การสกัดแอสตาแซนธินด้วยอัลตราซาวนด์เพื่อให้ได้ผลผลิตสูงขึ้น
- แอสตาแซนธินเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่มีฤทธิ์สูงมาก ใช้ในผลิตภัณฑ์ยาและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร
- การผลิตแอสตาแซนธินคุณภาพสูงจากแหล่งธรรมชาติ เช่น สาหร่าย จำเป็นต้องใช้เทคนิคการสกัดที่มีสมรรถนะสูง
- การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นการบำบัดเชิงกลที่ให้ผลผลิตแอสตาแซนธินสูงในระยะเวลาการสกัดที่สั้นมาก
เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับสารสกัดแอสตาแซนธินคุณภาพสูง
การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคการสกัดสมรรถนะสูงที่ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเพื่อสกัดแอสตาแซนธินจากแหล่งธรรมชาติ เช่น สาหร่ายขนาดเล็ก เคย หรือสัตว์จำพวกครัสเตเชียน แอสตาแซนธินเป็นรงควัตถุแคโรทีนอยด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นที่รู้จักจากคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระที่ทรงพลังและประโยชน์ต่อสุขภาพหลายประการ โดยทั่วไปใช้เป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและสารให้สีในอาหาร เรียนรู้ว่าการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงกระบวนการสกัดแอสตาแซนธินของคุณได้อย่างไร!
MultiSonoReactor สำหรับปรับปรุงการสกัดแอสตาแซนธินด้วยอัลตราซาวนด์กำลังสูง
การสกัดแอสตาแซนธินจากสาหร่ายขนาดเล็กด้วยอัลตราซาวนด์
แอสตาแซนธินสำหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่มนุษย์และสัตว์บริโภคเพื่อประโยชน์ต่อสุขภาพ ได้มาจากอาหารทะเลหรือสกัดจากสาหร่าย H. pluvialis โดย Haematococcus pluvialis เป็นสาหร่ายสีเขียวขนาดเล็กที่ผลิตแอสตาแซนธินในปริมาณสูงเมื่ออยู่ภายใต้สภาวะเครียด เช่น ความเค็มสูง การขาดไนโตรเจน อุณหภูมิสูง และแสง ด้วยปริมาณแอสตาแซนธินสูงถึง 9.2mg/g ต่อเซลล์สาหร่าย (= สูงถึง 3.8% ของน้ำหนักแห้งของ H. pluvialis) Haematococcus pluvialis จึงสะสมแอสตาแซนธินธรรมชาติในปริมาณสูงมาก และเป็นสิ่งมีชีวิตที่นิยมเลือกใช้ในการผลิตแอสตาแซนธิน
เพื่อปลดปล่อยแอสตาแซนธินจากสาหร่ายสีเขียวขนาดเล็ก จำเป็นต้องทำให้เซลล์สาหร่ายแตก การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายสำหรับการทำให้เซลล์แตก การสลายเซลล์ และการแยกสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น ลิพิด สารต้านอนุมูลอิสระ พอลิฟีนอล และรงควัตถุธรรมชาติ อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสร้างแรงเชิงกลล้วน ๆ ซึ่งทำให้ผนังเซลล์แตกด้วยแรงเฉือน และทำให้สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น แอสตาแซนธิน ถูกปลดปล่อยออกมา
การสกัดแอสตาแซนธินจากยีสต์ด้วยอัลตราซาวนด์
Phaffia rhodozyma เป็นยีสต์ที่อุดมด้วยแอสตาแซนธิน อย่างไรก็ตาม ผนังเซลล์ที่หนาของ P. rhodozyma ซึ่งประกอบด้วยกลูแคนเป็นหลักและทำให้เซลล์มีความแข็งแกร่ง ทำให้การทำให้เซลล์แตกและการแยกแอสตาแซนธินเป็นงานที่ท้าทาย นักวิจัย (Gogate et al. 2015) พบว่าการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ร่วมกับกรดแลกติกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำให้เซลล์แตก และทำให้การสกัดแอสตาแซนธินจาก P. rhodozyma เป็นกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยใช้กรดแลกติกเป็นตัวกลางในการทำให้เซลล์แตก และใช้เอทานอลเป็นตัวทำละลายในการสกัด ผลผลิตแอสตาแซนธินสูงสุด (90%) ได้จากวิธีการสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย ซึ่งใช้กรดแลกติก 3 M และระยะเวลาทำให้เซลล์แตก 15 min เครื่องสกัดอัลตราซาวนด์กำลังสูง เช่น UIP4000hd (4kW ดูภาพด้านซ้าย) เมื่อใช้ร่วมกับเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านที่สามารถเพิ่มความดันได้ จะช่วยให้เกิดคาวิเทชันที่รุนแรงมาก แรงเฉือนจากคาวิเทชันทำให้ผนังเซลล์ยีสต์แตก และส่งเสริมการถ่ายเทมวลระหว่างภายในเซลล์กับตัวทำละลาย
- ผลผลิตที่เหนือกว่า
- การสกัดความเร็วสูง – ภายในไม่กี่นาที
- สารสกัดคุณภาพสูง – กระบวนการอ่อนโยน ไม่ใช้ความร้อน
- ตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (เช่น น้ำ/เอทานอล)
- คุ้มค่า
- ใช้งานง่ายและปลอดภัย
- ต้นทุนการลงทุนและการดำเนินงานต่ำ
- ทำงาน 24/7 ภายใต้ภาระงานหนัก
- วิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและระบบนิเวศ
การสกัดแอสตาแซนธินด้วยอัลตราซาวนด์ – ในโหมดแบบแบตช์หรือแบบไหลต่อเนื่อง
แอสตาแซนธินเป็นสารที่ชอบไขมัน และสามารถละลายได้ในตัวทำละลาย (เช่น เอทานอล 48.0% ในเอทิลแอซีเตต) และน้ำมัน (เช่น น้ำมันถั่วเหลือง)
แบบแบตช์: กระบวนการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์สามารถดำเนินการเป็นกระบวนการแบบแบตช์อย่างง่าย หรือเป็นการบำบัดในสายการผลิต โดยป้อนตัวกลางผ่านเครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์แบบไหลผ่านอย่างต่อเนื่อง
การประมวลผลแบบแบตช์เป็นขั้นตอนที่ง่าย โดยทำการสกัดทีละล็อต Hielscher Ultrasonics มีเครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์สำหรับแบตช์ขนาดเล็กถึงขนาดใหญ่ กล่าวคือ 1L ถึง 120L
สำหรับการประมวลผลแบตช์ขนาด 5 ถึง 10L เราแนะนำ UP400ST พร้อมโซโนโทรด S24d22L2D (ดูภาพด้านซ้าย)
สำหรับการประมวลผลแบตช์ขนาดประมาณ 120L เราแนะนำ เครื่องอัลตราซาวนด์ UIP2000hdT พร้อมโซโนโทรด RS4d40L4
แบบไหลผ่าน: สำหรับปริมาตรที่มากขึ้นและการสกัดเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบ จะป้อนกระแสของเหลวอย่างต่อเนื่องผ่านเครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์ ซึ่งสารแขวนลอยข้นของตัวทำละลายและวัตถุดิบพืชจะได้รับคลื่นอัลตราซาวนด์อย่างเข้มข้น
สำหรับปริมาตรประมาณ 8L/min. เราแนะนำ UIP4000hdT พร้อมโซโนโทรด RS4d40L3 และโฟลว์เซลล์ FC130L4-3G0 ที่สามารถเพิ่มความดันได้
UIP2000hdT (2kW) สำหรับการสกัดแบบแบตช์ขนาดใหญ่
เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการสกัด
Hielscher Ultrasonics เชี่ยวชาญในการผลิตเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการผลิตสารสกัดคุณภาพสูงจากพืช ยีสต์ และเซลล์ กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายของ Hielscher Ultrasonics ครอบคลุมตั้งแต่เครื่องอัลตราซาวนด์สำหรับห้องปฏิบัติการขนาดเล็กแต่กำลังสูง ไปจนถึงระบบแบบตั้งโต๊ะที่ทนทานและระบบอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ ซึ่งให้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงสำหรับการสกัดและแยกองค์ประกอบที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพอย่างมีประสิทธิภาพ เช่น แอสตาแซนธิน เควอร์ซิทิน คาเฟอีน เคอร์คูมิน เทอร์พีน เป็นต้น เครื่องอัลตราซาวนด์ดิจิทัลทุกรุ่นตั้งแต่ 200W ถึง 16,000W มีเมนูที่ใช้งานได้อย่างเข้าใจง่ายพร้อมการตั้งค่าที่ตั้งโปรแกรมได้ จอสัมผัสสีเพื่อการใช้งานที่สะดวก การ์ด SD ในตัวสำหรับบันทึกข้อมูลอัตโนมัติ การควบคุมระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ และคุณสมบัติที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้อีกมากมาย โซโนโทรดและโฟลว์เซลล์ (ชิ้นส่วนที่สัมผัสกับตัวกลาง) สามารถฆ่าเชื้อด้วยหม้อนึ่งความดันและทำความสะอาดได้ง่าย เครื่องอัลตราซาวนด์ทั้งหมดของเราออกแบบมาสำหรับการทำงาน 24/7 ต้องการการบำรุงรักษาน้อย และใช้งานง่ายและปลอดภัย
จอสีดิจิทัลช่วยให้ควบคุมอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ได้อย่างสะดวกสำหรับผู้ใช้ ระบบของเราสามารถให้แอมพลิจูดตั้งแต่ต่ำจนถึงสูงมาก สำหรับการสกัดสารประกอบทางเคมี เช่น แอสตาแซนธิน เรามีโซโนโทรดอัลตราซาวนด์พิเศษ (หรือที่เรียกว่าโพรบหรือฮอร์นอัลตราซาวนด์) ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับการแยกสารออกฤทธิ์คุณภาพสูงอย่างระมัดระวัง Hielscher มีโซโนโทรดพิเศษสำหรับแอมพลิจูดสูงที่ใช้ร่วมกับโฟลว์เซลล์ที่สามารถเพิ่มความดันได้ เพื่อสร้างแรงเฉือนจากคาวิเทชันที่รุนแรงอย่างยิ่ง ซึ่งทำให้แม้แต่เซลล์ยีสต์ที่แข็งแกร่งมากแตกได้ ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ Hielscher ช่วยให้ทำงาน 24/7 ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดเข้มงวดได้
การควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราซาวนด์อย่างแม่นยำทำให้มั่นใจได้ว่าสามารถทำซ้ำได้และทำให้กระบวนการเป็นมาตรฐาน ระบบสกัดอัลตราซาวนด์อัตโนมัติระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher ออกแบบมาให้มีกำลังการผลิตสูงสำหรับสารสกัดคุณภาพเหนือกว่า พร้อมทั้งลดแรงงาน ต้นทุน และพลังงาน
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
วรรณกรรม/เอกสารอ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
การสกัดด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์
การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์หรือการสกัดด้วยคลื่นเสียงอาศัยหลักการคาวิเทชันทางเสียง
เมื่อใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงกับระบบของเหลว จะเกิดคาวิเทชันทางเสียง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การเกิด การเติบโต และท้ายที่สุดการยุบตัวของฟองสุญญากาศ (ดูภาพด้านล่าง) ระหว่างการแพร่ของคลื่นอัลตราซาวนด์ ฟองสุญญากาศจะสั่นและเติบโตจนถึงจุดที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีก เมื่อฟองเติบโตถึงจุดสูงสุด ฟองจะยุบตัวอย่างรุนแรง ทำให้เกิดผลทางความร้อน ทางกล และทางเคมีเฉพาะที่ ผลทางกลประกอบด้วยความดันสูงถึง 1000atm ความปั่นป่วน และแรงเฉือนที่รุนแรง แรงเหล่านี้ทำให้ผนังเซลล์แตกและส่งเสริมการถ่ายเทมวลระหว่างภายในเซลล์กับตัวทำละลาย โดยปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพเข้าสู่ของเหลวโดยรอบ (กล่าวคือ ตัวทำละลาย)
คาวิเทชันทางเสียงที่เกิดจากอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงและความถี่ต่ำสร้างแรงเฉือนที่รุนแรง รวมทั้งความดันสูงและความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นเฉพาะที่ ซึ่งให้ผลกระทบที่จำเป็นต่อการทำให้เซลล์แตก การผสมอย่างเข้มข้น และการถ่ายเทมวล แรงเฉือนจากอัลตราซาวนด์เหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการสกัดกัญชาอย่างประสบความสำเร็จ
การสกัดสารประกอบจากวัตถุดิบพืชและเนื้อเยื่อเซลล์ด้วยอัลตราซาวนด์ได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวาง การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงมากช่วยส่งเสริมกระบวนการสกัดอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ – ซึ่งส่งผลให้ได้ผลผลิตสูงขึ้นและใช้เวลาสกัดสั้นลง – ยังป้องกันการเสื่อมสลายจากความร้อนและการสูญเสียองค์ประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิ เนื่องจากการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นการบำบัดที่ไม่ใช้ความร้อน นอกจากนี้ การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ยังมีต้นทุนการลงทุนและการดำเนินงานต่ำ ลดการใช้ตัวทำละลาย และ/หรือช่วยให้ใช้ตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น จึงเป็นเทคนิคการสกัดที่ประหยัดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ด้วยสมรรถนะที่เหนือกว่าวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (UAE) ได้รับการนำมาใช้จากอุตสาหกรรมอาหารเพื่อผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพโดยให้ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ
คลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูงทำให้เมทริกซ์เซลล์ของโครงสร้างทางชีวภาพแตกและปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ การถ่ายเทมวลระหว่างวัตถุดิบพืชกับตัวทำละลายเพิ่มขึ้น ด้วยกลไกเหล่านี้ การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์จึงมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการสกัดกัญชา
แอสตาแซนธิน
แอสตาแซนธินมีลักษณะเด่นคือสีแดงเข้ม เป็นรงควัตถุที่ละลายในไขมัน พบในสาหร่าย (เช่น Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum) ยีสต์ (เช่น Phaffia rhodozyma) ปลาแซลมอน ปลาเทราต์ เคย กุ้ง และเครย์ฟิช แอสตาแซนธินถือเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่มีฤทธิ์สูงเป็นพิเศษ เนื่องจากมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระสูงกว่าแคโรทีนอยด์ชนิดอื่นหลายชนิด เช่น เบตาแคโรทีน ลูทีน และซีแซนธิน สิบถึงยี่สิบเท่า และสูงกว่าแอลฟาโทโคฟีรอล (วิตามิน E) ร้อยเท่า
แอสตาแซนธิน (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione) เป็นคีโตแคโรทีนอยด์ และอยู่ในกลุ่มสารประกอบทางเคมีที่ใหญ่กว่าซึ่งเรียกว่าเทอร์พีน (ในรูปของเตตระเทอร์พีนอยด์) ซึ่งประกอบขึ้นจากสารตั้งต้นที่มีคาร์บอนห้าอะตอม ได้แก่ isopentenyl diphosphate และ dimethylallyl diphosphate แอสตาแซนธินจัดเป็นสารประกอบแคโรทีนอยด์ประเภทที่มีองค์ประกอบซึ่งมีออกซิเจน ได้แก่ ไฮดรอกซิล (-OH) หรือคีโตน (C=O) เช่น ซีแซนธินและแคนทาแซนธิน แอสตาแซนธินเป็นเมแทบอไลต์ของซีแซนธินและ/หรือแคนทาแซนธิน โดยมีทั้งหมู่ฟังก์ชันไฮดรอกซิลและคีโตน เช่นเดียวกับแคโรทีนอยด์หลายชนิด แอสตาแซนธินเป็นรงควัตถุที่ละลายในลิพิดและมีลักษณะเด่นคือสีแดง แคโรทีนอยด์รวมถึงแอสตาแซนธินเป็นที่รู้จักกันดีในด้านความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ
แอสตาแซนธินเป็นรงควัตถุสีแดงและมีแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติในสาหร่ายขนาดเล็กในน้ำฝน (Haematococcus pluvialis) และยีสต์ที่เรียกว่า Xanthophyllomyces dendrorhous (หรือที่เรียกว่า Phaffia rhodozyma) สาหร่ายได้รับความเครียดจากสภาวะใดสภาวะหนึ่งหรือหลายสภาวะร่วมกัน ตั้งแต่การขาดสารอาหาร ความเค็มที่เพิ่มขึ้น ไปจนถึงแสงแดดที่มากเกินไป เพื่อสร้างแอสตาแซนธิน สิ่งมีชีวิตที่กินสาหร่ายน้ำจืดขนาดเล็กที่อยู่ภายใต้ความเครียดเหล่านี้ เช่น ปลาแซลมอน ปลาเทราต์แดง ปลาซีบรีมแดง นกฟลามิงโก และสัตว์จำพวกครัสเตเชียน (เช่น กุ้ง เคย ปู ล็อบสเตอร์ เครย์ฟิช) จะแสดงสีในโทนแดงส้มให้เห็นในรูปลักษณ์ของตน
ในรูปแบบผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร มีการให้แอสตาแซนธินเพื่อผลในการส่งเสริมสุขภาพและรักษาโรค แอสตาแซนธินเป็นสารโภชนเภสัชที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลาย ซึ่งใช้เพื่อปรับปรุงสุขภาพผิว (เช่น ลดริ้วรอย ความเสียหายจากผิวไหม้แดด เป็นต้น)
นอกจากนี้ แอสตาแซนธินยังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นสำหรับการใช้รักษาโรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน โรคหัวใจและหลอดเลือด ภาวะคอเลสเตอรอลสูง โรคตับ โรคจอประสาทตาเสื่อมตามอายุ และการป้องกันมะเร็ง
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงตั้งแต่ขนาด ห้องปฏิบัติการ ไปจนถึงขนาด อุตสาหกรรม