Spirulina Pigmentlerinin Ultrasonik Ekstraksiyonu
Ultrasonik ekstraksiyonun, mikroalglerden üstün kaliteli ekstraktların izolasyonunda son derece verimli olduğu kanıtlanmıştır. Fikosiyanin gibi spirulina pigmentleri, yüksek antioksidan, vitamin ve protein içerikleri sayesinde sağlığa fayda sağlayan süper gıdalar olarak bilinir. Tozlar ve tabletler gibi yüksek konsantrasyonlu takviyeler üretmek için mavi pigmentlerin spirulina alglerinden ekstrakte edilmesi gerekir.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) ve Arthrospira maxima (A. maxima), spirulina adıyla bilinir. Spirulina, amino asitler ve antioksidanlar bakımından zengin mavi-yeşil alglerdir. Proteinler, enzimler, mineraller, A, K ve B12 vitaminleri, demir ve manganez gibi besin öğelerini yüksek miktarda içerdiklerinden süper gıda olarak sınıflandırılırlar. Arthrospira alg cinsi özellikle yüksek protein içeriğine sahiptir. Kuru ağırlık bazında protein içeriği %53–68 arasında değişir ve tüm esansiyel amino asitlerin tam spektrumunu sunar. Ayrıca Arthrospira, %5–6 arasındaki toplam lipit içeriğinin yaklaşık %1,5–2 kadarını oluşturan çoklu doymamış yağ asitlerini (PUFAs) yüksek miktarda içerir. Bu PUFAs, esansiyel bir Omega-6 yağ asidi olan γ-Linolenik asidi (GLA) içerir. Arthrospira’nın diğer biyoaktif bileşikleri arasında vitaminler, mineraller ve fotosentetik pigmentler bulunur.
Not: Bilimsel olarak Spirulina platensis (S. platensis) ve Spirulina maxima (S. maxima) için doğru adlandırmalar Arthrospira platensis (A. platensis) ve Arthrospira maxima (A. maxima) şeklindedir. Her iki tür de geçmişte Spirulina cinsinde sınıflandırılmıştır ve günümüzde hâlâ yaygın kullanımda spirulina adıyla bilinir. Arthrospira ve Spirulina’nın iki ayrı cins olarak tanımlanması artık genel olarak kabul edilse de spirulina terimi sıklıkla kapsayıcı bir terim olarak kullanılır.
Ultrasonik Spirulina Ekstraksiyonu
Ultrasonik hücre parçalayıcılar (ultrasonik ekstraktörler olarak da adlandırılır), hücre içi materyali serbest bırakmak üzere hücreleri açma yetenekleriyle iyi bilinir. Yoğun ultrason dalgaları akışkanlara aktarıldığında akustik kavitasyon olgusu meydana gelir. Kavitasyon kuvvetleri hücre duvarlarını parçalar ve kütle transferini artırır; böylece hedef biyoaktif bileşikler hücreden sıvıya taşınır.
Hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon: mikroskobik enine kesit (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasındaki etki mekanizmasını gösterir (büyütme 2000x) [kaynak: Vilkhu et al. 2011]
Ultrasonik Ekstraksiyonun Avantajları
- Yüksek verim
- Üstün ekstrakt kalitesi
- Hızlı ekstraksiyon
- Ilımlı, termal olmayan proses
- Çeşitli çözücüler
- Güvenli
- Kolay kullanım
- Doğrusal ölçek büyütme
- Düşük bakım gereksinimi
- Hızlı yatırım geri dönüşü
Ekstraksiyon Protokolü
Prabuthas et al. (2011), yüksek kaliteli bir fikosiyanin ekstraktı elde etmek için aşağıdaki ekstraksiyon protokolünü geliştirmiştir: Fikosiyanin ekstraksiyonu, distile su ve %1 CaCl2 çözeltisi kullanılarak fikosiyanin konsantrasyonu açısından değerlendirilmiştir. Yaş biyokütle, besin bileşimi nedeniyle bakteriler tarafından hemen kullanıldığı ve bozunmaya başladığı için deniz algi spirulina kurutulmuş formda kullanılır. Bu nedenle, bu sorunları önlemek için kurutulmuş alg biyokütlesinin kullanılması önerilir. Ekstraksiyon, 0,1g kurutulmuş biyokütlenin çözücüyle karıştırılmasıyla gerçekleştirilmiş; sonikasyon süresi ve genliği deney tasarımına göre belirlenmiştir. Numune süspansiyonlarına Hielscher UP50H ultrasonik hücre parçalayıcısı kullanılarak sonikasyon uygulanmış, ardından soğutmalı santrifüj kullanılarak 13.500rpm hızında 15 min boyunca santrifüjleme yapılmıştır. Kalsiyum klorür ve distile su olmak üzere farklı çözücülerle ekstraksiyon sırasında fikosiyanin ve protein içerikleri incelenmiştir.
En yüksek fikosiyanin miktarı olan 0,3116mg/ml, kalsiyum klorür çözeltisinde elde edilmiş; bunu distile suda elde edilen 0,299mg/ml izlemiştir. En yüksek protein miktarı olan %63,63, distile su çözücüsünde; %54,69 ise kalsiyum klorür çözeltisinde elde edilmiştir. Dolayısıyla CaCl2 çözeltisinin, ultrason destekli fikosiyanin ekstraksiyonu için en iyi çözücü olduğu bulunmuştur.
Spirulina Ekstraksiyonu için Yüksek Performanslı Ultrasonik Ekstraktörler
Hielscher, bitkilerden ve bitkisel biyokütleden biyoaktif maddelerin güçlü ve güvenilir ultrasonik ekstraksiyonu konusunda uzun yıllara dayanan deneyime sahip iş ortağınızdır. Tüm ultrasonik ekstraktörler 24/7 çalıştırılabilir ve beslenme amaçlı ekstraktların ticari üretimine uygundur. Ürün yelpazemiz, küçük el tipi biyolojik parçalayıcılardan pilot ölçekli sonikatörlere ve endüstriyel ultrasonik sistemlere kadar tam spektrumu kapsar. Farklı sonotrotlar ve akış hücresi reaktörleri gibi çeşitli aksesuarlar, proses gereksinimlerinize en uygun uyarlamayı sağlar. Tüm Hielscher ultrasonik işlemcileri sağlamdır, kolay kullanılır ve kullanıcı dostu olacak şekilde tasarlanmıştır. Dijital kontrollü sonikatörlerimiz, sonikasyon verilerinin otomatik olarak kaydedilmesi için yerleşik bir SD kartla birlikte sunulur.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksek | Küme hâlindeki UIP16000 |
- Sonikasyonda uzun yıllara dayanan deneyim
- Yüksek kalite
- Sağlamlık
- 24/7 çalışma
- Kuru çalışmaya karşı koruma
- Doğrusal ölçeklenebilirlik
- Mükemmel müşteri hizmetleri
- Düşük bakım gereksinimi
- Eğitim ve kurulum hizmeti
- Teknik merkez
- Proses geliştirme
- Özelleştirilmiş ultrasonik ekipman
İyi eğitimli personelimiz, yüksek düzeyde müşteri hizmeti ve profesyonel danışmanlık sağlar.
Bugün bizimle iletişime geçin! Uygulamanız için en uygun ultrasonik ekstraktörü önermekten memnuniyet duyarız.
Laboratuvar ölçeğinden pilot ve endüstriyel ölçeğe kadar yüksek güçlü ultrasonik ekstraktörler.
Literatür/Kaynaklar
- 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. - Bachchhav M.B., Kulkarni M.V., Ingale A.G. (2017): An efficient extraction of phycocyanin by ultrasonication and separation using ‘sugaring out’. Phykos 47 (2): 19-24 (2017).
- Prabuthas P., Majumdar S., Srivastav P.P., Mishra H.N. (2011): Standardization of rapid and economical method for neutraceuticals extraction from algae. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(5) pp. 93 – 96, May 2011.
Bilinmesi Gerekenler
Spirulina
Spirulina, enerjilerini fotosentez yoluyla elde eden bir bakteri şubesi olan siyanobakterilerin (siyanofita olarak da bilinir) bir türüdür. Oksijen üretebilen tek fotosentetik prokaryotlardır. Siyanobakteri adı, bakterilerin renginden gelir (Yunanca: κυανός, harf çevrimi: kyanós, sözcük anlamı: mavi). Modern kullanımda alg terimi yalnızca ökaryotlarla sınırlı olsa da renkleri nedeniyle mavi-yeşil algler olarak da adlandırılırlar. Spirulina platensis (S. platensis), açık havuzlarda veya kapalı biyoreaktörlerde monokültür olarak kolayca yetiştirilebilen çok filamentli prokaryotik bir siyanobakteridir. C-fikosiyanin (C-PC), spirulinadaki başlıca fikobiliproteindir.
Spirulina ekstraktları
Spirulina, deniz siyanobakterilerinin (mavi-yeşil algler) biyokütlesinden elde edilen popüler bir besin takviyesidir. Vegan protein ve pigment takviyelerinin hazırlanmasında kullanılan iki spirulina türü Arthrospira platensis ve Arthrospira maxima’dır. Bu mikroalglerden serbest bırakılan ekstrakt, antioksidanlar, amino asitler ve vitaminler bakımından zengindir. Bu nedenle mavi ekstrakt tozu meyve sularına, smoothie’lere, shake’lere ve içeceklere eklenir ve onlara güzel, yoğun bir mavi renk verir. Alternatif olarak spirulina ekstraktı tablet formunda tüketilebilir.
Fikosiyanin, allofikosiyanin ve fikoeritrin, yoğun açık mavi renkleriyle bilinen, ışık hasat eden fikobiliprotein ailesinden pigment-protein kompleksleridir. Fikosiyanin, klorofile yardımcı bir pigmenttir. Tüm fikobiliproteinler suda çözünür olduğundan membranın içinde bulunmazlar; bunun yerine fikobiliproteinler, agregatlar (fikobilizom olarak adlandırılır) hâlinde hücre membranına bağlıdır.
Ultrasonik Ekstraksiyon ve Hücre Parçalama
Ultrason Destekli Ekstraksiyon (UAE), bitkisel materyalden ve dokudan biyoaktif bileşikleri serbest bırakmak ve izole etmek için kullanılır.
Ultrasonik ekstraksiyon proseslerinde yoğun ultrason dalgaları, dalgaların dönüşümlü sıkışma ve genleşme oluşturduğu bir ortama aktarılır. Sıkışma / genleşme döngüleri sırasında vakum kabarcıkları oluşur; bu kabarcıklar birkaç döngü boyunca büyür ve daha fazla enerji soğuramadıklarında şiddetle içe çökerler. Kabarcıkların içe çökmesi, yerel olarak 5000K’ye kadar ulaşan sıcaklıklar, 1000atm basınç farkları, 1010 K/s üzerindeki ısınma ve soğuma hızları ve 280m/s hızındaki sıvı jetleriyle son derece yüksek enerjili bir durum oluşturur. Bu olgu akustik kavitasyon olarak bilinir.
Ultrasonik ekstraksiyon, akustik kavitasyona ve onun hidrodinamik kesme kuvvetlerine dayanır