Besin Takviyeleri İçin Alglerin Ultrasonik Ekstraksiyonu

Ultrasonik ekstraksiyon, alg hücrelerini etkili ve hızlı biçimde parçalamak için üstün yöntemdir. Sonikasyon, biyoaktif bileşiklerin tamamını açığa çıkarabilir; bu da ultrasonik tekniği son derece verimli kılar.

Ultrason ile Alglerden Proteinler, Lipitler ve Fenolik Bileşikler Nasıl Ekstrakte Edilir?

Alg ve mikroalg türleri; proteinler, lipitler, karotenoidler, pigmentler (ör. fikosiyaninler, astaksantin vb.), fenolik bileşikler ve polisakkaritler (ör. karragenanlar) gibi biyolojik olarak aktif bileşikler bakımından zengindir. Bu özellikleri, onları gıdalar ve besin takviyeleri için ekstrakt üretiminde yaygın olarak kullanılan doğal bir materyal hâline getirir. Besin takviyeleri için yaygın olarak kullanılan alg türleri Arthrospira maxima ve (spirulina olarak da bilinir), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis ve Ulva spp. türleridir. Alglerin; yüksek kaliteli proteinler, lipitler, uzun zincirli PUFA’lar (yani omega-3), polisakkaritler (ör. aljinat, karragenan, β-glukanlar), vitaminler ve antioksidanlar için iyi bir kaynak olduğu bilinmektedir.
Spirulina, proteinler (kuru ağırlığın %50–70’i) gibi yüksek değerli biyoaktif bileşikler bakımından zengin, yaygın olarak kullanılan bir alg türüdür. Spirulina, FDA (Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç İdaresi) tarafından GRAS (Genel Olarak Güvenli Kabul Edilen) olarak onaylandığından, spirulina ve spirulina ekstraktları piyasaya sunulan gıdalarda veya gıda takviyesi olarak kullanılabilir.

Alglerin Ultrasonik Ekstraksiyonunun Avantajları

Ultrasonik ekstraksiyon; yüksek verim, güvenilirlik, güvenlik, basitlik ve çevre dostu olma gibi pek çok açıdan alternatif ekstraksiyon yöntemlerinden üstündür.

Tam Ekstraksiyon Verimi

Yüksek performanslı sonikatörler, alg hücrelerini açıp parçalayarak hücre içi materyalin açığa çıkmasını sağlar. Böylece ultrasonik ekstraksiyon; fikobiliproteinler, karotenoidler, lipitler ve fenolik bileşikler gibi biyoaktif bileşiklerin tüm spektrumunu açığa çıkarır.
Fikobiliproteinler üç ana gruba ayrılabilir: kloro-fikosiyaninler, allofikosiyaninler ve fikoeritrinler. C-Fikosiyanin, gıda ve farmasötik ürünlerde yaygın olarak kullanılan doğal bir mavi pigmenttir. Ultrasonik ekstraksiyon, proteinlerin tüm spektrumunu açığa çıkarır.

Yüksek Ekstraksiyon Verimliliği

Duangsee et al. (2009), Arthospira biyokütlesinden biyoaktif bileşiklerin ekstraksiyonu için iki farklı yöntemi (ultrason destekli çözücü ekstraksiyonu ve tekrarlanan dondurma ve çözündürmeyle ekstraksiyon) test etmiş ve ultrasonik çözücü ekstraksiyonunun, dondurma ve çözündürmeye (%15,6) kıyasla daha yüksek ekstraksiyon verimliliği (%22,1) sağladığını bulmuştur. Sonikasyon ile tekrarlanan dondurma ve çözündürmenin hücre parçalanması açısından karşılaştırılması, sonikasyonun daha etkili olduğunu göstermektedir. Ultrasonik kavitasyon alg hücrelerini hızlı ve etkili biçimde parçalar; bu da tekrarlanan dondurma ve çözündürme işlemi uygulanan spirulina hücrelerine kıyasla daha yüksek düzeyde hücre parçalama ile sonuçlanır.
Sonikasyon, hücre zarfını parçalamada tekrarlanan dondurma ve çözündürmeye kıyasla daha etkili olmuştur. Fikosiyanin ekstraksiyon verimi, işlem sıcaklığının ekstraksiyon verimliliğini etkilediğini göstermiştir.

