Chiết xuất sắc tố tảo spirulina bằng siêu âm
Chiết xuất bằng siêu âm đã được chứng minh là có hiệu quả cao trong việc phân lập các dịch chiết vi tảo có chất lượng vượt trội. Các sắc tố của tảo spirulina như phycocyanin được biết đến như siêu thực phẩm, góp phần mang lại lợi ích sức khỏe nhờ hàm lượng cao các chất chống oxy hóa, vitamin và protein. Để sản xuất các sản phẩm bổ sung có nồng độ cao như dạng bột và viên nén, cần chiết xuất các sắc tố màu xanh lam từ tảo spirulina.
Spirulina
Arthrospira platensis (A. platensis) và Arthrospira maxima (A. maxima) được biết đến dưới tên gọi spirulina. Spirulina là tảo lam, giàu axit amin và chất chống oxy hóa. Với hàm lượng cao các chất dinh dưỡng như protein, enzyme, khoáng chất và các vitamin A, K, B12, sắt và mangan, chúng được xếp vào nhóm siêu thực phẩm. Chi tảo Arthrospira có hàm lượng protein đặc biệt cao. Hàm lượng protein của chúng dao động từ 53 đến 68% khối lượng khô và cung cấp đầy đủ tất cả các axit amin thiết yếu. Ngoài ra, Arthrospira chứa nhiều axit béo không bão hòa đa (PUFAs), chiếm khoảng 1,5 đến 2% tổng hàm lượng lipid là 5 đến 6%. Các PUFA này bao gồm axit γ-linolenic (GLA), một axit béo Omega-6 thiết yếu. Các hợp chất có hoạt tính sinh học khác của Arthrospira bao gồm vitamin, khoáng chất cũng như sắc tố quang hợp.
Lưu ý: Về mặt khoa học, tên gọi chính xác của Spirulina platensis (S. platensis) và Spirulina maxima (S. maxima) lần lượt là Arthrospira platensis (A. platensis) và Arthrospira maxima (A. maxima). Cả hai loài từng được xếp vào chi Spirulina và cho đến nay vẫn thường được gọi bằng tên spirulina. Mặc dù việc phân chia thành hai chi riêng biệt Arthrospira và Spirulina hiện được chấp nhận rộng rãi, thuật ngữ spirulina vẫn thường được dùng làm tên gọi chung.
Chiết xuất tảo spirulina bằng siêu âm
Thiết bị phá vỡ tế bào bằng siêu âm (còn được gọi là thiết bị chiết xuất siêu âm) được biết đến rộng rãi nhờ khả năng phá mở tế bào để giải phóng vật chất nội bào. Khi sóng siêu âm cường độ cao được truyền vào chất lỏng, hiện tượng xâm thực âm xảy ra. Các lực xâm thực phá vỡ thành tế bào và tăng cường truyền khối, nhờ đó các hợp chất có hoạt tính sinh học mục tiêu được chuyển từ tế bào vào chất lỏng.
Chiết xuất từ tế bào bằng siêu âm: lát cắt ngang (TS) quan sát dưới kính hiển vi cho thấy cơ chế tác động trong quá trình chiết xuất từ tế bào bằng siêu âm (độ phóng đại 2000x) [nguồn: Vilkhu và cộng sự 2011]
Ưu điểm của chiết xuất bằng siêu âm
- Hiệu suất thu hồi cao
- Chất lượng dịch chiết vượt trội
- Chiết xuất nhanh
- Quy trình nhẹ nhàng, không sử dụng nhiệt
- Nhiều loại dung môi
- An toàn
- Dễ vận hành
- Mở rộng quy mô tuyến tính
- Ít cần bảo trì
- Thu hồi vốn đầu tư nhanh
Quy trình chiết xuất
Prabuthas và cộng sự (2011) đã xây dựng quy trình chiết xuất sau đây nhằm thu được dịch chiết phycocyanin chất lượng cao: Quá trình chiết xuất phycocyanin được đánh giá dựa trên nồng độ phycocyanin khi sử dụng nước cất và dung dịch CaCl2 1%. Tảo biển spirulina được sử dụng ở dạng khô vì sinh khối ướt bị vi khuẩn sử dụng ngay và bắt đầu phân hủy do thành phần dinh dưỡng của nó. Vì vậy, để tránh những vấn đề này, nên sử dụng sinh khối tảo khô. Quá trình chiết xuất được thực hiện bằng cách trộn 0,1g sinh khối khô với dung môi, sau đó xử lý siêu âm với thời gian và biên độ theo thiết kế thí nghiệm. Các huyền phù mẫu được xử lý bằng thiết bị phá vỡ tế bào siêu âm UP50H của Hielscher, sau đó ly tâm trong 15 min ở 13.500rpm bằng máy ly tâm lạnh. Hàm lượng phycocyanin và protein trong quá trình chiết xuất bằng các dung môi khác nhau là canxi clorua và nước cất đã được khảo sát.
Nồng độ phycocyanin cao nhất, 0,3116mg/ml, thu được trong dung dịch canxi clorua, tiếp theo là 0,299mg/ml trong nước cất. Hàm lượng protein cao nhất, 63,63%, thu được khi dùng dung môi nước cất và đạt 54,69% trong dung dịch canxi clorua. Do đó, dung dịch CaCl2 được xác định là dung môi tốt nhất để chiết xuất phycocyanin có hỗ trợ siêu âm.
Thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu năng cao để chiết xuất tảo spirulina
Hielscher là đối tác có kinh nghiệm lâu năm của bạn trong lĩnh vực chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học từ sinh khối thực vật bằng siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy. Tất cả các thiết bị chiết xuất siêu âm đều có thể vận hành 24/7 và phù hợp để sản xuất thương mại các dịch chiết dùng trong thực phẩm bổ sung. Danh mục sản phẩm của chúng tôi bao quát đầy đủ từ các thiết bị phá vỡ vật liệu sinh học cầm tay cỡ nhỏ đến thiết bị siêu âm quy mô thí điểm và hệ thống siêu âm công nghiệp. Nhiều phụ kiện như các loại đầu dò siêu âm và buồng phản ứng dòng chảy cho phép điều chỉnh tối ưu theo yêu cầu quy trình của bạn. Tất cả các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher đều bền chắc, dễ vận hành và được thiết kế thân thiện với người dùng. Các thiết bị siêu âm điều khiển kỹ thuật số của chúng tôi được trang bị thẻ SD tích hợp để tự động ghi lại dữ liệu xử lý siêu âm.
Bảng dưới đây cung cấp thông tin tham khảo về năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
- Kinh nghiệm lâu năm trong xử lý siêu âm
- Chất lượng cao
- Độ bền chắc
- Vận hành 24/7
- Có bảo vệ chống chạy khô
- Khả năng mở rộng quy mô tuyến tính
- Dịch vụ khách hàng xuất sắc
- Ít cần bảo trì
- Dịch vụ đào tạo và lắp đặt
- Trung tâm kỹ thuật
- Phát triển quy trình
- Thiết bị siêu âm tùy chỉnh theo yêu cầu
Đội ngũ nhân viên được đào tạo bài bản của chúng tôi đảm bảo dịch vụ khách hàng chất lượng cao và tư vấn chuyên nghiệp.
Hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay! Chúng tôi hân hạnh đề xuất thiết bị chiết xuất siêu âm phù hợp nhất cho ứng dụng của bạn.
Thiết bị chiết xuất siêu âm công suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu/Tài liệu tham khảo
- 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.
Những thông tin đáng biết
Spirulina
Spirulina là một loại vi khuẩn lam (còn được gọi là cyanophyta), thuộc một ngành vi khuẩn thu nhận năng lượng thông qua quang hợp. Chúng là những sinh vật nhân sơ quang hợp duy nhất có khả năng tạo ra oxy. Tên gọi cyanobacteria bắt nguồn từ màu sắc của vi khuẩn (tiếng Hy Lạp: κυανός, phiên tự kyanós, nghĩa đen là màu xanh lam). Do màu sắc của mình, chúng còn được gọi là tảo lam, mặc dù trong cách dùng hiện đại, thuật ngữ tảo chỉ giới hạn ở sinh vật nhân thực. Spirulina platensis (S. platensis) là một loài vi khuẩn lam nhân sơ đa sợi, có thể dễ dàng được nuôi đơn loài trong ao hở hoặc thiết bị phản ứng sinh học kín. C-phycocyanin (C-PC) là phycobiliprotein chủ yếu trong spirulina.
Dịch chiết tảo spirulina
Spirulina là một loại thực phẩm bổ sung phổ biến có nguồn gốc từ sinh khối vi khuẩn lam biển (tảo lam). Hai loài spirulina được sử dụng để sản xuất các sản phẩm bổ sung protein thuần chay và sắc tố là Arthrospira platensis và Arthrospira maxima. Dịch chiết được giải phóng từ các vi tảo này rất giàu chất chống oxy hóa, axit amin và vitamin. Vì vậy, bột chiết xuất màu xanh lam được bổ sung vào nước ép, sinh tố, đồ uống dạng lắc và các loại đồ uống, tạo cho chúng màu xanh lam đậm đẹp mắt. Ngoài ra, chiết xuất tảo spirulina có thể được sử dụng ở dạng viên nén.
Phycocyanin, allophycocyanin và phycoerythrin là các phức hợp sắc tố–protein thuộc họ phycobiliprotein thu nhận ánh sáng, được biết đến với màu xanh lam nhạt rực rỡ. Phycocyanin là sắc tố phụ trợ cho diệp lục. Vì tất cả các phycobiliprotein đều tan trong nước nên chúng không nằm bên trong màng; thay vào đó, các phycobiliprotein gắn với màng tế bào dưới dạng các tập hợp (gọi là phycobilisome).
Chiết xuất và phá vỡ tế bào bằng siêu âm
Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) được sử dụng để giải phóng và phân lập các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật cũng như mô.
Trong các quy trình chiết xuất bằng siêu âm, sóng siêu âm cường độ cao được truyền vào môi trường, nơi các sóng tạo ra các pha nén và giãn luân phiên. Trong các chu kỳ nén / giãn, các bong bóng chân không được hình thành và lớn dần qua nhiều chu kỳ cho đến khi không thể hấp thụ thêm năng lượng, khiến chúng sụp đổ dữ dội. Sự sụp đổ của bong bóng tạo ra trạng thái năng lượng cao với nhiệt độ cục bộ lên đến 5000K, chênh lệch áp suất 1000atm, tốc độ gia nhiệt và làm nguội trên 1010 K/s, cũng như các tia chất lỏng có vận tốc 280m/s. Hiện tượng này được gọi là xâm thực âm.
Chiết xuất bằng siêu âm dựa trên hiện tượng xâm thực âm và các lực cắt thủy động lực học do hiện tượng này tạo ra