Ультразвукова екстракція астаксантину для підвищення виходу
- Астаксантин – це дуже потужний антиоксидант, що використовується у фармацевтиці та харчових добавках.
- Щоб виробляти високоякісний астаксантин із природних джерел, таких як водорості, потрібна високоефективна техніка екстракції.
- Ультразвукова екстракція – це механічна обробка, яка забезпечує високі виходи астаксантину за дуже короткий час екстракції.
Високоефективні соникатори для високоякісних екстрактів астаксантину
Ультразвукова екстракція – це високоефективна техніка екстракції, яка використовує інтенсивні ультразвукові хвилі для вилучення астаксантину з природних джерел, таких як мікроводорості, криль або ракоподібні. Астаксантин – це природний каротиноїдний пігмент, відомий своїми потужними антиоксидантними властивостями та різноманітними перевагами для здоров’я. Він зазвичай використовується як дієтична добавка та барвник для харчових продуктів. Дізнайтеся, як ультразвукова обробка допомагає покращити ваш процес екстракції астаксантину!
MultiSonoReactor для покращеної екстракції астаксантину за допомогою потужного ультразвуку
Ультразвукова екстракція астаксантину з мікроводоростей
Астаксантин для дієтичних добавок, які споживають люди та тварі заради їхньої користі для здоров’я, отримують із морепродуктів або екстрагують із водорості H. pluvialis. Haematococcus pluvialis – це зелена мікроводорість, яка виробляє високі вмісти астаксантину, коли застосовуються стресові умови, наприклад, висока солоність, дефіцит азоту, висока температура та світло. З вмістом до 9,2mg/g астаксантину на клітину водорості (= до 3,8% від сухої маси H. pluvialis), Haematococcus pluvialis накопичує дуже високий вміст природного астаксантину і тому є бажаним організмом для виробництва астаксантину.
Щоб вивільнити астаксантин із зелених мікроводоростей, клітини водоростей повинні бути зруйновані. Ультразвукова обробка добре зарекомендувала себе для руйнування клітин, лізису та ізоляції біоактивних сполук, таких як ліпіди, антиоксиданти, поліфеноли та природні пігменти. Високоефективний ультразвук створює суто механічні сили, які руйнують клітинні стінки за допомогою зсувних сил і спричиняють вивільнення біоактивних речовин, таких як астаксантин.
Ультразвукова екстракція астаксантину з дріжджів
Phaffia rhodozyma – це дріжджі, багаті на астаксантин. Однак товста клітинна стінка P. rhodozyma, яка переважно складається з глюкану і відповідає за жорсткість клітини, робить руйнування клітин та ізоляцію астаксантину складним завданням. Дослідники (Gogate et al. 2015) виявили, що ультразвукова екстракція в поєднанні з молочною кислотою інтенсифікує руйнування клітин і робить екстракцію астаксантину з P. rhodozyma більш екологічним, дружнім до довкілля процесом. Вони використовували молочну кислоту як середовище для руйнування та етанол як розчинник для екстракції. Максимальний вихід астаксантину (90%) було отримано для підходу ультразвукової екстракції, заснованого на використанні 3 M молочної кислоти, часу руйнування 15 хв. Потужні ультразвукові екстактори, такі як UIP4000hd (4kW, див. фото ліворуч), у поєднанні з проточним реактором, що працює під тиском, забезпечують генерацію дуже інтенсивної кавітації. Кавітаційні зсувні сили руйнують клітинні стінки дріжджів і сприяють масопереносу між внутрішнім середовищем клітини та розчинником.
- Вищий вихід
- Швидка екстракція – за лічені хвилини
- Високоякісні екстракти – м’які, нетермічні
- Зелені розчинники (наприклад, вода/етанол)
- Економічно вигідно
- Проста та безпечна експлуатація
- Низькі інвестиційні та експлуатаційні витрати
- Робота 24/7 у режимі високого навантаження
- Зелений, екологічний метод
Ультразвукова екстракція астаксантину – у режимі партії або безперервного потоку
Астаксантин – це ліпофільна сполука, яка може розчинятися в розчинниках (наприклад, 48,0% етанол в етилацетаті) та оліях (наприклад, соєва олія).
