Chiết xuất tảo siêu âm để bổ sung dinh dưỡng

Chiết xuất siêu âm là phương pháp vượt trội để phá vỡ các tế bào tảo một cách hiệu quả và nhanh chóng. Siêu âm có thể giải phóng toàn bộ lượng các hợp chất hoạt tính sinh học, làm cho kỹ thuật siêu âm có hiệu quả cao.

Cách chiết xuất protein, lipid và phenolic từ tảo bằng siêu âm

Các loài tảo và vi tảo rất giàu các hợp chất hoạt tính sinh học như protein, lipid, carotenoid, sắc tố (ví dụ: phycocyanin, astaxanthin, v.v.), phenolic và polysaccharid (ví dụ: carrageenan). Điều này làm cho chúng trở thành một vật liệu tự nhiên được sử dụng rộng rãi để sản xuất chiết xuất cho thực phẩm và thực phẩm chức năng. Các loài tảo thường được sử dụng để bổ sung dinh dưỡng là Arthrospira maxima và (còn được gọi là tảo xoắn), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis và Ulva spp. Tảo được biết đến là một nguồn cung cấp protein chất lượng cao, lipid, PUFA chuỗi dài (tức là omega-3), polysaccharid (ví dụ: alginate, carrageenan, β-glucan), vitamin và chất chống oxy hóa.
Spirulina là một loại tảo thường được sử dụng, 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 (Cục Quản lý Dược phẩm Thực phẩm Hoa Kỳ) là GRAS (Thường được công nhận là an toàn), chiết xuất tảo xoắn và spirulina có thể được sử dụng trong thực phẩm thương mại hóa hoặc làm thực phẩm bổ sung.

Ưu điểm của chiết xuất tảo siêu âm

Chiết xuất siêu âm vượt trội hơn các phương pháp chiết xuất thay thế ở 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 chiết xuất đầy đủ

Máy siêu âm hiệu suất cao phá vỡ các tế bào tảo và phá vỡ chúng để vật liệu nội bào được giải phóng. Chiết xuất siêu âm do đó giải phóng toàn bộ các hợp chất hoạt tính sinh học, chẳng hạn như phycobiliprotein, carotenoid và lipid và phenolic.
Phycobiliprotein có thể được biệt hóa thành ba nhóm chính, đó 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. Chiết xuất siêu âm giải phóng toàn bộ phổ protein.

Hiệu quả chiết xuất cao

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

Quá trình chiết xuất nhanh chóng

Hệ thống siêu âm hiệu suất cao có thể áp dụng công suất siêu âm cao thông qua biên độ cao vào huyền phù tảo. Điều này làm cho chiết xuất siêu âm trở thành một phương pháp xử lý rất nhanh.

Kiểm soát nhiệt độ

Siêu âm là một kỹ thuật chiết xuất cơ học hoàn toàn, không nhiệt. Nhiệt độ chiết xuất có thể được kiểm soát chính xác bằng cách sử dụng cảm biến nhiệt độ có thể cắm được, được nối với máy siêu âm Hielscher kỹ thuật số. Phần mềm của máy siêu âm kỹ thuật số của Hielscher cho phép thiết lập giới hạn nhiệt độ, để bộ đồng nhất 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, polysaccharide, lipid và các hợp chất hoạt tính sinh học khác.

Tương thích với các dung môi khác nhau

Siêu âm tương thích với hầu hết mọi dung môi. Chiết xuất siêu âm kết hợp với dung môi xanh như nước hoặc etanol tạo ra chiết xuất sạch. Các chiết xuất siêu âm này có thể được kết hợp an toàn vào thực phẩm vì dung môi chiết xuất ethanol và nước có trạng thái GRAS (Thường được công nhận là an toàn).

Khả năng tái tạo và tiêu chuẩn hóa quy trình

Máy siêu âm kỹ thuật số của Hielscher đi kèm với một phần mềm thông minh và một loạt các cài đặt phức tạp cho các thông số chiết xuất lý tưởng. Phần mềm giao thức tất cả các thông số quy trình siêu âm (ví dụ: biên độ, công suất ròng, tổng công suất, nhiệt độ, áp suất, thời gian, ngày tháng) và ghi dữ liệu siêu âm vào tệp CSV trên thẻ SD tích hợp. Điều này cho phép bạn chuẩn hóa quy trình chiết xuất của mình và theo dõi chặt chẽ đầu ra siêu âm và chất lượng. Những tính năng này giúp bạn đáp ứng các yêu cầu về quy trình cũng như Thực hành sản xuất tốt (GMP), cả hai đều rất quan trọng khi chiết xuất được sản xuất cho thực phẩm bổ sung, thực phẩm hoặc dược phẩm.

Giao thức chiết xuất Phycocyanin siêu âm

Mazumder et al. (2017) đã điều tra các thông số xử lý tối ưu để khai thác siêu âm phycocyanin và phenolics từ Arthospira platensis. Năng suất tối đa của phycocyanin (29,9 mg / g) và tổng phenolics (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) ở biên độ 95% cho thời gian khai thác 104,7 giây.

