อัลตราโซนิกเพื่อปรับปรุงการหยุดชะงักของเซลล์สาหร่ายและการสกัด
สาหร่าย สาหร่าย แมโคร และสาหร่ายขนาดเล็ก มีสารประกอบที่มีคุณค่ามากมาย ซึ่งใช้เป็นอาหารที่มีคุณค่า วัตถุเจือปนอาหาร หรือเป็นเชื้อเพลิงหรือวัตถุดิบเชื้อเพลิง ในการปล่อยสารเป้าหมายออกจากเซลล์สาหร่ายจําเป็นต้องมีเทคนิคการหยุดชะงักของเซลล์ที่มีศักยภาพและมีประสิทธิภาพ เครื่องสกัดอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้เมื่อพูดถึงการสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพฤกษศาสตร์สาหร่ายและเชื้อรา มีจําหน่ายในห้องปฏิบัติการแบบตั้งโต๊ะและระดับอุตสาหกรรมเครื่องสกัดอัลตราโซนิก Hielscher ถูกสร้างขึ้นในการผลิตสารสกัดที่ได้จากเซลล์ในการผลิตอาหารยาและเชื้อเพลิงชีวภาพ
สาหร่ายเป็นทรัพยากรที่มีคุณค่าสําหรับโภชนาการและเชื้อเพลิง
เซลล์สาหร่ายเป็นแหล่งอเนกประสงค์ของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและอุดมด้วยพลังงาน เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่นๆ ตลอดจนแอลเคน ทําให้สาหร่ายเป็นแหล่งอาหารและสารประกอบทางโภชนาการตลอดจนเชื้อเพลิง
สาหร่ายขนาดเล็กเป็นแหล่งไขมันที่มีคุณค่า ซึ่งใช้สําหรับโภชนาการและเป็นวัตถุดิบสําหรับเชื้อเพลิงชีวภาพ (เช่น ไบโอดีเซล) สายพันธุ์ของแพลงก์ตอนพืชในทะเล Dicrateria เช่น Dicrateria rotunda เป็นที่รู้จักกันในชื่อสาหร่ายที่ผลิตน้ํามันเบนซิน ซึ่งสามารถสังเคราะห์ชุดไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว (n-alkanes) จาก C10H22 ถึง C38H78ซึ่งแบ่งออกเป็นน้ํามันเบนซิน (C10–C15) น้ํามันดีเซล (C16–C20) และน้ํามันเตา (C21–C38)
เนื่องจากคุณค่าทางโภชนาการ สาหร่ายจึงถูกใช้เป็น “อาหารเพื่อสุขภาพ” หรือ “โภชนาการ”. สารอาหารขนาดเล็กที่สำคัญที่สกัดจากสาหร่าย ได้แก่ แคโรทีนอยด์อย่างแอสตาแซนธิน, ฟูโคแซนธิน และซีแซนธิน, ฟูโคอิดาน, ลาไมนารี และกลูแคนชนิดอื่น ๆ รวมถึงสารชีวภาพอื่น ๆ มากมาย ถูกนำมาใช้เป็นอาหารเสริมและยา. คาราจีแนน, อัลจิเนต และไฮโดรโคลอยด์ชนิดอื่น ๆ ถูกนำมาใช้เป็นสารเติมแต่งในอาหาร.ไขมันจากสาหร่ายถูกใช้เป็นแหล่งโอเมก้า-3 สำหรับมังสวิรัติ และยังถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับการผลิตไบโอดีเซล
เครื่องสกัดอัลตราโซนิก UIP2000hdT ด้วยเครื่องปฏิกรณ์สแตนเลสสําหรับการสกัดไขมันโปรตีนและสารต้านอนุมูลอิสระจากสาหร่ายในเชิงพาณิชย์
การหยุดชะงักของเซลล์สาหร่ายและการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์พลังงาน
เครื่องสกัดอัลตราโซนิกหรืออัลตราโซนิกใช้ในการสกัดสารประกอบที่มีคุณค่าจากตัวอย่างขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการเช่นเดียวกับการผลิตในเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่
เซลล์สาหร่ายได้รับการปกป้องโดยเมทริกซ์ผนังเซลล์ที่ซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยไขมัน เซลลูโลส โปรตีน ไกลโคโปรตีน และโพลีแซ็กคาไรด์ ฐานของผนังเซลล์สาหร่ายส่วนใหญ่สร้างขึ้นจากเครือข่ายไมโครไฟบริลลาร์ภายในเมทริกซ์โปรตีนคล้ายเจล อย่างไรก็ตาม สาหร่ายขนาดเล็กบางชนิดมีผนังแข็งอนินทรีย์ที่ประกอบด้วยโอพาลีนซิลิกาฟรัสทูลหรือแคลเซียมคาร์บอเนต เพื่อให้ได้สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากชีวมวลสาหร่ายจําเป็นต้องมีเทคนิคการหยุดชะงักของเซลล์ที่มีประสิทธิภาพ นอกจากปัจจัยการสกัดทางเทคโนโลยี (เช่น วิธีการสกัดและอุปกรณ์) ประสิทธิภาพของการหยุดชะงักและการสกัดของเซลล์สาหร่ายยังได้รับอิทธิพลอย่างมากจากปัจจัยที่ขึ้นอยู่กับสาหร่ายต่างๆ เช่น องค์ประกอบของผนังเซลล์ ตําแหน่งของโมเลกุลชีวภาพที่ต้องการในเซลล์สาหร่ายขนาดเล็ก และระยะการเจริญเติบโตของสาหร่ายขนาดเล็กในระหว่างการเก็บเกี่ยว
การหยุดชะงักและการสกัดเซลล์สาหร่ายอัลตราโซนิกทํางานอย่างไร?
เมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงถูกจับคู่ผ่านโพรบอัลตราโซนิก (หรือที่เรียกว่าฮอร์นอัลตราโซนิกหรือ sonotrode) ลงในของเหลวหรือสารละลายคลื่นเสียงจะเดินทางผ่านของเหลวและสร้างวงจรความดันสูง / แรงดันต่ําสลับกัน ในระหว่างรอบความดันสูง / ความดันต่ําเหล่านี้ ฟองอากาศสูญญากาศหรือโพรงขนาดเล็กจะเกิดขึ้น ฟองอากาศเกิดขึ้นเมื่อความดันท้องถิ่นลดลงในช่วงรอบความดันต่ําต่ํากว่าความดันไออิ่มตัวมากพอค่าที่กําหนดโดยความต้านทานแรงดึงของของเหลวที่อุณหภูมิหนึ่ง ซึ่งเติบโตในหลายรอบ เมื่อฟองสูญญากาศเหล่านี้มีขนาดที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้มากขึ้นฟองอากาศจะระเบิดอย่างรุนแรงในระหว่างวงจรความดันสูง การระเบิดของฟองอากาศเป็นกระบวนการที่รุนแรงและเต็มไปด้วยพลังงานที่สร้างคลื่นกระแทกที่รุนแรงความปั่นป่วนและไมโครเจ็ทในของเหลว นอกจากนี้ยังมีการสร้างแรงดันสูงมากเฉพาะที่และอุณหภูมิสูงมาก สภาวะที่รุนแรงเหล่านี้สามารถทําลายผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างง่ายดาย และปล่อยสารประกอบภายในเซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีประสิทธิภาพ และรวดเร็ว สารประกอบภายในเซลล์ เช่น โปรตีน โพลีแซ็กคาไรด์ ไขมัน วิตามิน แร่ธาตุ และสารต้านอนุมูลอิสระสามารถสกัดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้อัลตราโซนิกกําลัง
เครื่องอัลตราโซนิก UP400St เหมาะอย่างยิ่งสําหรับการขัดขวางและสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากสาหร่ายในชุดเล็ก (ประมาณ 8-10 ลิตร)
โพรงอากาศอัลตราโซนิกสําหรับการหยุดชะงักของเซลล์และการสกัด
เมื่อสัมผัสกับพลังงานอัลตราโซนิกที่เข้มข้นผนังหรือเมมเบรนของเซลล์ชนิดใด ๆ (รวมถึงพฤกษศาสตร์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสาหร่ายเชื้อราแบคทีเรีย ฯลฯ ) จะถูกขัดขวางและเซลล์จะถูกฉีกออกเป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กโดยแรงเชิงกลของโพรงอากาศอัลตราโซนิกที่หนาแน่นของพลังงาน เมื่อผนังเซลล์แตก เมตาบอไลต์ของเซลล์ เช่น โปรตีน ไขมัน กรดนิวคลีอิก และคลอโรฟิลล์จะถูกปล่อยออกมาจากเมทริกซ์ผนังเซลล์ เช่นเดียวกับจากภายในเซลล์ และถูกถ่ายโอนไปยังอาหารเลี้ยงเชื้อหรือตัวทําละลายโดยรอบ
กลไกการโพรงอากาศอัลตราโซนิก / อะคูสติกที่อธิบายไว้ข้างต้นขัดขวางเซลล์สาหร่ายทั้งหมดหรือก๊าซและของเหลวแวคิวโอลภายในเซลล์อย่างรุนแรง โพรงอากาศอัลตราโซนิกการสั่นสะเทือนความปั่นป่วนและการสตรีมขนาดเล็กส่งเสริมการถ่ายโอนมวลระหว่างภายในเซลล์และตัวทําละลายโดยรอบเพื่อให้ชีวโมเลกุล (เช่นเมตาบอไลต์) มีประสิทธิภาพและปล่อยออกมาอย่างรวดเร็ว เนื่องจาก sonication เป็นการรักษาทางกลล้วนๆ ที่ไม่ต้องการสารเคมีที่รุนแรงเป็นพิษและ / หรือมีราคาแพง
