Khai thác bằng siêu âm là phương pháp cấp trên để phá vỡ các tế bào tảo một cách hiệu quả và nhanh chóng. Sonication có thể phát hành toàn bộ số lượng các hợp chất hoạt tính sinh học, làm cho kỹ thuật siêu âm hiệu quả cao.

Làm thế nào để trích xuất protein, lipid và phenolics từ tảo với Ultrasonics

Các loài algal và microalgal rất giàu các hợp chất hoạt tính sinh học như protein, lipid, carotenoid, sắc tố (ví dụ, phycocyanin, Astaxanthin vv), phenol và polysaccharides. Điều này làm cho họ một sử dụng rộng rãi vật liệu tự nhiên để sản xuất chất chiết ra cho thực phẩm và chế độ ăn uống bổ sung. Thường được sử dụng loài tảo để bổ sung dinh dưỡng được Động vật arthrospira Maxima và (còn gọi là Spirulina), Chlorella,, Haematococcus pluvialis, và Ulva spp.. Tảo được biết đến là một nguồn protein chất lượng cao, lipid, chuỗi dài PUFAs (tức là omega-3), polysaccharides (ví dụ alginate, carrageenan, β-glucans), vitamin, và chất chống oxy hóa.
Spirulina có sẵn rộng rãi và thường được sử dụng loại tảo, rất giàu các hợp chất hoạt tính sinh học có giá trị cao như protein (với 50 – 70% trọng lượng khô). Kể từ khi Spirulina được chấp thuận bởi FDA (thực phẩm Cục quản lý của Hoa Kỳ) như GRAS (nói chung được công nhận như Két an toàn), Spirulina và Spirulina chiết xuất có thể sử dụng trong các loại thực phẩm thương mại hóa hoặc thực phẩm bổ sung.

Ưu điểm của chiết xuất tảo siêu âm

Khai thác siêu âm vượt trội phương pháp khai thác thay thế trong các điểm đa dạng, chẳng hạn như năng suất cao, độ tin cậy, an toàn, đơn giản, và thân thiện với môi trường.

Năng suất khai thác đầy đủ

Ultrasonicators hiệu suất cao phá vỡ các tế bào tảo mở và phá vỡ chúng để các vật liệu nội bào được phát hành. Phát hành khai thác bằng siêu âm do đó phổ đầy đủ các hợp chất hoạt tính sinh học, chẳng hạn như phycobiliprotein, carotenoid và lipid và phenolics.
Phycobiliprotein có thể được phân biệt thành ba nhóm chính, là chloro-phycocyanins, allophycocyanins và phycoerythrins. C-Phycocyanin là một sắc tố màu xanh tự nhiên, được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm và dược phẩm. Khai thác siêu âm phát hành đầy đủ các protein.

Hiệu suất chiết xuất cao

Duangsee et al. (2009) thử nghiệm hai phương pháp khác nhau của khai thác (siêu âm hỗ trợ dung môi chiết xuất và khai thác bằng cách đóng băng lặp lại và rã đông) của các hợp chất hoạt tính sinh học từ Arthospira nhiên liệu và thấy rằng chiết xuất dung môi siêu âm dẫn đến một hiệu quả khai thác cao hơn (22,1%) hơn đóng băng và rã đông (15,6%). Tế bào vỡ so sánh giữa sonication và đóng băng lặp lại và rã đông cho thấy rằng sonication là hiệu quả hơn. Siêu âm cavitation phá vỡ các tế bào tảo nhanh chóng và hiệu quả mà kết quả trong một sự gián đoạn tế bào cao hơn khi so sánh với các tế bào Spirulina được điều trị bằng cách đóng băng lặp lại và tan rã.
Sonication đã hiệu quả hơn trong việc phá vỡ phong bì tế bào khi so sánh với đóng băng lặp lại và rã đông. Năng suất khai thác của phycocyanin cho thấy rằng nhiệt độ xử lý ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác.

Quy trình chiết nhanh

Hệ thống siêu âm hiệu suất cao có thể áp dụng sức mạnh siêu âm cao qua biên độ cao vào hệ thống treo tảo. Điều này làm cho việc khai thác siêu âm một phương pháp xử lý rất nhanh.

kiểm soát nhiệt độ

Ultrasonication là một kỹ thuật khai thác không nhiệt, hoàn toàn cơ khí. Nhiệt độ khai thác có thể được kiểm soát chính xác bằng cách sử dụng một cảm biến nhiệt độ pluggable, đó là dây để ultrasonicator Hielscher kỹ thuật số. Phần mềm của ultrasonicators kỹ thuật số của Hielscher cho phép để thiết lập giới hạn nhiệt độ, để các homogeniser siêu âm tạm dừng khi đạt đến giới hạn nhiệt độ. Kiểm soát nhiệt độ chính xác cho phép ngăn chặn sự suy thoái nhiệt của các vật liệu nhạy cảm với nhiệt như phycobiliprotein, vitamin, polyphenol, polysaccharides, lipid và các hợp chất hoạt tính sinh học khác.

Tương thích với các dung môi khác nhau

Ultrasonication là tương thích với hầu hết các dung môi. Khai thác bằng siêu âm kết hợp với dung môi xanh như nước hoặc ethanol tạo ra chiết xuất sạch. Các chất chiết xuất từ siêu âm có thể được tích hợp một cách an toàn vào thực phẩm kể từ khi các dung môi chiết ethanol và nước có GRAS (nói chung được công nhận như Két an toàn) tình trạng.

Reproducibility và quy trình tiêu chuẩn hóa

Ultrasonicators kỹ thuật số của Hielscher đi kèm với một phần mềm thông minh và một loạt các thiết lập xây dựng cho các thông số khai thác lý tưởng. Các giao thức phần mềm tất cả các thông số quá trình siêu âm (ví dụ: biên độ, điện lưới, Tổng công suất, nhiệt độ, áp lực, thời gian, ngày) và ghi dữ liệu sonication vào một tập tin CSV trên SD-Card tích hợp. Điều này cho phép bạn chuẩn hóa quá trình khai thác của bạn và theo dõi sonication và chất lượng đầu ra chặt chẽ. Các tính năng này giúp bạn đáp ứng các yêu cầu về quy trình stadandization cũng như thực hành sản xuất tốt (GMP), cả hai đều rất quan trọng khi các chất chiết xuất được tạo ra cho các sản phẩm bổ sung, thực phẩm hoặc dược phẩm.

Siêu âm Phycocyanin khai thác giao thức

Mazumder et al. (2017) nghiên cứu các thông số chế biến tối ưu cho việc khai thác siêu âm phycocyanin và phenol từ arthospira platensis. Năng suất tối đa của phycocyanin (29,9 mg/g) và tổng số phenol (2,4 mg/g) thu được ở nồng độ ethanol 40%, nhiệt độ khai thác 34,9 ° c bằng cách sử dụng ultrasonicator UP50H (50 Watt, 30khz) tại một biên độ của 95% cho một thời gian khai thác của 104,7 SEC.

Vernès et al. (2019) sử dụng một UIP1000hdT (1000W, 20kHz) ultrasonicator để chiết xuất protein từ Spirulina. Ultrasonicator được trang bị một sonotrode BS2d34 và một lò phản ứng dòng chảy siêu âm (xem hình dưới đây để thiết lập chính xác khai thác siêu âm với tế bào dòng chảy và máy bơm Seepex).

UIP1000hdT – Manothermosonication (MTS) thiết lập und chiết xuất protein của chúng tôi từ Spirulina ở quy mô phòng thí nghiệm
Nguồn: Vernes et al. 2019

Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện khai thác siêu âm tối ưu hóa cho năng suất protein liên quan đến nhiệt độ và áp suất hơi cao (cái gọi là manothermosonication MTS). MTS khuyến khích chuyển khối lượng và cho phép để có được 229% thêm protein (28,42 ± 1,15 g/100 g khô wt.) hơn quá trình thông thường mà không có siêu âm (8,63 ± 1,15 g/100 g trọng lượng khô).
Với 28,42 g protein thu được mỗi 100 g sinh khối khô Spirulina trong chiết xuất, tỷ lệ thu hồi protein là 50% đạt được chỉ trong 6 phút trong một quá trình sonication liên tục. Hình ảnh vi mô cho thấy cavitation âm thanh ảnh hưởng đến các sợi Spirulina bởi các cơ chế khác nhau như phân mảnh, sonoporation, detexturation. Những hiệu ứng khác nhau làm cho khai thác, phát hành và solubilization của các hợp chất hoạt tính sinh học Spirulina dễ dàng hơn và hiệu quả hơn, mà kết quả trong một năng suất protein cao chất lượng cao.
Về chất lượng của các protein giải nén ultrasonically, axit amin không bị suy thoái bởi điều trị siêu âm, nhưng chúng có mặt trong một số lượng lớn hơn trong trường hợp sonication khi so sánh với khai thác thông thường.
Khi manothermosonication và khai thác siêu âm mà không có áp suất cao và nhiệt độ được so sánh, sự khác biệt trong năng suất khai thác và hiệu quả chỉ là tối thiểu. Do đó, siêu âm một mình được coi là kỹ thuật kinh tế nhất và dễ nhất để sản xuất một chiết xuất chất lượng cao giàu protein Spirulina. Khai thác bằng siêu âm là một màu xanh lá cây, kỹ thuật khai thác thân thiện với môi trường phù hợp để chiết xuất protein từ Spirulina ở quy mô phòng thí nghiệm, có thể dễ dàng thu nhỏ để quy mô thí điểm và công nghiệp. (CF. Vernès et al. 2019)

Hiệu suất cao siêu âm Extractors

Tất cả các kết quả khai thác đạt được trên quy mô nhỏ, có thể sớm thu nhỏ đến năng lực sản xuất lớn hơn. Hielscher Ultrasonics danh mục sản phẩm lớn từ phòng thí nghiệm để hệ thống khai thác công nghiệp có ultrasonicator phù hợp nhất cho công suất quá trình dự tính của bạn. Nhân viên có kinh nghiệm lâu dài của chúng tôi sẽ giúp bạn từ các xét nghiệm khả thi và tối ưu hóa quá trình cho việc lắp đặt hệ thống siêu âm của bạn trên mức sản xuất cuối cùng.

Hielscher Ultrasonics – Thiết bị chiết xuất tinh vi

Hielscher Ultrasonics sản phẩm danh mục đầu tư bao gồm đầy đủ các hiệu suất cao vắt siêu âm từ nhỏ đến quy mô lớn. Phụ kiện bổ sung cho phép lắp ráp dễ dàng cấu hình thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho quá trình của bạn. Thiết lập siêu âm tối ưu phụ thuộc vào công suất, khối lượng, nguyên liệu thô, quy trình hàng loạt hoặc nội tuyến và dòng thời gian. Mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép 24/7 hoạt động ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi.

Chọn từ các phụ kiện khác nhau như:

• sonotrodes với kích thước khác nhau, đường kính và hình dạng
• sonotrodes cho biên độ cao 200 μm và cao hơn
• lò phản ứng tế bào dòng chảy với khối lượng khác nhau và hình học
• nhiều sừng tăng cường để nâng hoặc giảm lợi nhuận
• hoàn thành các thiết lập sonication như SonoStation, trong đó bao gồm vắt siêu âm, Bể, AGITATOR, và bơm
• cảm biến nhiệt độ pluggable
• cảm biến áp suất pluggable

Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm, được đào tạo tốt của chúng tôi sẽ tư vấn cho bạn và giới thiệu cho bạn hệ thống siêu âm phù hợp nhất cho yêu cầu quy trình khai thác của bạn!

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: