Журнал термодинамики и катализа
Открытый доступ

Абстрактный

Разрушение клеток и экстракция каротиноидов из микроводорослей под давлением

Йозеф Таухер, Саша Баер, Филипп Шверна, Доминик Хофманн, Магдалена Хюммер, Райнер Буххольц и Анна Беккер

Микроводоросли являются очень перспективными организмами для производства таких ценных соединений, как каротиноиды. Тем не менее, их коммерческое использование пока затруднено из-за отсутствия эффективных процессов и в настоящее время осуществимо для очень немногих штаммов. Одним из наиболее важных факторов является высокая трудоемкость последующей обработки, например, разрушение клеток и экстракция. Таким образом, представленные исследования были посвящены изучению и оптимизации этих двух этапов для производства каротиноидов с помощью микроводорослей. Шесть различных методов разрушения клеток (гомогенизатор высокого давления, шаровая мельница, Ultra Turrax, повторное замораживание и оттаивание, сублимационная сушка, ультразвуковая обработка) сравнивались в лабораторных масштабах для трех видов: Haemotococcus pluvialis , Chromochloris zofingiensis и Chlorella sorokiniana . Извлечение каротиноидов определялось с помощью ВЭЖХ-УФ/видимой области после экстракции растворителем под давлением. Кроме того, факторы, влияющие на применяемые методы экстракции, такие как растворитель, температура, продолжительность и количество циклов, были оптимизированы для достижения наивысших показателей извлечения. В то время как грубые механические методы, такие как шаровая мельница и гомогенизатор высокого давления, показали самую высокую эффективность для разрушения клеток всех трех исследованных штаммов, влияние немеханических методов, т. е. повторных циклов замораживания и оттаивания, на эффективность извлечения астаксантина, лютеина и β-каротина увеличивалось обратно пропорционально размеру клеток и жесткости клеточной стенки. Для H. pluvialis повторное замораживание и оттаивание привело к снижению выхода извлечения в 240 раз по сравнению с гомогенизатором высокого давления, в то время как для C. sorokiniana оба метода были сопоставимы . Из шести протестированных растворителей дихлорметан показал самый высокий выход извлечения каротина, в три раза выше по сравнению с н-гексаном. Изменение температуры извлечения от комнатной температуры до 120 °C показало оптимум при 60 °C. Почти полная экстракция была достигнута после одного цикла продолжительностью 10 минут. Представленные здесь данные демонстрируют необходимость оптимизации процесса разрушения клеток и извлечения в лабораторных масштабах для будущего масштабирования