อัลตราซาวนด์ความถี่ต่ําที่มีความเข้มสูงสร้างสภาวะที่มีพลังงานหนาแน่นสูงโดยมีแรงดันอุณหภูมิสูงและแรงเฉือนสูง แรงทางกายภาพเหล่านี้ส่งเสริมการหยุดชะงักของโครงสร้างเซลล์เพื่อปล่อยสารประกอบภายในเซลล์เข้าสู่ตัวกลาง ดังนั้นอัลตราซาวนด์ความถี่ต่ําจึงใช้เป็นส่วนใหญ่สําหรับการสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและเชื้อเพลิงจากสาหร่าย เมื่อเทียบกับวิธีการสกัดแบบเดิมเช่นการสกัดด้วยตัวทําละลายการกัดลูกปัดหรือการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงดันสูงการสกัดด้วยอัลตราโซนิกมีความเป็นเลิศโดยการปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพส่วนใหญ่ (เช่นไขมันโปรตีนโพลีแซ็กคาไรด์และธาตุอาหารรอง) การใช้เงื่อนไขกระบวนการที่เหมาะสมการสกัดด้วยอัลตราโซนิกให้ผลผลิตการสกัดที่เหนือกว่าภายในระยะเวลากระบวนการที่สั้นมาก ตัวอย่างเช่นเครื่องสกัดอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงแสดงประสิทธิภาพการสกัดที่ดีเยี่ยมจากสาหร่ายเมื่อใช้กับตัวทําละลายที่เหมาะสม ในตัวกลางที่เป็นกรดหรือด่างผนังเซลล์สาหร่ายจะมีรูพรุนและยับนําไปสู่ผลผลิตที่เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ํา (ต่ํากว่า 60 °C) ในเวลาอันสั้น (น้อยกว่า 3 ชั่วโมง) ระยะเวลาการสกัดสั้นที่อุณหภูมิที่ไม่รุนแรงช่วยป้องกันการย่อยสลายของฟูโคอิแดนเพื่อให้ได้โพลีแซ็กคาไรด์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพสูง
อัลตราโซนิกยังเป็นวิธีการเปลี่ยนฟูโคอิแดนที่มีน้ําหนักโมเลกุลสูงให้เป็นฟูคอยแดนที่มีน้ําหนักโมเลกุลต่ําซึ่งมีฤทธิ์ทางชีวภาพมากขึ้นอย่างมีนัยสําคัญเนื่องจากโครงสร้างที่แตกแขนง ด้วยฤทธิ์ทางชีวภาพและการเข้าถึงทางชีวภาพที่สูง ฟูโคอิแดนที่มีน้ําหนักโมเลกุลต่ําจึงเป็นสารประกอบที่น่าสนใจสําหรับยาและระบบส่งยา
กรณีศึกษา: การสกัดสารประกอบสาหร่ายด้วยอัลตราโซนิก
ประสิทธิภาพการสกัดอัลตราโซนิกและการเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์การสกัดอัลตราโซนิกได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง ด้านล่างนี้คุณสามารถค้นหาผลลัพธ์ที่เป็นแบบอย่างสําหรับผลการสกัดผ่านอัลตราโซนิกจากสาหร่ายสายพันธุ์ต่างๆ
การสกัดโปรตีนจากสาหร่ายสไปรูลิน่าโดยใช้ Mano-Thermo-Sonication
กลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์ Chemat (University of Avignon) ได้ตรวจสอบผลกระทบของ manothermosonication (MTS) ต่อการสกัดโปรตีน (เช่น phycocyanin) จาก Arthrospira platensis cyanobacteria แห้ง (หรือที่เรียกว่าสาหร่ายสไปรูลินา) Mano-Thermo-Sonication (MTS) เป็นการประยุกต์ใช้อัลตราโซนิกรวมกับความดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้นเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการสกัดอัลตราโซนิก
“ตามผลการทดลอง พบว่า MTS ส่งเสริมการถ่ายโอนมวล (ค่าการแพร่กระจายที่มีประสิทธิภาพสูง, De) และทำให้สามารถสกัดโปรตีนได้เพิ่มขึ้น 229% (28.42 ± 1.15 กรัม/100 กรัม DW) เมื่อเทียบกับกระบวนการแบบดั้งเดิมที่ไม่มีการใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิก (8.63 ± 1.15 กรัม/100 กรัม DW)ด้วยปริมาณโปรตีน 28.42 กรัมต่อ 100 กรัมของชีวมวลสไปรูลินาแห้งในสารสกัด สามารถสกัดโปรตีนได้ 50% ภายใน 6 นาทีที่มีประสิทธิภาพด้วยกระบวนการ MTS แบบต่อเนื่อง การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์แสดงให้เห็นว่าการเกิดโพรงอากาศเชิงอะคูสติกมีผลกระทบต่อเส้นใยของสไปรูลินาผ่านกลไกที่แตกต่างกัน เช่น การแตกหัก การเจาะผนังเซลล์ด้วยคลื่นเสียง การแยกเยื่อหุ้มเซลล์ ปรากฏการณ์ต่างๆ เหล่านี้ทำให้การสกัด การปล่อย และการละลายของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพในสไปรูลินาเป็นไปได้ง่ายขึ้น” [Vernès et al., 2019]