Hızlı Ekstraksiyon İşlemi

Yüksek performanslı ultrasonik sistemler, yüksek genlikler aracılığıyla alg süspansiyonuna yüksek ultrason gücü uygulayabilir. Bu, ultrasonik ekstraksiyonu çok hızlı bir işleme yöntemi hâline getirir.

Sıcaklık Kontrolü

Sonikasyon, termal olmayan, tamamen mekanik bir ekstraksiyon tekniğidir. Ekstraksiyon sıcaklığı, dijital Hielscher sonikatörüne kabloyla bağlanan takılabilir bir sıcaklık sensörü kullanılarak hassas biçimde kontrol edilebilir. Hielscher dijital sonikatörlerinin yazılımı, sıcaklık sınırlarının ayarlanmasına olanak tanır; böylece sıcaklık sınırına ulaşıldığında ultrasonik homojenizatör işlemi duraklatır. Hassas sıcaklık kontrolü; fikobiliproteinler, vitaminler, polifenoller, polisakkaritler, lipitler ve diğer biyoaktif bileşikler gibi ısıya duyarlı materyallerin termal bozunmasının önlenmesine olanak tanır.

Çeşitli Çözücülerle Uyumlu

Sonikasyon hemen hemen her çözücüyle uyumludur. Su veya etanol gibi çevre dostu çözücülerle birlikte uygulanan ultrasonik ekstraksiyon, temiz ekstraktlar üretir. Ekstraksiyon çözücüleri olan etanol ve su GRAS (Genel Olarak Güvenli Kabul Edilen) statüsüne sahip olduğundan, bu ultrasonik ekstraktlar gıdalara güvenle katılabilir.

Tekrarlanabilirlik ve Proses Standardizasyonu

Hielscher dijital sonikatörleri, akıllı bir yazılım ve ideal ekstraksiyon parametreleri için kapsamlı bir ayar çeşitliliğiyle sunulur. Yazılım, tüm ultrasonik proses parametrelerini (ör. genlik, net güç, toplam güç, sıcaklık, basınç, saat, tarih) kaydeder ve sonikasyon verilerini yerleşik SD kart üzerindeki bir CSV dosyasına yazar. Bu, ekstraksiyon prosesinizi standartlaştırmanıza ve sonikasyonu ve elde edilen ürünün kalitesini yakından izlemenize olanak tanır. Bu özellikler, ekstraktlar takviyeler, gıdalar veya farmasötik ürünler için üretildiğinde büyük önem taşıyan hem proses standardizasyonu gerekliliklerini hem de İyi Üretim Uygulamalarını (GMP) yerine getirmenize yardımcı olur.

Ultrasonik Fikosiyanin Ekstraksiyonu Protokolü

Mazumder et al. (2017), Arthospira platensis türünden fikosiyanin ve fenolik bileşiklerin ultrasonik ekstraksiyonu için optimum işleme parametrelerini araştırmıştır. Maksimum fikosiyanin (29,9 mg/g) ve toplam fenolik bileşik (2,4 mg/g) verimi; %40 etanol konsantrasyonunda, 34,9°C ekstraksiyon sıcaklığında, UP50H sonikatörü (50 watt, 30kHz) %95 genlikte kullanılarak 104,7 saniyelik ekstraksiyon süresinde elde edilmiştir.

Vernès et al. (2019), spirulinadan protein ekstrakte etmek için bir UIP1000hdT sonikatörü (1000W, 20kHz) kullanmıştır. Sonikatör, bir BS2d34 sonotrotu ve bir ultrasonik akış reaktörü ile donatılmıştır (akış hücresi ve Seepex pompası içeren ultrasonik ekstraksiyon düzeneğinin tam yapılandırması için aşağıdaki resme bakın).

UIP1000hdT – Manotermosonikasyon (MTS) düzeneği ve laboratuvar ölçeğinde spirulinadan protein ekstraksiyonumuz
kaynak: Vernes et al. 2019

