Трифазне розділення, посилене ультразвуком

• Трифазне розділення (TPP) – це техніка для екстракції, розділення та очищення компонентів, наприклад, ліпідів, ферментів, полісахаридів та інших біомолекул, з біологічного матеріалу.
• Трифазне розділення, що здійснюється за допомогою ультразвуку, перевищує conventional трифазне розділення за вищою виходною кількістю, покращеною чистотою та винятковою швидкістю.
• Ультразвукове трифазне розділення застосовне для малих і великих об’ємів і може бути легко масштабоване до промислового виробництва.

Ультразвукове трифазне розділення

Трифазне розділення

Трифазне розділення (TPP) – це простий і ефективний одностадійний процес для розділення, очищення та концентрування біомолекул, таких як ферменти, ліпіди, полісахариди тощо, зі складних сумішей.
TPP виконується шляхом послідовного додавання достатньої кількості солі (зазвичай сульфату амонію) та органічного розчинника (переважно t-бутанолу/tert-бутанолу). Солі, такі як сульфат амонію, використовуються при певному насиченні для осадження білка. Органічний розчинник, такий як t-бутанол, додається для утворення трифазних шарів та видалення низькомолекулярних сполук, таких як ліпіди, феноли та деякі детергенти. Оскільки t-бутанол має високу температуру кипіння, але менш горючий, ніж етанол і метанол, t-бутанол є бажаним розчинником для TPP.
Після обробки грубого екстракту та декантації суміш розділяється на три різні фази: верхня розчинна фаза (t-бутанол) містить неполярні сполуки, які відокремлені від нижньої водної фази (що містить полярні сполуки) міжфазним білковим осадом. Бажані білки селективно розподіляються в одну фазу, а інші білки-забруднювачі – в іншу фазу. Це призводить до часткового очищення та концентрування білка. Процес екстракції є поєднанням космотропного, висолівного, ізотонічного косольвентного та осмолятичного осадження білків.

Трифазне розділення, посилене ультразвуком

Ультразвукова обробка значно інтенсифікує процес TPP. Трифазне розділення, що здійснюється за допомогою ультразвуку, успішно застосовується для розділення та очищення біомолекул. Широкий спектр біомолекул було ізольовано більш ефективно за коротший час. Наприклад, ферменти з рослин (наприклад, бромелаїн, папаїн, інвертаза, поліфенолоксидаза та інгібітори трипсину), тварин (наприклад, трипсин, α-хімотрипсин, хімозин, пепсин і люцифераза) та мікробів (наприклад, ліпаза, α-амілаза, α-галактозидаза, серратіопептидаза, циклодекстринглікозилтрансфераза та фібринолітичні ферменти) були очищені за допомогою ультразвукового TPP. Додатковою перевагою ультразвукового трифазного розділення є посилена активність різних ферментів, що призводить до apparent вищих виходів (приблизно на 100%), оскільки цільовий фермент або білок осаджується в середньому шарі між органічною та водною фазами.
Ультразвукове трифазне розділення можна ефективно використовувати з грубими зразками, і його можна легко масштабувати.

Приклади ультразвукового трифазного розділення (US-TPP)

Ультразвукове TPP для екстракції астаксантину

Для екстракції астаксантину (AX) комбінована обробка TPP та ультразвукова обробка за допомогою Hielscher sonicator UP400S є не лише простою та легко застосовною, але й дуже ефективною технікою для ізоляції AX з бактеріальної біомаси Paracoccus NBRC 101723. Експлуатаційні змінні ультразвукової обробки можна оптимізувати для отримання оптимальних результатів екстракції. Параметри ультразвукової обробки, такі як амплітуда, час, температура та посудина для екстракції (розмір, форма), а також розмір частинок біомаси, значно впливають на ультразвукове вивільнення AX з біомаси. Ультразвукова обробка вологої біомаси дає кращі результати, ніж ультразвукове TPP сухої біомаси для швидкої та ефективної екстракції AX. Ультразвукове TPP призводить до на 37% вищої рекуперації AX, ніж conventional розчинна екстракція. (cf. Chougle et al. 2013)

Ультразвукове TPP для розділення андрографоліду з Andrographis paniculata

Андрографолід – це лабдановий дитерпеноїд, який цінується за свої високі протизапальні, антиоксидантні, гепатопротекторні, антиканцерогенні та антидіабетичні ефекти. Порівняльні дослідження показують, що ультразвукове TPP не лише збільшило вихід андрографоліду, але й покращує антиоксидантну активність порівняно з conventional TPP.

Високоефективні соникатори для трифазного розділення

Hielscher Ultrasonics спеціалізується на розробці та виробництві високоефективних ультразвукових систем для екстракції, а також багатьох інших процесів.
Наш асортимент продукції охоплює малі, потужні лабораторні соникатори, міцні настільні гомогенізатори та промислові високоефективні ультразвукові системи. Різноманітні аксесуари дозволяють ідеально адаптувати ультразвукову систему до ваших специфічних вимог процесу. Усі соникатори Hielscher розроблені для роботи 24/7 під повним навантаженням.
Наш багаторічний досвід в ультразвуковій обробці дозволяє нам консультувати наших клієнтів від їхніх перших тестів з ультразвуком через етапи оптимізації процесу та впровадження на промисловому масштабі.
Будь ласка, скористайтеся формою нижче, щоб розповісти нам про ваш процес! Ми раді рекомендувати та обговорити можливості та переваги ультразвукової обробки для вашого застосування.

Література/Посилання

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound assisted three phase partitioning (UATPP): A novel technique developed for extraction of astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Annual Conference University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Phase partitioning for enzyme separation: An overview and recent applications. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Посилена екстракція олеорезину з порошку кореневища імбиру (Zingiber officinale) за допомогою ферментного трифазного розділення. Харчова хімія 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultrasound synergized with three-phase partitioning for extraction and separation of Corbicula fluminea polysaccharides and possible relevant mechanisms. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.