ภาพกล้องจุลทรรศน์ออปติคัลของเส้นใย spiurulina ทั้งหมดที่ได้รับการบําบัดด้วย MTS เมื่อเวลาผ่านไป แถบมาตราส่วน (รูปภาพ A) = 50 μm สําหรับรูปภาพทั้งหมด
ภาพและการศึกษา: ©Vernès et al. 2019
อัลตราโซนิก Fucoidan และ Glucan สกัดจาก Laminaria digitata
กลุ่มวิจัย TEAGASC ของ Dr. Tiwari ได้ตรวจสอบการสกัดโพลีแซ็กคาไรด์ เช่น ฟูโคอิแดน ลามินาริน และกลูแคนทั้งหมด จากสาหร่ายขนาดใหญ่ Laminaria digitata โดยใช้ เครื่องอัลตราโซนิก UIP500hdT. พารามิเตอร์การสกัดด้วยอัลตราโซนิก (UAE) ที่ศึกษาแสดงให้เห็นถึงอิทธิพลอย่างมีนัยสําคัญต่อระดับของฟูโคส FRAP และ DPPH ระดับ 1060.75 mg/100 g ds, 968.57 mg/100 g ds, 8.70 μM trolox/mg fde และ 11.02% ได้รับสําหรับฟูโคส กลูแคนทั้งหมด FRAP และ DPPH ตามลําดับที่สภาวะที่เหมาะสมของอุณหภูมิ (76◦C) เวลา (10 นาที) และแอมพลิจูดอัลตราโซนิก (100%) โดยใช้ 0.1 M HCl เป็นตัวทําละลาย เงื่อนไขของสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ที่อธิบายไว้ได้ถูกนําไปใช้กับสาหร่ายขนาดใหญ่สีน้ําตาลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องทางเศรษฐกิจ (L. hyperborea และ A. nodosum) เพื่อให้ได้สารสกัดที่อุดมด้วยโพลีแซ็กคาไรด์ การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงการบังคับใช้ของสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์เพื่อเพิ่มการสกัดโพลีแซ็กคาไรด์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากสาหร่ายขนาดใหญ่หลายชนิด
การสกัดสารสกัด Phytochemical อัลตราโซนิกจาก F. vesiculosus และ P. canaliculata
ทีมวิจัยของ García-Vaquero ได้เปรียบเทียบเทคนิคการสกัดแบบใหม่ต่างๆ รวมถึงการสกัดด้วยอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ไมโครเวฟ การสกัดด้วยไมโครเวฟ การสกัดด้วยไฮโดรเทอร์มอล และการสกัดด้วยแรงดันสูง เพื่อประเมินประสิทธิภาพการสกัดจากสาหร่ายขนาดเล็กสีน้ําตาล Fucus vesiculosus และ Pelvetia canaliculata สําหรับการอัลตราโซนิกพวกเขาใช้ Hielscher UIP500hdT เครื่องสกัดอัลตราโซนิก. Anylsis ของผลผลิตการสกัดเผยให้เห็นว่าการสกัดด้วยอัลตราโซนิกให้ผลผลิตสูงสุดของพฤกษเคมีส่วนใหญ่จาก F. vesiculosus ซึ่งหมายความว่าผลผลิตสูงสุดของสารประกอบที่สกัดจาก F. vesiculosus โดยใช้ เครื่องสกัดอัลตราโซนิก UIP500hdT ได้แก่ ปริมาณฟีนอลิกทั้งหมด (เทียบเท่ากรดแกลลิก 445.0 ± 4.6 มก./กรัม) ปริมาณโฟโลโรตันนินทั้งหมด (เทียบเท่า phloroglucinol 362.9 ± 3.7 มก./กรัม) ปริมาณฟลาโวนอยด์ทั้งหมด (เทียบเท่าเควอซิติน 286.3 ± 7.8 มก./กรัม) และปริมาณแทนนินทั้งหมด (189.1 ±เทียบเท่าคาเทชิน 4.4 มก./กรัม)