Vernès và cộng sự (2019) đã sử dụng máy siêu âm UIP1000hdT (1000W, 20kHz) để chiết xuất protein từ tảo xoắn. Máy siêu âm được trang bị một siêu âm BS2d34 và một lò phản ứng dòng siêu âm (xem hình bên dưới để biết thiết lập chiết xuất siêu âm chính xác với tế bào dòng chảy và bơm Seepex).

UIP1000hdt – Thiết lập manothermosonication (MTS) và chiết xuất protein của chúng tôi từ tảo xoắn ở quy mô phòng thí nghiệm
nguồn: Vernes et al. 2019

Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện khai thác siêu âm được tối ưu hóa cho năng suất protein liên quan đến nhiệt độ và áp suất hơi cao (cái gọi là manothermosonication MTS). MTS thúc đẩy chuyển khối lượng và cho phép nhận được nhiều protein hơn 229% (28,42 ± 1,15 g / 100 g trọng lượng khô) so với quy trình thông thường mà không cần siêu âm (8,63 ± 1,15 g / 100 g trọng lượng khô).
Với 28,42 g protein thu được trên 100 g sinh khối tảo xoắn khô trong chiết xuất, tỷ lệ phục hồi protein 50% đã đạt được chỉ trong 6 phút trong một quá trình sonication liên tục. Hình ảnh hiển vi cho thấy xâm thực âm thanh ảnh hưởng đến các sợi tảo xoắn bởi các cơ chế khác nhau như phân mảnh, sonoporation, detexturation. Những tác dụng khác nhau này làm cho việc chiết xuất, giải phóng và hòa tan các hợp chất hoạt tính sinh học của tảo xoắn dễ dàng và hiệu quả hơn, dẫn đến năng suất protein cao có chất lượng cao.
Về chất lượng của các protein chiết xuất siêu âm, các axit amin không bị phân hủy bằng cách điều trị bằng siêu âm, nhưng chúng có mặt với số lượng lớn hơn trong trường hợp siêu âm khi so sánh với chiết xuất thông thường.
Khi so sánh manothermosonication và chiết xuất siêu âm mà không có áp suất và nhiệt độ cao, sự khác biệt về năng suất và hiệu quả chiết xuất chỉ là tối thiểu. Do đó, chỉ riêng siêu âm được coi là kỹ thuật tiết kiệm và dễ dàng nhất để tạo ra chiết xuất chất lượng cao giàu protein tảo xoắn. Chiết xuất siêu âm là một kỹ thuật chiết xuất xanh, thân thiện với môi trường phù hợp để chiết xuất protein từ tảo xoắn ở quy mô phòng thí nghiệm, có thể dễ dàng mở rộng quy mô thành quy mô thí điểm và công nghiệp. (xem Vernès et al. 2019)

Máy vắt siêu âm hiệu suất cao

Tất cả các kết quả khai thác đạt được ở quy mô nhỏ, có thể được mở rộng tuyến tính đến năng lực sản xuất lớn hơn. Hielscher Ultrasonics danh mục sản phẩm lớn từ phòng thí nghiệm đến hệ thống khai thác công nghiệp có ultrasonicator phù hợp nhất cho năng lực quá trình dự kiến của bạn. Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn từ các thử nghiệm khả thi và tối ưu hóa quy trình đến việc lắp đặt hệ thống siêu âm của bạn ở cấp độ sản xuất cuối cùng.

Hielscher Siêu âm – Thiết bị khai thác tinh vi

Danh mục sản phẩm Hielscher Ultrasonics bao gồm đầy đủ các loại máy vắt siêu âm hiệu suất cao từ quy mô nhỏ đến lớn. Các phụ kiện bổ sung cho phép dễ dàng lắp ráp cấu hình thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho quy 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 thời gian dự kiến. Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng và trong môi trường khắc nghiệt. Khả năng mở rộng tuyến tính của các quy trình chiết xuất siêu âm cho phép tăng sản lượng đơn giản và đáng tin cậy. Đọc thêm về việc mở rộng quy mô tuyến tính của các quy trình chiết xuất siêu âm!

Chọn từ các phụ kiện khác nhau như:

• sonotrodes với nhiều kích thước, đường kính và hình dạng khác nhau
• sonotrodes cho biên độ cao từ 200μm trở lên
• Lò phản ứng tế bào dòng chảy với nhiều thể tích và hình dạng khác nhau
• nhiều còi tăng cường để tăng hoặc giảm lợi nhuận
• thiết lập siêu âm hoàn chỉnh như SonoStation, bao gồm máy vắt siêu âm, bể chứa, máy khuấy và máy bơm
• Cảm biến nhiệt độ có thể cắm được
• Cảm biến áp suất có thể cắm được

Đội ngũ nhân viên được đào tạo bài bản, giàu kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi sẽ tư vấn cho bạn và giới thiệu cho bạn hệ thống siêu âm phù hợp nhất cho các yêu cầu quy trình chiết xuất của bạn!

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: