Ультразвукова екстракція пігментів спіруліни
Ультразвукова екстракція довела свою високу ефективність для ізоляції екстрактів мікроводоростей вищої якості. Пігменти спіруліни, такі як фікоціанін, відомі як суперфуд, які сприяють користі для здоров’я завдяки високому вмісту антиоксидантів, вітамінів і білків. Для виробництва висококонцентрованих добавок, таких як порошки та таблетки, сині пігменти повинні бути екстраговані з водоростей спіруліни.
Спіруліна
Arthrospira platensis (A. platensis) та Arthrospira maxima (A. maxima) відомі під терміном спіруліна. Спіруліна – це синьо-зелені водорості, багаті на амінокислоти та антиоксиданти. Завдяки високому вмісту поживних речовин, таких як білки, ферменти, мінерали та вітаміни A, K, B12, залізо і марганець, вони класифікуються як суперфуд. Рід водоростей Arthrospira має особливо високий вміст білків. Його вміст білка коливається від 53 до 68% за сухою масою і пропонує повний спектр усіх незамінних амінокислот. Крім того, Arthrospira містить велику кількість поліненасичених жирних кислот (ПНЖК), що становить приблизно 1,5 до 2% від загального вмісту ліпідів у 5 до 6%. Ці ПНЖК містять γ-ліноленову кислоту (GLA), незамінну омега-6 жирну кислоту. Інші біоактивні сполуки Arthrospira включають вітаміни, мінерали, а також фотосинтетичні пігменти.
Примітка: Науково Spirulina platensis (S. platensis) та Spirulina maxima (S. maxima) правильно називаються Arthrospira platensis (A. platensis) та Arthrospira maxima (A. maxima). Обидва види колись класифікувалися в роді Spirulina і досі відомі в розмовній мові під назвою спіруліна. Хоча виділення двох окремих родів Arthrospira та Spirulina зараз загальноприйняте, термін спіруліна часто використовується як загальний термін.
Ультразвукова екстракція спіруліни
Ультразвукові руйнівники клітин (також відомі як ультразвукові екстрактори) добре відомі своєю здатністю відкривати клітини для вивільнення внутрішньоклітинного матеріалу. Коли інтенсивні ультразвукові хвилі вводяться в рідини, виникає явище акустичної кавітації. Кавітаційні сили руйнують клітинні стінки та посилюють масоперенос, так що цільові біоактивні сполуки транспортуються з клітини в рідину.
Ультразвукова екстракція з клітин: мікроскопічний поперечний зріз (TS) показує механізм дії під час ультразвукової екстракції з клітин (збільшення 2000x) [джерело: Vilkhu et al. 2011]
Переваги ультразвукової екстракції
- Високий вихід
- Вища якість екстракту
- Швидка екстракція
- М’який, нетермічний процес
- Різноманітні розчинники
- Безпечний
- Легкий в експлуатації
- Лінійне масштабування
- Низьке обслуговування
- Швидкий RoI
Протокол екстракції
Prabuthas et al. (2011) розробили наступний протокол екстракції для отримання екстракту фікоціаніну високої якості: Екстракцію фікоціаніну оцінювали за концентрацією фікоціаніну, використовуючи дистильовану воду та 1% розчин CaCl2. Морські водорості спіруліна використовуються у сухому вигляді, оскільки волога біомаса негайно використовується бактеріями і починає деградувати через свій поживний склад. Тому, щоб уникнути цих проблем, рекомендується використання сухої біомаси водоростей. Екстракцію проводили шляхом змішування 0,1g сухої біомаси з кількістю розчинника, ультразвукову обробку виконували за часом та амплітудою відповідно до експериментального плану. Зразки суспензій обробляли ультразвуком за допомогою ультразвукового руйнівника клітин Hielscher UP50H, після чого центрифугували протягом 15 хв при 13 500rpm за допомогою холодильної центрифуги. Вміст фікоціаніну та білка під час екстракції різними розчинниками – кальцію хлоридом та дистильованою водою – досліджували.
Максимальну кількість фікоціаніну, 0,3116mg/ml, отримали в розчині кальцію хлориду, за нею йде 0,299mg/ml у дистильованій воді. Максимальну кількість білка, 63,63%, отримали у розчиннику дистильованій воді та 54,69% у розчині кальцію хлориду. Таким чином, розчин CaCl2 виявився найкращим розчинником для екстракції фікоціаніну за допомогою ультразвуку.
Високопродуктивні ультразвукові екстрактори для екстракції спіруліни
Hielscher – ваш досвідчений партнер на довгостроковій основі, коли йдеться про потужну, надійну ультразвукову екстракцію біоактивних речовин з рослинної та фіто біомаси. Усі ультразвукові екстрактори можуть працювати 24/7 і підходять для комерційного виробництва дієтичних екстрактів. Наш асортимент продукції охоплює повний спектр від менших ручних біодеструкторів до пілотних ультразвукових апаратів та промислових ультразвукових систем. Різноманітні аксесуари, такі як різні сонотроди та проточні реактори, дозволяють оптимально адаптуватися до вимог вашого процесу. Усі ультразвукові процесори Hielscher є надійними, простими в експлуатації та розробленими для зручності користувача. Наші ультразвукові апарати з цифровим керуванням мають вбудовану SD-карту для автоматичного протоколювання даних ультразвукової обробки.
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність наших ультразвукових апаратів:
| Об’єм партії | Об’ємна витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 1 to 500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10 to 2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 to 20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 to 100L | 2 to 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | більше | кластер UIP16000 |
- Довгостроковий досвід у ультразвуковій обробці
- Висока якість
- Надійність
- Робота 24/7
- Захист від сухої роботи
- Лінійна масштабованість
- Відмінне обслуговування клієнтів
- Низьке обслуговування
- Сервіс навчання та встановлення
- Технічний центр
- Розробка процесу
- Індивідуальне ультразвукове обладнання
Наші добре підготовлені співробітники забезпечують високий рівень обслуговування клієнтів та професійне консультування.
Зв’яжіться з нами сьогодні! Ми будемо раді порекомендувати вам найбільш підходящий ультразвуковий екстрактор для вашого застосування.
Потужні ультразвукові екстрактори від лабораторного до пілотного та промислового масштабу.
Література/Посилання
- 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.
Факти, які варто знати
Спіруліна
Спіруліна – це вид ціанобактерій (також відомих як ціанофіти), які є типом бактерій, що отримують енергію через фотосинтез. Вони є єдиними фотосинтезуючими прокаріотами, здатними виробляти кисень. Назва ціанобактерії походить від кольору бактерій (грецькою: κυανός, трансліт. kyanós, букв. синій). Через свій колір їх також називають синьо-зеленими водоростями, хоча термін водорості в сучасному вживанні обмежений еукаріотами. Spirulina platensis (S. platensis) – це багатофіламентозна прокаріотична ціанобактерія, яку можна легко вирощувати як монокультуру у відкритих ставках або закритих біореакторах. C-фікоціанін (C-PC) є основним фікобіліпротеїном у спіруліні.
Екстракти спіруліни
Спіруліна – це популярна дієтична добавка, отримана з біомаси морських ціанобактерій (синьо-зелених водоростей). Два види спіруліни, що використовуються для приготування веганських білкових та пігментних добавок, – це Arthrospira platensis та Arthrospira maxima. Екстракт, вивільнений з цих мікроводоростей, багатий на антиоксиданти, амінокислоти та вітаміни. Тому синій порошок екстракту додають до соків, смузі, шейків та напоїв, надаючи їм красивий інтенсивний синій колір. Альтернативно, екстракт спіруліни можна вживати у формі таблеток.
Фікоціанін, алофікоціанін та фікоеритрин – це пігментно-білкові комплекси з родини фікобіліпротеїнів, що збирають світло, відомі своїм інтенсивним світло-синім кольором. Фікоціанін є додатковим пігментом до хлорофілу. Оскільки всі фікобіліпротеїни розчинні у воді, вони не присутні всередині мембрани, натомість фікобіліпротеїни зв’язані у вигляді агрегатів (так званих фікобілісом) з клітинною мембраною.
Ультразвукова екстракція та руйнування клітин
Ультразвукова екстракція (UAE) використовується для вивільнення та ізоляції біоактивних сполук з фітоматеріалу, а також тканин.
Для процесів ультразвукової екстракції інтенсивні ультразвукові хвилі вводяться в середовище, де хвилі генерують чергування стиснення та розширення. Під час циклів стиснення/розширення створюються вакуумні бульбашки, які зростають протягом кількох циклів, поки вони не можуть поглинати більше енергії, так що вони різко імлодують. Імлозія бульбашок створює високоенергетичний стан з локально виникаючими температурами до 5000K, різницею тисків 1000atm, швидкостями нагрівання та охолодження понад 1010 K/s, а також рідкісними струменями зі швидкістю 280m/s. Це явище відоме як акустична кавітація.
Ультразвукова екстракція базується на акустичній кавітації та її гідродинамічних зсувних силах