ในการศึกษาวิจัยของพวกเขา ทีมได้สรุปว่าการใช้การสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง “การรวมกับสารละลายเอทานอล 50% เป็นตัวทำละลายสกัดอาจเป็นกลยุทธ์ที่มีศักยภาพในการสกัด TPC, TPhC, TFC และ TTC ในขณะที่ลดการสกัดคาร์โบไฮเดรตที่ไม่พึงประสงค์จาก F. vesiculosus และ P. canaliculata พร้อมกับการประยุกต์ใช้ที่มีศักยภาพเมื่อใช้สารประกอบเหล่านี้เป็นยา อาหารเสริม และเครื่องสำอาง” [การ์เซีย-วาเกโร และคณะ, 2021]
ขยายขนาดของ mano-thermo-sonication ที่มหาวิทยาลัย Avignon โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher: จากอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ ยูไอพี 1000hdT (A) ไปยังอุปกรณ์เครื่องชั่งนําร่อง UIP4000hdT (ข, ค & D) ในภาพ D เป็นแผนผังส่วนตามขวางของเซลล์การไหลอัลตราโซนิก เอฟซี 100 เค.
ภาพและการศึกษา: ©Vernès et al. 2019
การตั้งค่าเครื่องสกัดแบบอินไลน์อัลตราโซนิกพร้อมโฟลว์เซลล์: 2x ยูไอพี 1000hdT เครื่องอัลตราโซนิกพร้อมเครื่องปฏิกรณ์เซลล์การไหลสําหรับการสกัดสาหร่ายอย่างต่อเนื่อง
UIP1000hdT (1kW, 20kHz) เครื่องสกัดอัลตราโซนิกพร้อมเครื่องกวนสําหรับการหยุดชะงักและการสกัดสาหร่ายเช่น Chlorella, spirulina, Nannochloropsis , สาหร่าย broen รวมถึงสาหร่ายขนาดเล็กและมหภาคอื่น ๆ
- ประสิทธิภาพการสกัดสูง
- ผลผลิตการสกัดที่เหนือกว่า
- กระบวนการที่รวดเร็ว
- อุณหภูมิต่ํา
- เหมาะสําหรับการสกัดสารประกอบที่ผ่านความร้อน
- เข้ากันได้กับตัวทําละลายใด ๆ
- ใช้พลังงานต่ํา
- เทคนิคการสกัดสีเขียว
- ใช้งานง่ายและปลอดภัย
- ต้นทุนการลงทุนและการดําเนินงานต่ํา
- การทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันภายใต้งานหนัก
เครื่องสกัดอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการหยุดชะงักของสาหร่าย
อุปกรณ์อัลตราโซนิกที่ทันสมัยของ Hielscher ช่วยให้สามารถควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการได้อย่างเต็มที่เช่นแอมพลิจูดอุณหภูมิความดันและอินพุตพลังงาน
สําหรับการสกัดด้วยอัลตราโซนิกพารามิเตอร์เช่นขนาดอนุภาคของวัตถุดิบประเภทตัวทําละลายอัตราส่วนของแข็งต่อตัวทําละลายและเวลาในการสกัดสามารถเปลี่ยนแปลงและปรับให้เหมาะสมเพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
เนื่องจากการสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีการสกัดแบบไม่ใช้ความร้อนจึงหลีกเลี่ยงการย่อยสลายด้วยความร้อนของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีอยู่ในวัตถุดิบเช่นสาหร่าย
โดยรวมแล้วข้อดีเช่นผลผลิตสูงเวลาสกัดสั้นอุณหภูมิการสกัดต่ําและตัวทําละลายจํานวนเล็กน้อยทําให้ sonication เป็นวิธีการสกัดที่เหนือกว่า
การสกัดอัลตราโซนิก: ก่อตั้งขึ้นในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม
การสกัดด้วยอัลตราโซนิกถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพชนิดใดก็ได้จากพฤกษศาสตร์สาหร่ายแบคทีเรียและเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การสกัดด้วยอัลตราโซนิกได้รับการจัดตั้งขึ้นว่าง่ายคุ้มค่าและมีประสิทธิภาพสูงซึ่งเหนือกว่าเทคนิคการสกัดแบบดั้งเดิมอื่น ๆ โดยผลผลิตการสกัดที่สูงขึ้นและระยะเวลาการประมวลผลที่สั้นลง
