล (ดูภาพด้านล่างสำหรับการจัดชุดสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ที่ใช้จริง ซึ่งมีเซลล์ไหลและปั๊ม Seepex)

UIP1000hdT – ชุดอุปกรณ์สำหรับการใช้คลื่นเสียงร่วมกับความดันและความร้อน (MTS) และการสกัดโปรตีนจากสไปรูลินาของเราในระดับห้องปฏิบัติการ
ที่มา: Vernes et al. 2019

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าสภาวะการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ที่ปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลได้โปรตีนสูงเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิและความดันที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย (เรียกว่าการใช้คลื่นเสียงร่วมกับความดันและความร้อน หรือ MTS) MTS ส่งเสริมการถ่ายเทมวลและทำให้ได้โปรตีนมากขึ้น 229% (28.42 ± 1.15 g/100 g น้ำหนักแห้ง) เมื่อเทียบกับกระบวนการทั่วไปที่ไม่ใช้อัลตราซาวนด์ (8.63 ± 1.15 g/100 g น้ำหนักแห้ง)
เมื่อได้โปรตีนในสารสกัด 28.42 g ต่อชีวมวลสไปรูลินาแห้ง 100 g สามารถบรรลุอัตราการกู้คืนโปรตีน 50% ได้ภายในเวลาเพียง 6 นาทีด้วยกระบวนการใช้คลื่นเสียงแบบต่อเนื่อง ภาพจากกล้องจุลทรรศน์เผยให้เห็นว่าคาวิเทชันจากคลื่นเสียงส่งผลต่อเส้นใยสไปรูลินาผ่านกลไกต่าง ๆ เช่น การแตกเป็นชิ้น การเกิดรูพรุนจากคลื่นเสียง และการทำลายโครงสร้างเนื้อ ผลกระทบที่หลากหลายเหล่านี้ทำให้การสกัด การปลดปล่อย และการทำให้สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพของสไปรูลินาละลายเป็นไปได้ง่ายขึ้นและมีประสิทธิผลมากขึ้น ส่งผลให้ได้โปรตีนคุณภาพสูงในปริมาณมาก
ในด้านคุณภาพของโปรตีนที่สกัดด้วยอัลตราซาวนด์ กรดอะมิโนไม่ได้เสื่อมสลายจากการใช้อัลตราซาวนด์ แต่มีปริมาณมากกว่าเมื่อใช้คลื่นเสียงเทียบกับการสกัดแบบทั่วไป
เมื่อเปรียบเทียบการใช้คลื่นเสียงร่วมกับความดันและความร้อนกับการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์โดยไม่เพิ่มความดันและอุณหภูมิ ความแตกต่างของผลได้และประสิทธิภาพการสกัดมีเพียงเล็กน้อยมาก ดังนั้น การใช้อัลตราซาวนด์เพียงอย่างเดียวจึงถือเป็นเทคนิคที่ประหยัดที่สุดและง่ายที่สุดในการผลิตสารสกัดคุณภาพสูงที่อุดมด้วยโปรตีนจากสไปรูลินา การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคการสกัดที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เหมาะสำหรับการสกัดโปรตีนจากสไปรูลินาในระดับห้องปฏิบัติการ และสามารถขยายสู่ระดับนำร่องและระดับอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย (เทียบกับ Vernès et al. 2019)

เครื่องสกัดอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูง

ผลการสกัดทั้งหมดที่ได้ในระดับขนาดเล็กสามารถขยายแบบเชิงเส้นไปสู่กำลังการผลิตที่มากขึ้นได้ กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายของ Hielscher Ultrasonics ตั้งแต่ระบบสกัดระดับห้องปฏิบัติการจนถึงระดับอุตสาหกรรม มีเครื่องอัลตราซาวนด์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกำลังการดำเนินกระบวนการที่คุณวางแผนไว้ บุคลากรของเราที่มีประสบการณ์ยาวนานจะช่วยเหลือคุณตั้งแต่การทดสอบความเป็นไปได้และการปรับกระบวนการให้เหมาะสม ไปจนถึงการติดตั้งระบบอัลตราซาวนด์ของคุณในระดับการผลิตขั้นสุดท้าย

Hielscher Ultrasonics – อุปกรณ์สกัดที่ล้ำสมัย

กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Hielscher Ultrasonics ครอบคลุมเครื่องสกัดอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงครบทุกระดับ ตั้งแต่ขนาดเล็กจนถึงขนาดใหญ่ อุปกรณ์เสริมช่วยให้ประกอบชุดอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการของคุณได้อย่างง่ายดาย การจัดชุดอัลตราซาวนด์ที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับกำลังการดำเนินกระบวนการที่วางแผนไว้ ปริมาตร วัตถุดิบ กระบวนการแบบแบตช์หรือแบบในสายการผลิต และกรอบเวลา ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ของ Hielscher ช่วยให้ทำงานได้ตลอด 24/7 ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการทำงานสูง ความสามารถในการขยายขนาดกระบวนการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์แบบเชิงเส้นช่วยให้เพิ่มการผลิตได้อย่างง่ายดายและเชื่อถือได้ อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขยายขนาดกระบวนการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์แบบเชิงเส้น!

เลือกอุปกรณ์เสริมหลากหลายชนิด เช่น:

• โซโนโทรดที่มีขนาด เส้นผ่านศูนย์กลาง และรูปร่างหลากหลาย
• โซโนโทรดสำหรับแอมพลิจูดสูงตั้งแต่ 200µm ขึ้นไป
• เครื่องปฏิกรณ์เซลล์ไหลที่มีปริมาตรและรูปทรงเรขาคณิตหลากหลาย
• ฮอร์นบูสเตอร์หลายแบบสำหรับเพิ่มหรือลดอัตราขยายแอมพลิจูด
• ชุดอุปกรณ์ใช้คลื่นเสียงแบบครบชุด เช่น SonoStation ซึ่งประกอบด้วยเครื่องสกัดอัลตราซาวนด์ ถัง เครื่องกวน และปั๊ม
• เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบเสียบต่อ
• เซนเซอร์วัดความดันแบบเสียบต่อ

บุคลากรของเราที่ผ่านการฝึกอบรมเป็นอย่างดีและมีประสบการณ์ยาวนานจะให้คำปรึกษาและแนะนำระบบอัลตราซาวนด์ที่เหมาะสมที่สุดกับข้อกำหนดกระบวนการสกัดของคุณ!

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการดำเนินกระบวนการโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา: