Ультразвукова екстракція астаксантину для підвищення врожайності
- Астаксантин є дуже потужним антиоксидантом, який використовується у фармацевтиці та харчових добавках.
- Для того, щоб виробляти високоякісний астаксантин з природних джерел, таких як водорості, потрібна високоефективна техніка екстракції.
- Ультразвукова екстракція – це механічна обробка, яка дає високі виходи астаксантину за дуже короткий час екстракції.
Високоефективні ультразвукові апарати 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 є природним каротиноїдним пігментом, відомим своїми потужними антиоксидантними властивостями та різноманітними перевагами для здоров'я. Він зазвичай використовується як харчова добавка та харчовий барвник. Подивіться, як ультразвук допомагає покращити процес екстракції астаксантину!
MultiSonoReactor для покращеної екстракції астаксантину за допомогою ультразвуку високої потужності
Ультразвукова екстракція астаксантину з мікроводоростей
Астаксантин для дієтичних добавок, які споживаються людьми та тваринами з користю для здоров'я, астаксантин отримують з морепродуктів або витягують з водоростей H. pluvialis. Haematococcus pluvialis – це зелена мікроводорість, яка виробляє високий вміст астаксантину при стресових умовах, таких як висока солоність, дефіцит азоту, висока температура та освітлення. Маючи до 9,2 мг/г астаксантину на клітину водорості (= до 3,8% від сухої маси H. pluvialis), Haematococcus pluvialis накопичує дуже високий вміст природного астаксантину і тому є кращим організмом для виробництва астаксантину.
Для того, щоб вивільнити астаксантин із зелених мікроводоростей, клітини водоростей повинні бути порушені. Ультразвук добре зарекомендував себе з метою руйнування клітин, лізису та виділення біологічно активних сполук у вигляді ліпідів, антиоксидантів, поліфенолів та природних пігментів. Високопродуктивний ультразвук створює суто механічні сили, які руйнують клітинні стінки під дією сил зсуву та спричиняють вивільнення біологічно активних речовин, таких як астаксантин.
Ультразвукова екстракція астаксантину з дріжджів
Phaffia rhodozyma - дріжджі, багаті астаксантином. Однак товста клітинна стінка P. rhodozyma, яка в основному складається з глюкану і відповідає за жорсткість клітин, робить руйнування клітин і виділення астаксантину складним завданням. Дослідники (Gogate et al. 2015) виявили, що ультразвукова екстракція в поєднанні з молочною кислотою посилює руйнування клітин і робить екстракцію астаксантину з P. rhodozyma більш екологічним процесом, більш сприятливим для навколишнього середовища. Вони використовували молочну кислоту як середовище для руйнування та етанол як розчинник для екстракції. Максимальний вихід астаксантину (90%) був отриманий при підході екстракції за допомогою ультразвуку, заснованому на використанні 3 М молочної кислоти, час зриву 15 хв. Потужні ультразвукові екстрактори, такі як UIP4000hd (4 кВт, див. рис. ліворуч) у поєднанні з проточним реактором під тиском дозволяють генерувати дуже інтенсивну кавітацію. Кавітаційні зсувні сили руйнують клітинні стінки дріжджів і сприяють перенесенню маси між внутрішньою частиною клітини та розчинником.
- Неперевершена врожайність
- Високошвидкісна екстракція – За лічені хвилини
- Високоякісні екстракти – М'який, не термічний
- Зелені розчинники (наприклад, вода/етанол)
- Рентабельним
- Проста та безпечна експлуатація
- Низькі інвестиційні та експлуатаційні витрати
- Робота 24/7 у важких умовах
- Зелений, екологічно чистий метод
Ультразвукова екстракція астаксантину – в режимі пакетного або безперервного потоку
Астаксантин є ліпофільною сполукою і може розчинятися в розчинниках (наприклад, 48,0% етанолу в етилацетаті) та оліях (наприклад, соєва олія).
Пакетний: Процеси ультразвукової екстракції можуть працювати як прості періодичні процеси або як внутрішня обробка, коли середовище безперервно подається через ультразвуковий проточний реактор.
Пакетна обробка – це проста процедура, де видобуток виконується партія за партією. Hielscher Ultrasonics пропонує ультразвукові процесори для малих і великих партій, тобто від 1 л до 120 л.
Для обробки партій об'ємом від 5 до 10 л ми рекомендуємо UP400St з сонотродом S24d22L2D (див. рис. ліворуч).
Для обробки партій об'ємом приблизно 120 л ми рекомендуємо Звуковий апарат UIP2000hdT з сонотродом RS4d40L4.
Проточний: Для більших обсягів і повномасштабної комерційної екстракції безперервний потік рідини подається через ультразвуковий реактор, де розчинник/ботанічна суспензія інтенсивно ультразвукується.
Для об'єму приблизно 8 л/хв ми рекомендуємо UIP4000HDT з сонотродом RS4d40L3 та проточною камерою під тиском FC130L4-3G0
UIP2000HDT (2 кВт) для масштабного пакетного екстракції
Високоефективні ультразвукові апарати для екстракції
Компанія Hielscher Ultrasonics спеціалізується на виробництві високопродуктивних ультразвукових апаратів для виробництва високоякісних екстрактів з рослин, дріжджів і клітин. Широкий асортимент продукції Hielscher Ultrasonics варіюється від невеликих потужних лабораторних ультразвукових приладів до надійних настільних і повністю промислових систем, які забезпечують ультразвук високої інтенсивності для ефективної екстракції та ізоляції біологічно активних компонентів, таких як астаксантин, кверцетин, кофеїн, куркумін, терпени тощо. Усі цифрові звукорежисери потужністю від 200 Вт до 16 000 Вт оснащені інтуїтивно зрозумілим меню з програмованими налаштуваннями, кольоровим сенсорним дисплеєм для комфортної роботи, вбудованою SD-картою для автоматичного запису даних, дистанційним керуванням браузером та багатьма іншими зручними функціями. Сонотроди і проточні комірки (деталі, які контактують із середовищем) можуть бути автоклавовані і легко чистяться. Всі наші ультразвукові апарати створені для роботи 24/7, не вимагають особливого обслуговування та прості та безпечні в експлуатації.
Цифровий кольоровий дисплей дозволяє зручно керувати ультразвуковим обладнанням. Наші системи здатні передавати від низьких до дуже високих амплітуд. Для екстракції хімічних сполук, таких як астаксантин, ми пропонуємо спеціальні ультразвукові сонотроди (також відомі як ультразвукові зонди або ріжки), які оптимізовані для чутливого виділення високоякісних активних речовин. Hielscher пропонує спеціальні сонотроди для високих амплітуд у поєднанні з проточними елементами під тиском, які здатні генерувати екстремальні кавітаційні зсувні сили, які руйнують навіть дуже міцні дріжджові клітини. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Точний контроль параметрів ультразвукового процесу забезпечує відтворюваність і стандартизацію процесу. Автоматизовані системи ультразвукової екстракції Hielscher промислового масштабу розроблені для високих виробничих потужностей високоякісних екстрактів, одночасно знижуючи трудовитрати, витрати та енергію.
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Література/Список літератури
- 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
УСОНО-екстракція
Ультразвукова екстракція або соноекстракція заснована на принципі акустичної кавітації.
При подачі інтенсивних ультразвукових хвиль на рідинні системи виникає акустична кавітація, яка є явищем генерації, зростання і можливого руйнування вакуумних бульбашок (див. рис. нижче). Під час поширення ультразвукових хвиль вакуумні бульбашки коливаються і ростуть, поки не досягнуть точки, коли вони не зможуть поглинути більше енергії. На піку росту бульбашок вони сильно руйнуються, що викликає локально термічні, механічні та хімічні ефекти. Механічні ефекти включають високий тиск до 1000 атм, турбулентність та інтенсивні сили зсуву. Ці сили руйнують клітинні стінки та сприяють перенесенню маси між внутрішньою частиною клітини та розчинником, вивільняючи біологічно активні сполуки в навколишню рідину (тобто розчинник).
Акустична кавітація, що генерується високоінтенсивним низькочастотним ультразвуком, створює інтенсивні сили зсуву та локально виникаючі перепади тиску та температури, які забезпечують необхідний вплив для руйнування клітин, інтенсивного перемішування та масообміну. Ці ультразвукові сили зсуву успішно застосовуються для екстракції канабісу.
Ультразвукова екстракція сполук з рослинних компонентів і клітинної тканини добре вивчена. Застосування високоінтенсивних ультразвукових хвиль значно сприяє процесам екстракції. Крім інтенсифікації процесів – що призводить до більш високих врожаїв і коротшого часу екстракції – Запобігає термічній деградації та втраті чутливих до температури компонентів, оскільки ультразвук не є термічною обробкою. Крім того, ультразвукова екстракція має низькі інвестиційні та експлуатаційні витрати, зменшує використання розчинників та/або дозволяє використовувати більш екологічні розчинники, що робить її економічною та екологічно чистою технікою екстракції. Перевершуючи традиційні методи екстракції, ультразвукова екстракція (ОАЕ) була запозичена з харчової промисловості для виробництва біологічно активних сполук з економічною вигодою.
Потужні ультразвукові хвилі порушують клітинний матрикс біологічних структур і вивільняють біологічно активні сполуки. Масообмін між рослинною сировиною і розчинником посилюється. Завдяки цим механізмам ультразвукова екстракція є високоефективною для екстракції канабісу.
астаксантин
Астаксантин відрізняється насиченим червоним кольором. Це жиророзчинний пігмент, який міститься у водоростях (наприклад, Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), дріжджах (наприклад, Phaffia rhodozyma), лососі, форелі, крилі, креветках і раках. Астаксантин вважається суперантиоксидантом, оскільки його антиоксидантна сила в десять-двадцять разів сильніша, ніж у багатьох інших каротиноїдів, таких як бета-каротин, лютеїн і зеаксантин, і в сто разів потужніша за альфа-токоферол (вітамін Е).
Астаксантин (3,3'-дигідрокси-β, β-каротин-4,4'-діон) є кето-каротиноїдом і належить до більшого класу хімічних сполук, відомих як терпени (як тетратерпеноїди), які складаються з п'яти попередників вуглецю, ізопентенілдифосфату та диметилалілдифосфату. Астаксантин класифікується як тип каротиноїдних сполук з кисневмісними компонентами, а саме гідроксилом (-OH) або кетоном (C=O), такими як зеаксантин і кантаксантин. Астаксантин є метаболітом зеаксантину та/або кантаксантину, що містить як гідроксильні, так і кетонові функціональні групи. Як і багато каротиноїдів, астаксантин є жиророзчинним пігментом і відрізняється червоним кольором. Каротиноїди, в тому числі астаксантин, добре відомі своєю антиоксидантною здатністю.
Астаксантин є червоним пігментом і природним чином походить з мікроводоростей дощової води (Haematococcus pluvialis) і дріжджів під назвою Xanthophyllomyces dendrorhous (також відомих як Phaffia rhodozyma). Водорості зазнають стресу через один або комбінацію умов, починаючи від нестачі поживних речовин, підвищеної солоності та надмірного сонячного світла до створення астаксантину. Види, які споживають ці прісноводні мікроводорості, що зазнали стресу, такі як лосось, червона форель, червоний морський лящ, фламінго, ракоподібні (наприклад, креветки, криль, краби, омари, раки), відображають пігментацію червоно-помаранчевих відтінків у своєму зовнішньому вигляді.
Як добавку астаксантин призначають через його оздоровчий та лікувальний ефект. Астаксантин є добре зарекомендував себе нутрицевтиком, який призначається для покращення здоров'я шкіри (наприклад, зменшення зморшок, пошкоджень від сонячних опіків тощо).
Крім того, астаксантин привертає все більшу увагу завдяки його використанню для лікування хвороби Альцгеймера, хвороби Паркінсона, серцево-судинних деаз, високого рівня холестерину, захворювань печінки, вікової дегенерації жовтої плями та профілактики раку.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.