تاحالا از همگراساز فوق صوتی برای جلبک دریایی استفاده کردی؟

آیا تا به حال از هموژنایزر اولتراسونیک برای جلبک دریایی استفاده کرده اید؟

مقدمه ای بر فناوری استخراج اولتراسونیک جلبک دریایی

I. مقدمه

جلبک دریایی، به عنوان یک منبع ارزشمند که اقیانوس به بشر داده است، سرشار از انواع مواد فعال زیستی مانند پلی ساکاریدها، پروتئین ها، اسیدهای چرب، آلکالوئیدها، پلی فنول ها و رنگدانه ها است. این مواد پتانسیل کاربردی زیادی در بسیاری از زمینه ها مانند پزشکی، غذا، لوازم آرایشی و بهداشت و حفاظت از محیط زیست نشان داده اند. به عنوان مثال، پلی ساکاریدهای سولفات کتان دریایی را می توان در پزشکی، غذاهای سالم و افزودنی های خوراک ضد ویروسی استفاده کرد که از اهمیت زیادی برای محافظت از سلامت مردم و ارتقای ایمنی پرورش دام و طیور برخوردار است. با این حال، چگونگی استخراج کارآمد و سازگار با محیط زیست این مواد فعال زیستی همواره مورد توجه محققان علمی و صنایع مرتبط بوده است. روش های استخراج سنتی، مانند استخراج با حلال و استخراج اسید-باز، مشکلاتی مانند راندمان استخراج پایین، زمان طولانی، مصرف انرژی بالا و آسیب زیاد به مواد فعال دارند. با پیشرفت مستمر علم و فناوری، فناوری استخراج با کمک اولتراسونیک ظهور کرده و به تدریج در زمینه استخراج مواد فعال جلبک دریایی ظاهر شده است.

II. اصل استخراج با کمک اولتراسونیک

اولتراسوند یک موج صوتی با فرکانس بالاتر از 20 کیلوهرتز است. هنگامی که بر روی یک محیط مایع عمل می کند، یک سری اثرات فیزیکی منحصر به فرد ایجاد می کند که کلید دستیابی به استخراج کارآمد جلبک دریایی است.

1. اثر کاویتاسیون: هنگامی که امواج اولتراسونیک در مایع منتشر می شوند، تغییرات فشار دوره ای ایجاد می کنند. در مرحله فشار منفی، حباب های ریز (هسته های کاویتاسیون) در مایع به سرعت منبسط می شوند. در مرحله فشار مثبت، حباب ها به شدت فرو می ریزند. این فروپاشی آنی حباب ها دمای بسیار بالا (تا 5000 کلوین) و فشار (بیش از 100 مگاپاسکال) ایجاد می کند و امواج شوک و میکروجت های قوی ایجاد می کند. این شرایط شدید می تواند به طور موثر ساختار دیواره سلولی و غشای سلولی جلبک دریایی را از بین ببرد و باعث شود اجزای فعال زیستی در سلول ها راحت تر در حلال استخراج آزاد شوند. به عنوان مثال، هنگام استخراج پلی ساکاریدها از جلبک دریایی، نیروی ضربه ای که توسط اثر کاویتاسیون ایجاد می شود می تواند محدودیت های دیواره سلولی را بشکند و به پلی ساکاریدها اجازه می دهد تا سریعاً حل شوند.

2. اثر ارتعاش مکانیکی: ارتعاش با فرکانس بالای امواج اولتراسونیک می تواند باعث ارتعاشات مکانیکی قوی محیط مایع و ذرات جلبک دریایی شود. این ارتعاش حرکت نسبی بین حلال استخراج و ذرات جلبک دریایی را تسریع می کند، میزان نفوذ حلال به جلبک دریایی را افزایش می دهد و در نتیجه انتشار مواد فعال از جلبک دریایی به داخل حلال را تقویت می کند. به عنوان مثال، استخراج پروتئین از جلبک دریایی، ارتعاش مکانیکی به حلال اطراف پروتئین اجازه می دهد تا به سرعت تجدید شود و سرعت انحلال پروتئین را تسریع می بخشد.

3. اثر حرارتی: در طول انتشار اولتراسوند، بخشی از انرژی توسط محیط جذب شده و به انرژی حرارتی تبدیل می شود و در نتیجه دمای سیستم افزایش می یابد. افزایش دمای مناسب می تواند ویسکوزیته حلال استخراج را کاهش دهد، ضریب انتشار مولکول را افزایش دهد و بیشتر راندمان استخراج را بهبود بخشد. با این حال، باید توجه داشت که دمای بیش از حد بالا ممکن است به برخی از اجزای فعال زیستی حساس به حرارت آسیب برساند، بنابراین شرایط اولتراسونیک باید در کاربردهای عملی به طور منطقی کنترل شود. هنگام استخراج برخی از اجزای آنتی اکسیدانی از جلبک دریایی، اثرات حرارتی مناسب می تواند انحلال آنها را بدون ایجاد اکسیداسیون و غیرفعال شدن آنها تقویت کند.

III. مزایای استخراج با کمک اولتراسونیک در استخراج مواد فعال از جلبک دریایی

در مقایسه با روش های استخراج سنتی، فناوری استخراج با کمک اولتراسونیک مزایای قابل توجهی در استخراج مواد فعال از جلبک دریایی دارد.

1. کارآمد و سریع: مطالعات زیادی نشان داده اند که استخراج با کمک اولتراسونیک می تواند زمان استخراج را به طور قابل توجهی کوتاه کند. به عنوان مثال، هنگام استخراج پلی ساکاریدهای سولفات کتان دریایی، از استخراج اولتراسونیک چرخه ای استفاده می شود و زمان استخراج را می توان از چندین ساعت یا حتی بیشتر در روش های سنتی به 30 دقیقه کاهش داد. این نه تنها راندمان تولید را تا حد زیادی بهبود می بخشد، بلکه تخریب مواد فعال را که ممکن است در اثر استخراج طولانی مدت ایجاد شود، کاهش می دهد. هنگام استخراج فوکوئیدان از جلبک های قهوه ای، استخراج با کمک اولتراسونیک می تواند به میزان استخراج تک مرحله ای بیش از 95٪ دست یابد و میزان استخراج جزء هدف را تا حد زیادی بهبود بخشد.

2. صرفه جویی در انرژی و حفاظت از محیط زیست: در طول فرآیند استخراج با کمک اولتراسونیک، مصرف انرژی مربوطه به دلیل کوتاه شدن زمان استخراج تا حد زیادی کاهش می یابد. در عین حال، این فناوری می تواند استفاده از حلال های آلی را کاهش دهد و حتی در برخی موارد می توان از حلال های سازگار با محیط زیست تر، مانند حلال های عمیق اتکتیک طبیعی مبتنی بر آب استفاده کرد. به عنوان مثال، هنگام استخراج پلی فنول ها از فوکوئیدان کتان دریایی که به صورت تجاری کشت می شود، استفاده از حلال های عمیق اتکتیک طبیعی غنی از آب (WRNADES) همراه با استخراج با کمک اولتراسونیک نه تنها راندمان استخراج را بهبود می بخشد، بلکه آسیب حلال های آلی به محیط زیست را نیز کاهش می دهد و توسعه فرآیندهای تولید سازگار با محیط زیست را در پالایش زیستی جلبک دریایی ارتقا می دهد.

3. بهبود کیفیت محصول: اثر اولتراسوند نسبتاً ملایم است و در حالی که به طور موثر مواد فعال زیستی را استخراج می کند، می تواند ساختار و فعالیت آنها را بهتر حفظ کند. به عنوان مثال، استخراج فیکوبیلیسوم ها، به دست آوردن فیکوبیلیسوم های ایده آل از دراسنا با روش های خرد کردن شیمیایی و مکانیکی دشوار است، اما فیکوبیلیسوم های کامل را می توان با درمان اولتراسونیک با فرکانس 20-50 کیلوهرتز و ولتاژ 60 ولت به مدت 10 دقیقه به دست آورد. هنگام استخراج برخی از مواد دارویی از جلبک دریایی، استخراج با کمک اولتراسونیک می تواند فعالیت مواد را تضمین کرده و ارزش دارویی آنها را بهبود بخشد.

4. طیف گسترده ای از کاربردها: فناوری استخراج با کمک اولتراسونیک برای استخراج انواع مختلف جلبک دریایی و مواد فعال زیستی مختلف مناسب است. چه جلبک سبز، چه جلبک قهوه ای یا جلبک قرمز، چه پلی ساکاریدها، پروتئین ها، پلی فنول ها یا رنگدانه ها، استخراج کارآمد را می توان با بهینه سازی شرایط اولتراسونیک به دست آورد. به عنوان مثال، استخراج بتا کاروتن از جلبک نمکی و پروتئین از اسپیرولینا نتایج خوبی را نشان داده است.