Phân bố ba pha được tăng cường bằng siêu âm

• Phân bố ba pha (TPP) là kỹ thuật chiết xuất, phân tách và tinh sạch các thành phần, ví dụ như lipid, enzyme, polysaccharide và các phân tử sinh học khác, từ vật liệu sinh học.
• Phân bố ba pha có hỗ trợ siêu âm vượt trội so với phân bố ba pha thông thường nhờ hiệu suất thu hồi cao hơn, độ tinh sạch được cải thiện và tốc độ vượt trội.
• Phân bố ba pha bằng siêu âm có thể áp dụng cho cả thể tích nhỏ và lớn, đồng thời có thể dễ dàng mở rộng quy mô lên sản xuất công nghiệp.

Phân bố ba pha bằng siêu âm

Phân bố ba pha

Phân bố ba pha (TPP) là quy trình một bước đơn giản và hiệu quả để phân tách, tinh sạch và cô đặc các phân tử sinh học như enzyme, lipid, polysaccharide, v.v. từ các hỗn hợp phức tạp.
TPP được thực hiện bằng cách lần lượt bổ sung một lượng muối vừa đủ (thường là amoni sulfat) và một dung môi hữu cơ (chủ yếu là t-butanol/tert-butanol). Các muối như amoni sulfat được sử dụng ở một mức bão hòa nhất định để kết tủa protein. Một dung môi hữu cơ như t-butanol được bổ sung để tạo thành ba lớp pha và loại bỏ các hợp chất có khối lượng phân tử thấp như lipid, các hợp chất phenol và một số chất tẩy rửa. Vì t-butanol có điểm sôi cao nhưng ít dễ cháy hơn ethanol và methanol, t-butanol là dung môi được ưu tiên sử dụng cho TPP.
Sau khi xử lý dịch chiết thô và gạn, hỗn hợp tách thành ba pha riêng biệt: pha dung môi phía trên (t-butanol) chứa các hợp chất không phân cực, được ngăn cách với pha nước phía dưới (chứa các hợp chất phân cực) bởi một lớp protein kết tủa tại bề mặt phân cách. Các protein mong muốn được phân bố chọn lọc vào một pha, còn các protein tạp khác vào pha kia. Điều này giúp tinh sạch một phần và cô đặc protein. Quá trình chiết xuất kết hợp các cơ chế kết tủa protein do tác động tăng cấu trúc nước, tách muối, đồng dung môi đẳng trương và tác động thẩm thấu.

Phân bố ba pha được tăng cường bằng siêu âm

Xử lý siêu âm tăng cường đáng kể quá trình TPP. Phân bố ba pha có hỗ trợ siêu âm được ứng dụng thành công để phân tách và tinh sạch các phân tử sinh học. Nhiều loại phân tử sinh học đã được phân lập hiệu quả hơn trong thời gian ngắn hơn. Ví dụ, các enzyme từ thực vật (như bromelain, papain, invertase, polyphenol oxidase và các chất ức chế trypsin), động vật (như trypsin, α-chymotrypsin, chymosin, pepsin và luciferase) và vi sinh vật (như lipase, α-amylase, α-galactosidase, serratiopeptidase, cyclodextrin glycosyltransferase và các enzyme phân giải fibrin) đã được tinh sạch bằng TPP siêu âm. Một lợi ích bổ sung của phân bố ba pha bằng siêu âm là tăng hoạt tính của nhiều enzyme khác nhau, dẫn đến hiệu suất thu hồi biểu kiến cao hơn (tăng khoảng 100%) vì enzyme hoặc protein mục tiêu kết tủa ở lớp giữa pha hữu cơ và pha nước.
Phân bố ba pha bằng siêu âm có thể được sử dụng hiệu quả với các mẫu thô và có thể dễ dàng mở rộng quy mô.

Ví dụ về phân bố ba pha bằng siêu âm (US-TPP)

TPP siêu âm để chiết xuất astaxanthin

Để chiết xuất astaxanthin (AX), phương pháp xử lý kết hợp TPP và siêu âm bằng máy siêu âm Hielscher UP400S không chỉ đơn giản, dễ áp dụng mà còn là kỹ thuật rất hiệu quả để phân lập AX từ sinh khối vi khuẩn Paracoccus NBRC 101723. Các biến số vận hành của quá trình xử lý siêu âm có thể được tối ưu hóa để đạt kết quả chiết xuất tối ưu. Các thông số xử lý siêu âm như biên độ, thời gian, nhiệt độ và bình chiết (kích thước, hình dạng), cũng như kích thước hạt sinh khối, ảnh hưởng đáng kể đến việc giải phóng AX khỏi sinh khối bằng siêu âm. Xử lý siêu âm sinh khối ướt cho kết quả tốt hơn so với TPP siêu âm sinh khối khô trong việc chiết xuất AX nhanh chóng và hiệu quả. TPP siêu âm cho hiệu suất thu hồi AX cao hơn 37% so với chiết xuất bằng dung môi thông thường. (xem Chougle và cộng sự, 2013)

TPP siêu âm để phân tách andrographolide từ Andrographis paniculata

Andrographolide là một diterpenoid thuộc nhóm labdane, được đánh giá cao nhờ tác dụng chống viêm, chống oxy hóa, bảo vệ gan, chống ung thư và chống đái tháo đường mạnh. Các nghiên cứu so sánh cho thấy TPP siêu âm không chỉ làm tăng hiệu suất thu hồi andrographolide mà còn cải thiện hoạt tính chống oxy hóa so với TPP thông thường.

Máy siêu âm hiệu năng cao cho phân bố ba pha

Hielscher Ultrasonics chuyên thiết kế và sản xuất các hệ thống siêu âm công suất cao phục vụ chiết xuất cũng như nhiều quy trình khác.
Danh mục sản phẩm của chúng tôi bao gồm máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn, mạnh mẽ, máy đồng hóa để bàn bền chắc và hệ thống siêu âm công nghiệp hiệu năng cao. Các phụ kiện đa dạng cho phép điều chỉnh hệ thống siêu âm phù hợp tối ưu với các yêu cầu quy trình cụ thể của bạn. Tất cả máy siêu âm Hielscher đều được chế tạo để vận hành 24/7 ở mức tải tối đa.
Kinh nghiệm lâu năm trong xử lý siêu âm cho phép chúng tôi tư vấn cho khách hàng từ những thử nghiệm siêu âm đầu tiên, qua các bước tối ưu hóa quy trình đến triển khai ở quy mô công nghiệp.
Vui lòng sử dụng biểu mẫu bên dưới để cho chúng tôi biết về quy trình của bạn! Chúng tôi sẵn lòng đưa ra khuyến nghị và trao đổi về các cơ hội cũng như lợi ích của xử lý siêu âm đối với ứng dụng của bạn.

Tài liệu/Tài liệu tham khảo

• Chougle, J.A: và cộng sự (2013): Phân bố ba pha có hỗ trợ siêu âm (UATPP): Một kỹ thuật mới được phát triển để chiết xuất astaxanthin từ Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Hội nghị thường niên tại Đại học Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
• Ketnawa, S. và cộng sự (2017): Phân bố pha để phân tách enzyme: Tổng quan và các ứng dụng gần đây. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1-24.
• Varakumar, S. và cộng sự (2017): Tăng cường chiết xuất nhựa dầu từ bột thân rễ gừng (Zingiber officinale) bằng phân bố ba pha có hỗ trợ enzyme. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. và cộng sự (2018): Kết hợp hiệp đồng siêu âm với phân bố ba pha để chiết xuất và phân tách polysaccharide từ Corbicula fluminea cùng các cơ chế liên quan có thể có. Ultrasonics Sonochemistry Tập 40, Phần A, 2018. 128-134.