Daha Yüksek Verimler İçin Ultrasonik Astaksantin Ekstraksiyonu
- Astaksantin, ilaçlarda ve besin takviyelerinde kullanılan, oldukça güçlü bir antioksidandır.
- Algler gibi doğal kaynaklardan yüksek kaliteli astaksantin üretmek için yüksek performanslı bir ekstraksiyon tekniği gereklidir.
- Ultrasonik ekstraksiyon, çok kısa bir ekstraksiyon süresinde yüksek astaksantin verimleri sağlayan mekanik bir işlemdir.
Yüksek Kaliteli Astaksantin Ekstraktları İçin Yüksek Performanslı Sonikatörler
Ultrasonik ekstraksiyon, mikroalgler, kril veya kabuklular gibi doğal kaynaklardan astaksantin elde etmek için yoğun ultrason dalgaları kullanan yüksek performanslı bir ekstraksiyon tekniğidir. Astaksantin, güçlü antioksidan özellikleri ve sağlığa çeşitli faydalarıyla bilinen, doğal olarak bulunan bir karotenoid pigmentidir. Yaygın olarak besin takviyesi ve gıda renklendiricisi olarak kullanılır. Sonikasyonun astaksantin ekstraksiyon sürecinizi iyileştirmeye nasıl yardımcı olduğunu öğrenin!
Yüksek güçlü ultrason kullanarak astaksantin ekstraksiyonunu iyileştirmek için MultiSonoReactor
Mikroalglerden Ultrasonik Astaksantin Ekstraksiyonu
İnsanların ve hayvanların sağlığa faydaları için tükettiği besin takviyelerinde kullanılan astaksantin, deniz ürünlerinden elde edilir veya H. pluvialis alginden ekstrakte edilir. Haematococcus pluvialis, yüksek tuzluluk, azot eksikliği, yüksek sıcaklık ve ışık gibi stres koşulları uygulandığında yüksek miktarda astaksantin üreten yeşil bir mikroalgdir. Alg hücresi başına 9,2mg/g değerine kadar astaksantin içeriğiyle (= H. pluvialis kuru ağırlığının %3,8’ine kadar), Haematococcus pluvialis çok yüksek miktarda doğal astaksantin biriktirir ve bu nedenle astaksantin üretimi için tercih edilen organizmadır.
Yeşil mikroalglerden astaksantini açığa çıkarmak için alg hücrelerinin parçalanması gerekir. Ultrasonikasyon, hücre parçalama, lizis ve lipitler, antioksidanlar, polifenoller ve doğal pigmentler gibi biyoaktif bileşiklerin izolasyonu için yerleşik bir yöntemdir. Yüksek performanslı ultrason, hücre duvarlarını kesme kuvvetleriyle parçalayan ve astaksantin gibi biyoaktif maddelerin açığa çıkmasını sağlayan, tamamen mekanik kuvvetler oluşturur.
Mayadan Ultrasonik Astaksantin Ekstraksiyonu
Phaffia rhodozyma, astaksantin bakımından zengin bir mayadır. Ancak P. rhodozyma’nın esas olarak glukandan oluşan ve hücrenin rijitliğinden sorumlu olan kalın hücre duvarı, hücre parçalamayı ve astaksantin izolasyonunu zorlu bir işlem hâline getirir. Araştırmacılar (Gogate et al. 2015), laktik asitle birlikte uygulanan ultrasonik ekstraksiyonun hücre parçalamayı yoğunlaştırdığını ve P. rhodozyma’dan astaksantin ekstraksiyonunu daha yeşil, çevreye daha dost bir süreç hâline getirdiğini bulmuştur. Parçalama ortamı olarak laktik asit, ekstraksiyon çözücüsü olarak ise etanol kullanmışlardır. En yüksek astaksantin verimi (%90), 3 M laktik asit kullanımına ve 15 min parçalama süresine dayanan ultrason destekli ekstraksiyon yaklaşımıyla elde edilmiştir. UIP4000hd (4kW, soldaki resme bakın) gibi güçlü ultrasonik ekstraktörler, basınçlandırılabilir bir akış reaktörüyle birlikte çok yoğun kavitasyon oluşmasını sağlar. Kavitasyon kaynaklı kesme kuvvetleri, maya hücrelerinin duvarlarını parçalar ve hücre içi ile çözücü arasındaki kütle transferini artırır.
- Üstün verim
- Yüksek hızlı ekstraksiyon – dakikalar içinde
- Yüksek kaliteli ekstraktlar – yumuşak koşullarda, ısıl olmayan işlem
- Yeşil çözücüler (ör. su/etanol)
- Uygun maliyetli
- Kolay ve güvenli kullanım
- Düşük yatırım ve işletme maliyetleri
- Ağır çalışma koşullarında 24/7 çalışma
- Yeşil, çevre dostu yöntem
Ultrasonik Astaksantin Ekstraksiyonu – Kesikli veya Sürekli Akış Modunda
Astaksantin, lipofilik bir bileşiktir ve çözücülerde (ör. etil asetat içinde %48,0 etanol) ve yağlarda (ör. soya fasulyesi yağı) çözünebilir.
Kesikli işlem: Ultrasonik ekstraksiyon süreçleri, basit kesikli işlemler olarak veya ortamın ultrasonik bir akış reaktöründen sürekli olarak geçirildiği hat içi işlem olarak yürütülebilir.
Kesikli işleme, ekstraksiyonun parti parti gerçekleştirildiği kolay bir prosedürdür. Hielscher Ultrasonics, küçükten büyüğe, yani 1L–120L arasındaki partiler için ultrasonik işlemciler sunar.
5–10L büyüklüğündeki partilerin işlenmesi için UP400ST sonikatörünü S24d22L2D sonotroduyla birlikte öneriyoruz (soldaki resme bakın).
Yaklaşık 120L büyüklüğündeki partilerin işlenmesi için UIP2000hdT sonikatörünü RS4d40L4 sonotroduyla birlikte öneriyoruz.
Akışlı işlem: Daha büyük hacimler ve tam ölçekli ticari ekstraksiyon için sürekli bir sıvı akışı ultrasonik bir reaktörden geçirilir; burada çözücü/bitkisel materyal bulamacına yoğun sonikasyon uygulanır.
Yaklaşık 8L/min. hacim için UIP4000hdT sonikatörünü RS4d40L3 sonotrodu ve basınçlandırılabilir FC130L4-3G0 akış hücresiyle birlikte öneriyoruz
UIP2000hdT (2kW) – büyük ölçekli kesikli ekstraksiyon için
Ekstraksiyon İçin Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler
Hielscher Ultrasonics, bitkilerden, mayalardan ve hücrelerden yüksek kaliteli ekstraktların üretimi için yüksek performanslı sonikatörlerin imalatında uzmanlaşmıştır. Hielscher Ultrasonics’in geniş ürün portföyü, küçük ve güçlü laboratuvar ultrasonikatörlerinden sağlam masaüstü sistemlere ve tamamen endüstriyel sistemlere kadar uzanır. Bu sistemler, astaksantin, kuersetin, kafein, kurkumin, terpenler vb. biyoaktif bileşenlerin verimli ekstraksiyonu ve izolasyonu için yüksek yoğunluklu ultrason sağlar. 200W–16.000W arasındaki tüm dijital sonikatörlerde programlanabilir ayarlara sahip sezgisel bir menü, rahat kullanım için renkli dokunmatik ekran, otomatik veri kaydı için entegre SD kart, tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol ve daha birçok kullanıcı dostu özellik bulunur. Sonotrotlar ve akış hücreleri (ortamla temas eden parçalar) otoklavlanabilir ve kolayca temizlenir. Tüm ultrasonikatörlerimiz 24/7 çalışma için üretilmiştir, az bakım gerektirir ve kolay ve güvenli bir şekilde kullanılabilir.
Dijital renkli ekran, ultrasonik ekipmanın kullanıcı dostu biçimde kontrol edilmesini sağlar. Sistemlerimiz, düşük genliklerden çok yüksek genliklere kadar genlik sağlayabilir. Astaksantin gibi kimyasal bileşiklerin ekstraksiyonu için yüksek kaliteli aktif maddelerin özenli izolasyonuna yönelik olarak optimize edilmiş özel ultrasonik sonotrotlar (ultrasonik problar veya hornlar olarak da bilinir) sunuyoruz. Hielscher, yüksek genlikler için özel sonotrotları, son derece dayanıklı maya hücrelerini bile parçalayan aşırı kavitasyon kaynaklı kesme kuvvetleri oluşturabilen basınçlandırılabilir akış hücreleriyle birlikte sunar. Hielscher ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır çalışma koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.
Ultrasonik süreç parametrelerinin hassas kontrolü, tekrarlanabilirliği ve süreç standardizasyonunu sağlar. Hielscher endüstriyel ölçekli, otomatik ultrasonik ekstraksiyon sistemleri, üstün kaliteli ekstraktların yüksek üretim kapasitelerinde elde edilmesi için tasarlanmıştır; aynı zamanda iş gücünü, maliyeti ve enerjiyi azaltır.
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sorun!
Literatür/Kaynaklar
- 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.
Bilinmesi Gerekenler
Sono-Ekstraksiyon
Ultrasonik ekstraksiyon veya sono-ekstraksiyon, akustik kavitasyon ilkesine dayanır.
Sıvı sistemlere yoğun ultrason dalgaları uygulandığında, vakum kabarcıklarının oluşması, büyümesi ve sonunda çökmesi olgusu olan akustik kavitasyon meydana gelir (aşağıdaki resme bakın). Ultrason dalgalarının yayılması sırasında vakum kabarcıkları, daha fazla enerji soğuramayacakları bir noktaya ulaşana kadar salınır ve büyür. Kabarcık büyümesinin zirvesinde şiddetle çökerler; bu da yerel olarak ısıl, mekanik ve kimyasal etkilere neden olur. Mekanik etkiler arasında 1000atm değerine kadar yüksek basınçlar, türbülanslar ve yoğun kesme kuvvetleri bulunur. Bu kuvvetler, hücre duvarlarını parçalar ve hücre içi ile çözücü arasındaki kütle transferini artırarak biyoaktif bileşiklerin çevredeki sıvıya (yani çözücüye) salınmasını sağlar.
Yüksek yoğunluklu, düşük frekanslı ultrasonun oluşturduğu akustik kavitasyon, yoğun kesme kuvvetleri ile yerel olarak oluşan yüksek basınç ve sıcaklık farkları meydana getirir; bunlar hücre parçalama, yoğun karıştırma ve kütle transferi için gerekli etkiyi sağlar. Bu ultrasonik kesme kuvvetleri, kenevir ekstraksiyonu için başarıyla uygulanır.
Bitkisel materyallerden ve hücre dokusundan bileşiklerin ultrasonik ekstraksiyonu kapsamlı biçimde araştırılmıştır. Çok yüksek yoğunluklu ultrason dalgalarının uygulanması, ekstraksiyon süreçlerini önemli ölçüde geliştirir. Daha yüksek verim ve daha kısa ekstraksiyon süresi sağlayan süreç yoğunlaştırmasının yanı sıra, sonikasyon ısıl olmayan bir işlem olduğundan ısıl bozunma ve sıcaklığa duyarlı bileşenlerin kaybı önlenir. Ayrıca ultrasonik ekstraksiyonun yatırım ve işletme maliyetleri düşüktür, çözücü kullanımını azaltır ve/veya daha yeşil çözücülerin kullanımına olanak tanır; bu da onu ekonomik ve çevre dostu bir ekstraksiyon tekniği hâline getirir. Geleneksel ekstraksiyon yöntemlerinden daha iyi sonuç veren ultrasonik destekli ekstraksiyon (UAE) ekonomik kazanımlar sağlayarak biyoaktif bileşikler üretmek üzere gıda endüstrisinden benimsenmiştir.
Güçlü ultrason dalgaları, biyolojik yapıların hücre matrisini parçalar ve biyoaktif bileşikleri açığa çıkarır. Bitkisel materyal ile çözücü arasındaki kütle transferi yoğunlaşır. Bu mekanizmalar sayesinde ultrasonik ekstraksiyon, kenevir ekstraksiyonu için son derece verimlidir.
Astaksantin
Astaksantin, koyu kırmızı rengiyle ayırt edilir. Alglerde (ör. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), mayalarda (ör. Phaffia rhodozyma), somon, alabalık, kril, karides ve kerevitte bulunan, yağda çözünen bir pigmenttir. Antioksidan gücü beta-karoten, lutein ve zeaksantin gibi diğer birçok karotenoidden on ila yirmi kat, alfa-tokoferolden (E vitamini) ise yüz kat daha güçlü olduğundan astaksantin süper antioksidan olarak kabul edilir.
Astaksantin (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotene-4,4′-dione), bir keto-karotenoiddir ve beş karbonlu öncüller olan izopentenil difosfat ve dimetilalil difosfattan oluşan, terpenler olarak bilinen daha geniş bir kimyasal bileşik sınıfına (bir tetraterpenoid olarak) aittir. Astaksantin, zeaksantin ve kantaksantin gibi oksijen içeren bileşenlere, yani hidroksil (-OH) veya keton (C=O) gruplarına sahip bir karotenoid bileşik türü olarak sınıflandırılır. Astaksantin, hem hidroksil hem de keton fonksiyonel gruplarını içeren bir zeaksantin ve/veya kantaksantin metabolitidir. Birçok karotenoid gibi astaksantin de lipitte çözünen bir pigmenttir ve kırmızı rengiyle ayırt edilir. Astaksantin dâhil karotenoidler, antioksidan kapasiteleriyle iyi bilinir.
Astaksantin kırmızı bir pigmenttir ve doğal olarak yağmur suyu mikroalglerinde (Haematococcus pluvialis) ve Xanthophyllomyces dendrorhous (Phaffia rhodozyma olarak da bilinir) adlı mayada oluşur. Algler, astaksantin oluşturmak için besin eksikliği, artan tuzluluk ve aşırı güneş ışığı gibi koşullardan biri veya bunların bir kombinasyonu yoluyla strese maruz kalır. Somon, kırmızı alabalık, kırmızı çipura, flamingo ve kabuklular (ör. karides, kril, yengeç, ıstakoz, kerevit) gibi bu strese maruz kalmış tatlı su mikroalglerini tüketen türler, kırmızı-turuncu tonlardaki pigmentasyonu görünümlerine yansıtır.
Takviye olarak astaksantin, sağlığı destekleyici ve hastalıkları tedavi edici etkileri için uygulanır. Astaksantin, cilt sağlığını iyileştirmek (ör. kırışıklıkları, güneş yanığının yol açtığı hasarları vb. azaltmak) için kullanılan yerleşik bir nutrasötiktir.
Ayrıca astaksantin, Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı, kalp-damar hastalıkları, yüksek kolesterol, karaciğer hastalıkları ve yaşa bağlı makula dejenerasyonunun tedavisinde ve kanserin önlenmesinde kullanımı nedeniyle giderek daha fazla ilgi görmektedir.
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörleri laboratuvar ölçeğinden endüstriyel ölçeğe kadar üretir.