Партія: Ультразвукові процеси екстракції можна виконувати як прості партійні процеси або як потокову обробку, де середовище безперервно подається через ультразвуковий проточний реактор.
Партійна обробка – це проста процедура, де екстракція виконується партіями. Hielscher Ultrasonics пропонує ультразвукові процесори для малих і великих партій, тобто 1L – 120L.
Для обробки партій від 5 до 10L ми рекомендуємо UP400ST з сонотродом S24d22L2D (див. мал. зліва).
Для обробки партій приблизно 120L ми рекомендуємо соникатор UIP2000hdT з сонотродом RS4d40L4.
Проточний режим: Для більших об’ємів і повномасштабної комерційної екстракції безперервний потік рідини подається через ультразвуковий реактор, де розчинник/суспензія рослинної сировини інтенсивно піддається ультразвуковій обробці.
Для об’єму приблизно 8L/min. ми рекомендуємо UIP4000hdT з сонотродом RS4d40L3 і проточною коміркою, що витримує тиск, FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) для великомасштабної партійної екстракції
Високопродуктивні ультразвукові екстрактори
Hielscher Ultrasonics спеціалізується на виробництві високопродуктивних соникаторів для отримання екстрактів високої якості з рослин, дріжджів і клітин. Широке портфоліо продукції Hielscher Ultrasonics охоплює малі, потужні лабораторні ультразвукові екстрактори, а також надійні настільні та повністю промислові системи, які забезпечують ультразвук високої інтенсивності для ефективної екстракції та ізоляції біоактивних компонентів, таких як астаксантин, кверцетин, кофеїн, куркумін, терпени тощо. Усі цифрові соникатори від 200W до 16 000W мають інтуїтивне меню з програмованими налаштуваннями, кольоровий сенсорний дисплей для зручної експлуатації, вбудовану SD-картку для автоматичного запису даних, дистанційне керування через браузер та багато інших зручних функцій. Сонотроди та проточні комірки (частини, які контактують із середовищем) можна стерилізувати в автоклаві, і їх легко чистити. Усі наші ультразвукові екстрактори розроблені для роботи 24/7, потребують низького рівня обслуговування та є простими й безпечними в експлуатації.
Цифровий кольоровий дисплей забезпечує зручне керування ультразвуковим обладнанням. Наші системи здатні забезпечувати амплітуди від низьких до дуже високих. Для екстракції хімічних сполук, таких як астаксантин, ми пропонуємо спеціальні ультразвукові сонотроди (також відомі як ультразвукові зонди або рупори), оптимізовані для делікатної ізоляції високоякісних активних речовин. Hielscher пропонує спеціальні сонотроди для високих амплітуд у поєднанні з проточними комірками, що витримують тиск, здатними генерувати екстремальні кавітаційні зсувні сили, які руйнують навіть дуже міцні клітини дріжджів. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах експлуатації та у складних середовищах.
Точне керування параметрами ультразвукового процесу забезпечує відтворюваність і стандартизацію процесу. Промислові автоматизовані системи ультразвукової екстракції Hielscher розроблені для високих виробничих потужностей екстрактів найвищої якості, водночас зменшуючи витрати праці, коштів та енергії.
Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!
Література/Посилання
- 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.
Факти, які варто знати
Ультразвукова екстракція
Ультразвукова екстракція або соно-екстракція базується на принципі акустичної кавітації.
Коли інтенсивні ультразвукові хвилі застосовуються до рідких систем, виникає акустична кавітація – явище утворення, зростання та остаточного колапсу вакуумних бульбашок (див. мал. нижче). Під час поширення ультразвукових хвиль вакуумні бульбашки коливаються та зростають, доки не досягнуть точки, коли вони не можуть поглинати більше енергії. На піку зростання бульбашки вони різко колапсують, що спричиняє локальні термічні, механічні та хімічні ефекти. Механічні ефекти включають високі тиски до 1000atm, турбулентність та інтенсивні зсувні сили. Ці сили руйнують клітинні стінки та сприяють масопереносу між внутрішнім середовищем клітини та розчинником, вивільняючи біоактивні сполуки в навколишню рідину (тобто розчинник).
Акустична кавітація, що генерується високотонним низькочастотним ультразвуком, створює інтенсивні зсувні сили та локальні перепади високого тиску й температури, які забезпечують необхідний вплив для руйнування клітин, інтенсивного змішування та масопереносу. Ці ультразвукові зсувні сили успішно застосовуються для екстракції канабісу.
Ультразвукова екстракція сполук із ботанічних матеріалів та клітинної тканини добре досліджена. Застосування високоінтенсивних ультразвукових хвиль значно сприяє процесам екстракції. Окрім інтенсифікації процесу – що призводить до вищих виходів та коротшого часу екстракції – запобігається термічна деградація та втрата термочутливих компонентів, оскільки ультразвукова обробка є нетермічним методом. Крім того, ультразвукова екстракція має низькі інвестиційні та експлуатаційні витрати, зменшує використання розчинників і/або дозволяє використовувати екологічніші розчинники, що робить її економічним та екологічно дружнім методом екстракції. Перевищуючи традиційні методи екстракції, ультразвукова екстракція (UAE) була запозичена з харчової промисловості для виробництва біоактивних сполук з економічною вигодою.
Потужні ультразвукові хвилі руйнують клітинну матрицю біологічних структур і вивільняють біоактивні сполуки. Масоперенос між рослинним матеріалом і розчинником інтенсифікується. Завдяки цим механізмам ультразвукова екстракція є надзвичайно ефективною для екстракції канабісу.
Астаксантин
Астаксантин вирізняється глибоким червоним кольором. Це жиророзчинний пігмент, який міститься в водоростях (наприклад, Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), дріжджах (наприклад, Phaffia rhodozyma), лососі, форелі, крилі, креветках і раках. Астаксантин вважається суперантиоксидантом, оскільки його антиоксидантна потужність у десять–двадцять разів перевищує потужність багатьох інших каротиноїдів, таких як бета-каротин, лютеїн і зеаксантин, і в сто разів перевищує потужність альфа-токоферолу (вітаміну E).
Астаксантин (3,3′-дигідрокси-β, β′-каротин-4,4′-діон) є кето-каротиноїдом і належить до більшої класу хімічних сполук, відомих як терпени (як тетратерпеноїд), які складаються з п’яти вуглецевих прекурсорів: ізопентенілдифосфату та диметилалілдифосфату. Астаксантин класифікується як тип каротиноїдних сполук з кисневмісними компонентами, а саме гідроксильними (-OH) або кетонними (C=O) групами, такими як зеаксантин і кантаксантин. Астаксантин є метаболітом зеаксантину та/або кантаксантину, що містить як гідроксильні, так і кетонні функціональні групи. Як і багато каротиноїдів, астаксантин є ліпідорозчинним пігментом і вирізняється своїм червоним кольором. Каротиноїди, включаючи астаксантин, добре відомі своєю антиоксидантною здатністю.
Астаксантин є червоним пігментом і природним чином походить із дощових мікроводоростей (Haematococcus pluvialis) та дріжджів, відомих як Xanthophyllomyces dendrorhous (також відомі як Phaffia rhodozyma). Водорості зазнають стресу через одну або комбінацію умов, що варіюються від відсутності поживних речовин, підвищеної солоності та надмірного сонячного світла, щоб виробити астаксантин. Види, які споживають ці стресовані прісноводні мікроводорості, такі як лосось, червона форель, червона спара, фламінго, ракоподібні (наприклад, креветки, криль, краби, омари, раки), відображають пігментацію червоно-помаранчевих відтінків у своїй зовнішності.
Як добавка, астаксантин призначається для його оздоровчих та лікувальних ефектів. Астаксантин є добре встановленим нутрицевтиком, який призначають для покращення здоров’я шкіри (наприклад, зменшення зморшок, пошкоджень від сонячних опіків тощо).
Крім того, астаксантин отримує зростаючу увагу щодо його використання для лікування хвороби Альцгеймера, хвороби Паркінсона, серцево-судинних захворювань, високого холестерину, захворювань печінки, вікової макулодистрофії та профілактики раку.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.