Ha mai usato un omogeneizzatore ad ultrasuoni per le alghe?

Hai mai usato un omogeneizzatore a ultrasuoni per le alghe?

Introduzione alla tecnologia di estrazione a ultrasuoni delle alghe

I. Introduzione

Le alghe, preziose risorse donate all'umanità dall'oceano, sono ricche di una varietà di ingredienti bioattivi, come polisaccaridi, proteine, acidi grassi, alcaloidi, polifenoli e pigmenti. Questi ingredienti hanno mostrato un grande potenziale applicativo in molti campi come la medicina, l'alimentazione, la cosmetica e la protezione ambientale. Ad esempio, i polisaccaridi solfati di alghe possono essere utilizzati in medicina, alimenti salutari e additivi per mangimi antivirali, il che è di grande importanza per proteggere la salute delle persone e promuovere la sicurezza dell'allevamento del bestiame e del pollame. Tuttavia, come estrarre questi ingredienti bioattivi in modo efficiente ed ecologico è sempre stato al centro dell'attenzione dei ricercatori scientifici e delle industrie correlate. I metodi di estrazione tradizionali, come l'estrazione con solventi e l'estrazione acido-base, presentano problemi come la bassa efficienza di estrazione, i tempi lunghi, l'elevato consumo energetico e i grandi danni agli ingredienti attivi. Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, la tecnologia di estrazione assistita da ultrasuoni è emersa e si è gradualmente affermata nel campo dell'estrazione di ingredienti attivi dalle alghe.

II. Principio dell'estrazione assistita da ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono onde sonore con una frequenza superiore a 20 kHz. Quando agiscono su un mezzo liquido, producono una serie di effetti fisici unici, che sono la chiave per ottenere un'efficiente estrazione delle alghe.

1. Effetto cavitazione: quando le onde ultrasoniche si propagano in un liquido, formano cambiamenti di pressione periodici. Nella fase di pressione negativa, minuscole bolle (nuclei di cavitazione) nel liquido si espanderanno rapidamente; nella fase di pressione positiva, le bolle collasseranno bruscamente. Questo collasso istantaneo delle bolle genererà temperature estremamente elevate (fino a 5000 K) e pressioni (oltre 100 MPa), formando forti onde d'urto e microgetti. Queste condizioni estreme possono distruggere efficacemente la parete cellulare e la struttura della membrana cellulare delle alghe, rendendo più facile il rilascio dei componenti biologicamente attivi nelle cellule nel solvente di estrazione. Ad esempio, quando si estraggono polisaccaridi dalle alghe, la forza d'impatto generata dall'effetto di cavitazione può rompere i vincoli della parete cellulare e consentire ai polisaccaridi di dissolversi rapidamente.

2. Effetto vibrazione meccanica: la vibrazione ad alta frequenza delle onde ultrasoniche può causare forti vibrazioni meccaniche del mezzo liquido e delle particelle di alghe. Questa vibrazione accelera il movimento relativo tra il solvente di estrazione e le particelle di alghe, aumenta la velocità di penetrazione del solvente nelle alghe e quindi favorisce la diffusione degli ingredienti attivi dalle alghe nel solvente. Prendendo come esempio l'estrazione di proteine dalle alghe, la vibrazione meccanica consente al solvente attorno alla proteina di essere rapidamente rinnovato, accelerando la velocità di dissoluzione della proteina.

3. Effetto termico: durante la propagazione degli ultrasuoni, parte dell'energia verrà assorbita dal mezzo e convertita in energia termica, con conseguente aumento della temperatura del sistema. Un aumento di temperatura appropriato può ridurre la viscosità del solvente di estrazione, aumentare il coefficiente di diffusione della molecola e migliorare ulteriormente l'efficienza di estrazione. Tuttavia, va notato che temperature eccessivamente elevate possono danneggiare alcuni componenti bioattivi sensibili al calore, quindi le condizioni ultrasoniche devono essere ragionevolmente controllate nelle applicazioni pratiche. Quando si estraggono alcuni componenti antiossidanti dalle alghe, appropriati effetti termici possono favorire la loro dissoluzione senza causare la loro ossidazione e inattivazione.

III. Vantaggi dell'estrazione assistita da ultrasuoni nell'estrazione di ingredienti attivi dalle alghe

Rispetto ai metodi di estrazione tradizionali, la tecnologia di estrazione assistita da ultrasuoni presenta molti vantaggi significativi nell'estrazione di ingredienti attivi dalle alghe.

1. Efficiente e veloce: molti studi hanno dimostrato che l'estrazione assistita da ultrasuoni può ridurre significativamente i tempi di estrazione. Ad esempio, quando si estraggono polisaccaridi solfati di alghe, viene utilizzata l'estrazione ultrasonica ciclica e il tempo di estrazione può essere ridotto da diverse ore o anche più a lungo nei metodi tradizionali a 30 minuti. Questo non solo migliora notevolmente l'efficienza di produzione, ma riduce anche la degradazione degli ingredienti attivi che può essere causata dall'estrazione a lungo termine. Quando si estrae il fucoidano dalle alghe brune, l'estrazione assistita da ultrasuoni può raggiungere un tasso di estrazione in un'unica fase di oltre il 95%, migliorando notevolmente il tasso di estrazione del componente target.

2. Risparmio energetico e protezione ambientale: durante il processo di estrazione assistita da ultrasuoni, il corrispondente consumo energetico è notevolmente ridotto a causa della riduzione dei tempi di estrazione. Allo stesso tempo, questa tecnologia può ridurre l'uso di solventi organici e, in alcuni casi, possono essere utilizzati solventi più ecologici, come i solventi eutettici profondi naturali a base acquosa. Ad esempio, quando si estraggono polifenoli dalle alghe fucoidan coltivate commercialmente, l'uso di solventi eutettici profondi naturali ricchi di acqua (WRNADES) combinato con l'estrazione assistita da ultrasuoni non solo migliora l'efficienza di estrazione, ma riduce anche i danni dei solventi organici all'ambiente e promuove lo sviluppo di processi di produzione ecologici nella bioraffineria delle alghe.

3. Migliorare la qualità del prodotto: l'effetto degli ultrasuoni è relativamente delicato e, pur estraendo efficacemente gli ingredienti bioattivi, può mantenere meglio la loro struttura e attività. Prendendo come esempio l'estrazione dei ficobilisomi, è difficile ottenere ficobilisomi ideali dalla Dracaena con metodi di frantumazione chimica e meccanica, ma è possibile ottenere ficobilisomi completi mediante trattamento ultrasonico con una frequenza di 20-50 kHz e una tensione di 60 V per 10 minuti. Quando si estraggono alcuni ingredienti medicinali dalle alghe, l'estrazione assistita da ultrasuoni può garantire l'attività degli ingredienti e migliorarne il valore medicinale.

4. Ampia gamma di applicazioni: la tecnologia di estrazione assistita da ultrasuoni è adatta per l'estrazione di vari tipi di alghe e diversi ingredienti bioattivi. Che si tratti di alghe verdi, alghe brune o alghe rosse, che si tratti di polisaccaridi, proteine, polifenoli o pigmenti, è possibile ottenere un'estrazione efficiente ottimizzando le condizioni ultrasoniche. Ad esempio, l'estrazione di β-carotene dalle alghe saline e di proteine dalla spirulina ha mostrato buoni risultati.