Araştırma sonuçları, protein verimi için optimize edilmiş ultrasonik ekstraksiyon koşullarının hafifçe yükseltilmiş sıcaklık ve basınç içerdiğini göstermektedir (manotermosonikasyon, MTS olarak adlandırılır). MTS, kütle transferini teşvik eder ve ultrason kullanılmayan geleneksel prosese (8,63 ± 1,15 g/100 g kuru ağırlık) kıyasla %229 daha fazla protein (28,42 ± 1,15 g/100 g kuru ağırlık) elde edilmesini sağlar.
Ekstraktta her 100 g kuru spirulina biyokütlesi başına 28,42 g protein elde edilerek, sürekli bir sonikasyon prosesinde yalnızca 6 dakikada %50 protein geri kazanım oranına ulaşılmıştır. Mikroskobik görüntüleme, akustik kavitasyonun spirulina filamentlerini parçalanma, sonoporasyon ve doku yapısının bozulması gibi farklı mekanizmalarla etkilediğini ortaya koymaktadır. Bu çeşitli etkiler, spirulina biyoaktif bileşiklerinin ekstraksiyonunu, açığa çıkarılmasını ve çözünür hâle getirilmesini daha kolay ve daha etkili kılar; bu da yüksek kalitede yüksek protein verimiyle sonuçlanır.
Ultrasonik olarak ekstrakte edilen proteinlerin kalitesi açısından, amino asitler ultrason işlemiyle bozunmamıştır ve sonikasyon uygulandığında geleneksel ekstraksiyona kıyasla daha yüksek miktarda bulunurlar.
Manotermosonikasyon ile yükseltilmiş basınç ve sıcaklık uygulanmadan yapılan ultrasonik ekstraksiyon karşılaştırıldığında, ekstraksiyon verimi ve verimliliği arasındaki fark yalnızca çok küçüktür. Bu nedenle, tek başına ultrasonun spirulina proteinleri bakımından zengin, yüksek kaliteli bir ekstrakt üretmek için en ekonomik ve en kolay teknik olduğu kabul edilmektedir. Ultrasonik ekstraksiyon, laboratuvar ölçeğinde spirulinadan protein ekstraksiyonuna uygun olan ve kolayca pilot ve endüstriyel ölçeğe büyütülebilen çevreci, çevre dostu bir ekstraksiyon tekniğidir. (bkz. Vernès et al. 2019)

Yüksek Performanslı Ultrasonik Ekstraktörler

Küçük ölçekte elde edilen tüm ekstraksiyon sonuçları, daha büyük üretim kapasitelerine doğrusal olarak ölçeklendirilebilir. Hielscher Ultrasonics şirketinin laboratuvar sistemlerinden endüstriyel ekstraksiyon sistemlerine uzanan geniş ürün portföyü, öngördüğünüz proses kapasitesi için en uygun sonikatörü içerir. Uzun yıllara dayanan deneyime sahip personelimiz, fizibilite testleri ve proses optimizasyonundan ultrasonik sisteminizin nihai üretim düzeyinde kurulumuna kadar size yardımcı olacaktır.

Hielscher Ultrasonics – Gelişmiş Ekstraksiyon Ekipmanları

Hielscher Ultrasonics ürün portföyü, küçükten büyük ölçeğe kadar yüksek performanslı ultrasonik ekstraktörlerin tüm yelpazesini kapsar. Ek aksesuarlar, prosesiniz için en uygun ultrasonik cihaz yapılandırmasının kolayca bir araya getirilmesine olanak tanır. Optimum ultrasonik düzenek; öngörülen kapasiteye, hacme, ham maddeye, parti veya hat içi prosese ve zaman planına bağlıdır. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır çalışma koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır. Ultrasonik ekstraksiyon proseslerinin doğrusal ölçeklenebilirliği, üretimin basit ve güvenilir biçimde artırılmasına olanak tanır. Ultrasonik ekstraksiyon proseslerinin doğrusal olarak ölçek büyütülmesi hakkında daha fazla bilgi edinin!

Aşağıdakiler gibi çeşitli aksesuarlar arasından seçim yapın:

• çeşitli boyut, çap ve şekillerde sonotrotlar
• 200µm ve üzeri yüksek genlikler için sonotrotlar
• çeşitli hacim ve geometrilerde akış hücresi reaktörleri
• genlik kazançlarını artırmak veya azaltmak için çok sayıda güçlendirici horn
• ultrasonik ekstraktör, tank, karıştırıcı ve pompa içeren SonoStation gibi eksiksiz sonikasyon düzenekleri
• takılabilir sıcaklık sensörleri
• takılabilir basınç sensörleri

İyi eğitimli, uzun yıllara dayanan deneyime sahip personelimiz size danışmanlık sunacak ve ekstraksiyon prosesinizin gereklilikleri için en uygun ultrasonik sistemi önerecektir!

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir: