Você já usou um homogeneizador ultrassônico para algas marinhas?

Você já usou um homogeneizador ultrassônico para algas marinhas?

Introdução à Tecnologia de Extração Ultrassônica de Algas Marinhas

I. Introdução

Algas marinhas, como um recurso precioso dado à humanidade pelo oceano, são ricas em uma variedade de ingredientes bioativos, como polissacarídeos, proteínas, ácidos graxos, alcalóides, polifenóis e pigmentos. Esses ingredientes demonstraram grande potencial de aplicação em muitos campos, como medicina, alimentos, cosméticos e proteção ambiental. Por exemplo, polissacarídeos sulfatados de algas marinhas podem ser usados em medicamentos, alimentos saudáveis e aditivos antivirais para rações, o que é de grande importância para proteger a saúde das pessoas e promover a segurança da criação de gado e aves. No entanto, como extrair esses ingredientes bioativos de forma eficiente e ecologicamente correta sempre foi o foco de pesquisadores científicos e indústrias relacionadas. Os métodos tradicionais de extração, como extração por solvente e extração ácido-base, apresentam problemas como baixa eficiência de extração, tempo longo, alto consumo de energia e grandes danos aos ingredientes ativos. Com o contínuo avanço da ciência e tecnologia, a tecnologia de extração assistida por ultrassom surgiu e gradualmente se destacou no campo da extração de ingredientes ativos de algas marinhas.

II. Princípio da Extração Assistida por Ultrassom

O ultrassom é uma onda sonora com uma frequência superior a 20 kHz. Quando atua em um meio líquido, produzirá uma série de efeitos físicos únicos, que são a chave para alcançar uma extração eficiente de algas marinhas.

1. Efeito de cavitação: Quando as ondas ultrassônicas se propagam em um líquido, elas formarão mudanças periódicas de pressão. Na fase de pressão negativa, pequenas bolhas (núcleos de cavitação) no líquido se expandirão rapidamente; na fase de pressão positiva, as bolhas entrarão em colapso abruptamente. Esse colapso instantâneo das bolhas gerará temperaturas extremamente altas (até 5000K) e pressões (acima de 100MPa), formando ondas de choque e microjatos fortes. Essas condições extremas podem efetivamente destruir a parede celular e a estrutura da membrana celular das algas marinhas, tornando mais fácil para os componentes biologicamente ativos nas células serem liberados no solvente de extração. Por exemplo, ao extrair polissacarídeos de algas marinhas, a força de impacto gerada pelo efeito de cavitação pode quebrar as restrições da parede celular e permitir que os polissacarídeos se dissolvam rapidamente.

2. Efeito de vibração mecânica: A vibração de alta frequência das ondas ultrassônicas pode causar fortes vibrações mecânicas do meio líquido e das partículas de algas marinhas. Essa vibração acelera o movimento relativo entre o solvente de extração e as partículas de algas marinhas, aumenta a taxa de penetração do solvente nas algas marinhas e, assim, promove a difusão de ingredientes ativos das algas marinhas para o solvente. Tomando a extração de proteína de algas marinhas como exemplo, a vibração mecânica permite que o solvente ao redor da proteína seja rapidamente renovado, acelerando a taxa de dissolução da proteína.

3. Efeito térmico: Durante a propagação do ultrassom, parte da energia será absorvida pelo meio e convertida em energia térmica, resultando em um aumento na temperatura do sistema. O aumento apropriado da temperatura pode reduzir a viscosidade do solvente de extração, aumentar o coeficiente de difusão da molécula e melhorar ainda mais a eficiência da extração. No entanto, deve-se notar que temperaturas excessivamente altas podem danificar alguns componentes bioativos sensíveis ao calor, portanto, as condições ultrassônicas devem ser razoavelmente controladas em aplicações práticas. Ao extrair alguns componentes antioxidantes de algas marinhas, os efeitos térmicos apropriados podem promover sua dissolução sem causar sua oxidação e inativação.

III. Vantagens da extração assistida por ultrassom na extração de ingredientes ativos de algas marinhas

Comparada com os métodos tradicionais de extração, a tecnologia de extração assistida por ultrassom apresenta muitas vantagens significativas na extração de ingredientes ativos de algas marinhas.

1. Eficiente e rápido: Muitos estudos demonstraram que a extração assistida por ultrassom pode encurtar significativamente o tempo de extração. Por exemplo, ao extrair polissacarídeos sulfatados de algas marinhas, a extração ultrassônica cíclica é usada, e o tempo de extração pode ser encurtado de várias horas ou até mais em métodos tradicionais para 30 minutos. Isso não apenas melhora muito a eficiência da produção, mas também reduz a degradação de ingredientes ativos que podem ser causados pela extração a longo prazo. Ao extrair fucoidan de algas marrons, a extração assistida por ultrassom pode atingir uma taxa de extração de estágio único de mais de 95%, melhorando muito a taxa de extração do componente alvo.

2. Economia de energia e proteção ambiental: Durante o processo de extração assistida por ultrassom, o consumo de energia correspondente é muito reduzido devido ao tempo de extração encurtado. Ao mesmo tempo, essa tecnologia pode reduzir o uso de solventes orgânicos e, em alguns casos, solventes mais ecologicamente corretos podem ser usados, como solventes eutéticos profundos naturais à base de água. Por exemplo, ao extrair polifenóis de fucoidan de algas marinhas cultivadas comercialmente, o uso de solventes eutéticos profundos naturais ricos em água (WRNADES) combinados com extração assistida por ultrassom não apenas melhora a eficiência da extração, mas também reduz os danos dos solventes orgânicos ao meio ambiente e promove o desenvolvimento de processos de produção ecologicamente corretos na biorrefinaria de algas marinhas.

3. Melhorar a qualidade do produto: O efeito do ultrassom é relativamente suave e, ao extrair efetivamente ingredientes bioativos, pode manter melhor sua estrutura e atividade. Tomando a extração de ficobilissomas como exemplo, é difícil obter ficobilissomas ideais de Dracaena por métodos de esmagamento químico e mecânico, mas ficobilissomas completos podem ser obtidos por tratamento ultrassônico com uma frequência de 20-50kHz e uma voltagem de 60V por 10 minutos. Ao extrair alguns ingredientes medicinais de algas marinhas, a extração assistida por ultrassom pode garantir a atividade dos ingredientes e melhorar seu valor medicinal.

4. Ampla gama de aplicações: A tecnologia de extração assistida por ultrassom é adequada para a extração de vários tipos de algas marinhas e diferentes ingredientes bioativos. Seja algas verdes, algas marrons ou algas vermelhas, sejam polissacarídeos, proteínas, polifenóis ou pigmentos, a extração eficiente pode ser alcançada otimizando as condições ultrassônicas. Por exemplo, a extração de β-caroteno de algas salinas e proteína de spirulina mostraram bons resultados.