ด้วยห้องปฏิบัติการ, ระบบอัลตราโซนิกแบบตั้งโต๊ะและอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบพร้อมใช้งาน, การสกัดอัลตราโซนิกในปัจจุบันเป็นเทคโนโลยีที่มั่นคงและเชื่อถือได้. เครื่องสกัดอัลตราโซนิก Hielscher ได้รับการติดตั้งทั่วโลกในโรงงานแปรรูปอุตสาหกรรมที่ผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพเกรดอาหารและยา
การกําหนดมาตรฐานกระบวนการด้วย Hielscher Ultrasonics
สารสกัดที่ได้จากสาหร่าย ซึ่งใช้ในอาหาร ยา หรือเครื่องสำอาง ต้องผลิตตามหลักเกณฑ์วิธีการผลิตที่ดี (GMP) และภายใต้ข้อกำหนดการแปรรูปที่เป็นมาตรฐาน Hielscher Ultrasonics’ ระบบสกัดดิจิทัลมาพร้อมกับซอฟต์แวร์อัจฉริยะ ซึ่งทำให้การตั้งค่าและควบคุมกระบวนการโซนิเคชันได้อย่างแม่นยำการบันทึกข้อมูลอัตโนมัติจะบันทึกรายละเอียดกระบวนการอัลตราโซนิกทั้งหมด เช่น พลังงานอัลตราโซนิก (พลังงานรวมและพลังงานสุทธิ), แอมพลิจูด, อุณหภูมิ, ความดัน (เมื่อติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิและความดัน) พร้อมวันที่และเวลาลงบนการ์ด SD ที่ติดตั้งในตัวเครื่อง ซึ่งช่วยให้คุณสามารถตรวจสอบและปรับปรุงแต่ละล็อตที่ผ่านการประมวลผลด้วยอัลตราโซนิกได้ ในขณะเดียวกันยังรับประกันความสามารถในการทำซ้ำและคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่สูงอย่างต่อเนื่อง
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
วรรณกรรม / อ้างอิง
- García-Vaquero, Marco; Rajauria, Gaurav; Brijesh Kumar, Tiwari; Sweeney, Torres; O’Doherty, John (2018): Extraction and Yield Optimisation of Fucose, Glucans and Associated Antioxidant Activities from Laminaria digitata by Applying Response Surface Methodology to High Intensity Ultrasound-Assisted Extraction. Marine Drugs 16(8), 2018.
- Merlyn Sujatha Rajakumar and Karuppan Muthukumar (2018): Influence of pre-soaking conditions on ultrasonic extraction of Spirulina platensis proteins and its recovery using aqueous biphasic system. Separation Science and Technology 2018.
- Smriti Kana Pyne, Paramita Bhattacharjee, Prem Prakash Srivastav (2020): Process optimization of ultrasonication-assisted extraction to obtain antioxidant-rich extract from Spirulina platensis. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 8(4), 2020.
- Zhou, Jianjun; Min Wang, Francisco J. Barba, Zhenzhou Zhu, Nabil Grimi (2023):
A combined ultrasound + membrane ultrafiltration (USN-UF) process for enhancing saccharides separation from Spirulina (Arthrospira platensis). Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 85, 2023. - Harada, N., Hirose, Y., Chihong, S. et al. (2021): A novel characteristic of a phytoplankton as a potential source of straight‐chain alkanes. Scientific Reports Vol. 11, 2021.
- Halim, Ronald; Hill, David; Hanssen, Eric; Webley, Paul; Blackburn, Susan; Grossman, Arthur; Posten, Clemens; Martin, Gregory (2019): Towards sustainable microalgal biomass processing: Anaerobic induction of autolytic cell-wall self-ingestion in lipid-rich Nannochloropsis slurries. Green Chemistry 21, 2019.
- Garcia-Vaquero, Marco; Rajeev Ravindran; Orla Walsh; John O’Doherty; Amit K. Jaiswal; Brijesh K. Tiwari; Gaurav Rajauria (2021): Evaluation of Ultrasound, Microwave, Ultrasound–Microwave, Hydrothermal and High Pressure Assisted Extraction Technologies for the Recovery of Phytochemicals and Antioxidants from Brown Macroalgae. Marine Drugs 19 (6), 2021.
- Vernès, Léa; Vian, Maryline; Maâtaoui, Mohamed; Tao, Yang; Bornard, Isabelle; Chemat, Farid (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry 54, 2019.
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
สาหร่าย: สาหร่ายขนาดใหญ่, สาหร่ายขนาดเล็ก, แพลงก์ตอนพืช, ไซยาโนแบคทีเรีย, สาหร่ายทะเล
คําว่าสาหร่ายเป็นคําที่ไม่เป็นทางการ ซึ่งใช้สําหรับกลุ่มสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตสังเคราะห์แสงขนาดใหญ่และหลากหลาย สาหร่ายส่วนใหญ่ถือเป็นโปรติสต์ แต่บางครั้งก็จัดเป็นพืชชนิดหนึ่ง (พฤกษศาสตร์) หรือนักชอโรมิสต์ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างเซลล์ของพวกมันสามารถแยกออกเป็นสาหร่ายขนาดใหญ่และสาหร่ายขนาดเล็กหรือที่เรียกว่าแพลงก์ตอนพืช สาหร่ายขนาดใหญ่เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ มักเรียกว่าสาหร่ายทะเล คลาสของสาหร่ายขนาดใหญ่ประกอบด้วยสาหร่ายทะเลมหภาคหลายเซลล์หลายชนิด คําว่าแพลงก์ตอนพืชส่วนใหญ่จะใช้สําหรับสาหร่ายเซลล์เดียวในทะเลด้วยกล้องจุลทรรศน์ (สาหร่ายขนาดเล็ก) แต่ก็สามารถรวมถึงไซยาโนแบคทีเรียได้เช่นกัน แพลงก์ตอนพืชเป็นสิ่งมีชีวิตหลากหลายประเภท รวมถึงแบคทีเรียสังเคราะห์แสง สาหร่ายขนาดเล็ก และ coccolithophores ที่หุ้มเกราะ
เนื่องจากสาหร่ายสามารถเป็นเซลล์เดียวหรือหลายเซลล์ที่มีโครงสร้างเป็นเส้นใย (คล้ายเชือก) หรือคล้ายพืช จึงมักจําแนกได้ยาก
สาหร่ายขนาดใหญ่ (สาหร่าย) ที่เพาะปลูกมากที่สุด ได้แก่ Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii, Gracilaria spp., Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Pyropia spp. และ Sargassum fusiforme Eucheuma และ K. alvarezii ได้รับการปลูกฝังสําหรับ carrageenan ซึ่งเป็นสารเจลไฮโดรคอลลอยด์ Gracilaria ถูกเพาะปลูกเพื่อการผลิตวุ้น ในขณะที่สายพันธุ์อื่น ๆ ถูกหาอาหารและโภชนาการ
สาหร่ายทะเลอีกประเภทหนึ่งคือสาหร่ายทะเล สาหร่ายทะเลเป็นสาหร่ายทะเลสีน้ําตาลขนาดใหญ่ที่ประกอบกันเป็นลําดับ Laminariales สาหร่ายทะเลอุดมไปด้วยอัลจิเนต ซึ่งเป็นคาร์โบไฮเดรต ที่ใช้ในการทําให้ผลิตภัณฑ์ข้นขึ้น เช่น ไอศกรีม เยลลี่ น้ําสลัด และยาสีฟัน ตลอดจนส่วนผสมในอาหารสุนัขบางชนิดและในสินค้าที่ผลิตขึ้น ผงอัลจิเนตยังใช้บ่อยในทันตกรรมทั่วไปและทันตกรรมจัดฟัน โพลีแซ็กคาไรด์สาหร่ายทะเล เช่น ฟูโคอิแดน ถูกนํามาใช้ในการดูแลผิวเป็นส่วนผสมของเจล
Fucoidan เป็นเฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์ที่ละลายน้ําได้ซัลเฟต ซึ่งมีอยู่ในสาหร่ายสีน้ําตาลหลายชนิด ฟูคอยแดนที่ผลิตในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่สกัดจากสาหร่ายทะเลสายพันธุ์ Fucus vesiculosus, Cladosiphon okamuranus, Laminaria japonica และ Undaria pinnatifida
สกุลและสายพันธุ์สาหร่ายที่โดดเด่น
- คลอเรลล่า เป็นสกุลของสารอกเขียวเซลล์เดียว (สาหร่ายขนาดเล็ก) ประมาณสิบสามสายพันธุ์ที่อยู่ในแผนกคลอโรไฟตา เซลล์คลอเรลล่ามีรูปร่างเป็นทรงกลม เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 ถึง 10 ไมโครเมตร และไม่มีแฟลกเจลลา คลอโรพลาสต์ของพวกมันมีเม็ดสีสังเคราะห์แสงสีเขียวคลอโรฟิลล์-a และ -b หนึ่งในคลอเรลล่าสายพันธุ์ที่ใช้มากที่สุดคือ Chlorella vulgaris ซึ่งนิยมใช้ในผลิตภัณฑ์เสริมอาหารหรือเป็นวัตถุเจือปนอาหารที่อุดมด้วยโปรตีน
- สาหร่ายสไปรูลิน่า (Arthrospira platensis cyanobacteria) เป็นสาหร่ายสีเขียวแกมน้ําเงินที่มีเส้นใยและหลายเซลล์
- Nannochloropsis oculata เป็นสปีชีส์ของสกุล Nannochloropsis เป็นสาหร่ายสีเขียวขนาดเล็กเซลล์เดียวที่พบได้ทั้งในทะเลและน้ําจืด สาหร่าย Nannochloropsis มีลักษณะเป็นเซลล์ทรงกลมหรือรูปไข่เล็กน้อยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2–5 μm
- Dicrateria เป็นสกุลของ haptophytes ซึ่งประกอบด้วยสามสายพันธุ์ Dicrateria gilva, Dicrateria inornata, Dicrateria rotunda และ Dicrateria vlkianum Dicrateria rotunda (D. rotunda) สามารถสังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอนเทียบเท่ากับปิโตรเลียม (ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวที่มีจํานวนคาร์บอนตั้งแต่ 10 ถึง 38)
โซนิเคชันถูกใช้ในกระบวนการแปรรูปสาหร่ายอย่างไร?
การใช้อัลตราโซนิกมีบทบาทสองประการในการแปรรูปสาหร่าย – ก่อนอื่นโดยการเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บเกี่ยว จากนั้นโดยการปรับปรุงอัตราผลตอบแทนการสกัด
ในระยะการเก็บเกี่ยว คลื่นเสียงความถี่ต่ำช่วยส่งเสริมการตกตะกอนของชีวมวลโดยมุ่งเป้าไปที่ช่องว่างของแก๊สภายในเซลล์ของสาหร่าย ช่องว่างเหล่านี้ซึ่งโดยธรรมชาติช่วยส่งเสริมการลอยตัวและลอยน้ำ จะถูกทำลายและปล่อยแก๊สออกไประหว่างการสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียง เมื่อถูกปล่อยออกแล้ว เซลล์จะสูญเสียความสามารถในการลอยตัวและตกตะกอนได้เร็วขึ้น และสามารถถูกทำให้เข้มข้นและแยกออกจากสารละลายเพาะเลี้ยงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเก็บเกี่ยวสาหร่ายด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง
ในขั้นตอนการผลิตต่อไป จะใช้การสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความเข้มสูงเพื่อทำลายผนังเซลล์ ทำให้สารภายในเซลล์ถูกปล่อยออกมาอย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ไขมัน โปรตีน สารสี และสารอาหารขนาดเล็ก การสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นวิธีการสกัดที่ไม่ใช้ความร้อนและมีประสิทธิภาพสูง เหมาะสำหรับการผลิตสารชีวภาพที่มีความบริสุทธิ์สูงจากสาหร่ายขนาดเล็ก
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสกัดสาหร่ายด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง!
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม
