Fukoksantīna ekstrakcijas un bagātināšanas tehnoloģijas izstrāde ar superkritisko šķīduma ekstrakciju un dinamiskām sorbcijas metodēm

AS “SISTĒMU INOVĀCIJAS”  sadarbībā ar SIA “Faneks” īsteno pētniecības projektu Latvijas Atveseļošanas un noturības mehānisma plāna 5.1.r. reformu un investīciju virziena “Produktivitātes paaugstināšana caur investīciju apjoma palielināšanu P&A” 5.1.1.r. reformas “Inovāciju pārvaldība un privāto P&A investīciju motivācija” 5.1.1.2.i. investīcijas “Atbalsta instruments inovāciju klasteru attīstībai” īstenošanas noteikumu kompetences centru ietvaros.

Pētniecības projekta numurs un nosaukums: JP2-20 – “Fukoksantīna ekstrakcijas un bagātināšanas tehnoloģijas izstrāde ar superkritisko šķīduma ekstrakciju un dinamiskām sorbcijas metodēm”.

Projekts Nr. 5.1.1.2.i.0/2/24/A/CFLA/004 

Pētniecības projekta mērķis ir izstrādāt tehnoloģiju fukoksantīna ekstrakcijai un bagātināšanai no fotobioreaktorā audzētām Phaeodactylum tricornutum kramaļģēm, izmantojot superkritisko šķidruma ekstrakciju un dinamiskās sorbcijas metodes.

Projekta rezultātā paredzēts izstrādāt tehnoloģiju fukoksantīna ekstrakcijai un bagātināšanai no fotobioreaktorā audzētām Phaeodactylum tricornutum kramaļģēm, izmantojot superkritisko šķidruma ekstrakciju un dinamiskās sorbcijas metodes. Tehnoloģija tiks novērtēta reālās darbības vidē (TRL7).

Pārskata periodā no 01.10.2024. līdz 31.12.2024. īstenota 1. Aktivitāte – “Kramaļģes Phaeodactylum tricornutum audzēšanas protokola izstrāde un optimizācija”

Pārskata periodā izstrādāts un ieviests kramaļģes Phaeodactylum tricornutum audzēšanas protokols, tai skaitā:

• Veikta Phaeodactylum tricornutum uzturēšana un sējmateriāla pavairošana;
• Veikta biomasas pavairošana izmantojot izstrādāto protokolu;
• Veikta ražas ievākšana un sagatvavošana ekstrakcijai;
• Veikta operacionālo risku izvērtēšana;
• Sadarbojoties projekta partneriem tika izstrādātas analītiskās metodes aļgu biomasas, liofilizētas biomasas un jēlekstrakta novērtēšanai. Metodes tiks izmantotas nākamo projekta aktivitāšu ieviešanai, kā arī bioprocesa un ekstrakcijas procesa optimizācijai.
• Uzsākta 2.1. aktivitāte, kuras ietvarā veikta iegūtās biomasas ekstrakcija un iegūts jēlekstrakta  eksperimentālais paraugs.

Pārskata perioda galvenie secinājumi:

• Izmantojot izstrādāto biomasas pavairošanas protokolu, ir iespējams saaudzēt biomasu ar koncentrāciju 1,5 g/L.
• Iegūtā biomasa ir izmantojama jēlekstrakta ieguves protokola izstrādei;
• Pārskata periodā plānotie rezultāti sasniegti pilnā apjomā.

Pārskata periodā no 01.01.2025. līdz 31.03.2025. tika īstenotas sekojošas aktivitātes:

2.1. Superkritiskā šķīduma ekstrakcijas protokola izstrāde Phaeodactylum tricornutum jēlekstrakta ieguvei (periods: 01.10.2024 – 31.03.2025).

2. 2.2. Fukoksantīna produktu izdalīšanas no kramaļģes jēlekstrakta metodes izstrāde (periods: 01.01.2025 – 31.03.2025)

• Izstrādāts un ieviests kramaļģes Phaeodactylum tricornutum audzēšanas protokols.
• Veikta Phaeodactylum tricornutum kultūras uzturēšana un pavairošana.
• Veikta ražas ievākšana, koncentrēšana, kaltēšana un sagatavošana ekstrakcijai.
• Izstrādāts sākotnējais Superkritiskās šķīduma ekstrakcijas protokols jēlekstrakta ieguvei.
• Iegūti jēlekstrakta eksperimentālie paraugi.
• Sadarbojoties projekta partneriem, izstrādātas analītiskās metodes aļģu biomasas, kaltētas biomasas un jēlekstrakta novērtēšanai. Šīs metodes tiks izmantotas bioprocesa un ekstrakcijas procesa optimizācijai.
• Veikta operacionālo risku izvērtēšana.
• Izstrādāta bioaktīvā savienojuma fukoksantīna izdalīšanas no kramaļģes jēlekstrakta metode.
• Veikta sorbenta sorbcijas un desorbcijas efektivitātes novērtēšana

Pārskata perioda galvenie secinājumi:

• Izmantojot izstrādāto biomasas pavairošanas protokolu, ir iespējams saaudzēt biomasu ar koncentrāciju 1,5 g/L.
• Iegūtā biomasa ir izmantojama jēlekstrakta ieguves protokola izstrādei.
• Izstrādātais sākotnējais Superkritiskā šķīduma ekstrakcijas protokols jēlekstrakta ieguvei ir izmantojams tālākā pētījuma gaitā.
• Izstrādātā fukoksantīna produktu izdalīšanas no kramaļģes jēlekstrakta metode ir pietiekami efektīva – kopējais desorbētais fukoksantīna daudzums no jēlekstrakta sasniedz gandrīz 80%

Pārskata periodā no 01.03.2025. līdz 31.05.2025. tika īstenota 2.2. Aktivitāte – Fukoksantīna koncentrēšanas un ekstrakcijas metodoloģijas izstrāde:

• Tika veikta aļģu biomassas pavairošana un jēlekstrakta ieguve. Pārskata periodā, sadarbojoties projekta partneriem, tika izstrādātas analītiskās metodes aļģu biomasas, kaltētas biomasas un jēlekstrakta novērtēšanai. Tika turpināta sorbenta sorbcijas un desorbcijas efektivitātes novērtēšana darbā ar fukoksantīnu saturošu kramaļģu jēlekstaktu.
• Tika turpināts eksperimentālais darbs nosakot sorbenta (Stirola-DVB sorbentā Ion Exchange resin LXA810 (SUNRESIN)) izmantošanas iespējamību preparatīvajā hromatogrāfijā (flash chromatography), lai spētu izdalīt fukoksantīnu no jēlekstrakta paraugiem.
• Pārskata periodā tika pabeigta aktivitātes īstenošana

Aktivitātes rezultātā izstrādāta fukoksantīna koncentrēšanas un ekstrakcijas metodoloģija. Izstrādātas  fukoksantīna analītiskās noteikšanas metodes biomasai, jēlekstraktam un gala produktam. Izstrādāta tehnoloģiskā shēma un  iekārtu specifikācijas fukoksantīnu saturošo produktu ražošanai. Izstrādāta fukoksantīna produktu izdalīšanas no kramaļges jēlekstrakta metode.

Galvenie secinājumi:

• Izstrādātā fukoksantīna produktu izdalīšanas no kramaļges jēlekstrakta metode ir pietiekami efektīva –  kopējais desorbētais fukoksantīna daudzums no jēlekstrakta sasniedz vidēji 78 %.
• Izmantojot LXA810 sorbentu fucoksantīna desorbcijas līmenis nepārsniedz 80%, līdz ar ko izdalīšanas metode saistīta ar relatīviem aktīvās vielas zudumiem. Neskatoties uz to, minētā sorbenta izmaksas salīdzinot ar ieguvumiem izmantojot citu efektīvāku sorbentu norāda par tā priekšrocībām.
• Pārskata periodā plānotie rezultāti sasniegti pilnā apjomā.

Pārskata periodā no 01.07.2025 – 30.09.2025. tika veiktas sekojošas aktivitātes:

3.aktivitāte – Kramaļģu biomasas kultivēšanas protokola aprobācija un novērtēšana reālās darbības vidē

• Pārskata periodā veikta iepriekš izstrādātā Phaeodactylum tricornutum kultivēšanas protokola praktiskā testēšana un aprobācija lielā mēroga fotobioreaktoru sistēmās.
• Veikta inokulācijas materiāla pavairošana 150L laboratorijas fotobioreaktorā, sasniedzot nepieciešamo šūnu koncentrāciju pārsēšanai uz 4500L fotobioreaktoru. Optimizēts inokulācijas apjoms un šūnu suspensijas sagatavošanas process. Veikti pilotpartiju kultivēšanas testi 4500L fotobioreaktorā.
• Veikta biomasas augšanas dinamikas monitorēšana – šūnu koncentrācijas mērījumi, fukoksantīna satura analīze dažādos kultivēšanas posmos.
• Veikta ražas novākšanas procesu testēšana, izmantojot centrifugēšanas metodi, lai iegūtu biomasas koncentrātu.

4.aktivitāte – Phaeodactylum tricornutum jēlekstrakta ieguves protokola aprobācija un novērtēšana reālās darbības vidē

• Veikta iepriekš izstrādātā superkritiskās šķīduma ekstrakcijas protokola praktiskā aprobācija rūpnieciskā mēroga iekārtās, izmantojot 3. aktivitātē iegūto kramaļģu biomasu.
• Veikta biomasas priekšapstrādes procesu testēšana un optimizācija:
  • Biomasas koncentrāta liofilizācija
  • Liofilizētās biomasas malšanas procesu optimizācija (daļiņu izmēra ietekme uz ekstrakcijas galarezultātu)
  • Sausās biomasas uzglabāšanas apstākļu novērtēšana
• Veikti pilna mēroga SC-CO₂ ekstrakcijas testi:
  • Ekstrakcijas parametru (spiediens 280-300 bar, temperatūra 50°C, etanola koncentrācija 10%) aprobācija rūpnieciskā mērogā
  • Ekstrakcijas cikla ilguma optimizācija
  • CO₂ un etanola patēriņa novērtēšana
  • Jēlekstrakta iznākuma mērījumi
• Veikta iegūtā jēlekstrakta kvalitātes novērtēšana.
• Testēta jēlekstrakta stabilitāte dažādos uzglabāšanas apstākļos.

Veikti aprēķini un novērtējumi par ražošanas procesu efektivitāti un produktivitāti.

Projektu paredzēts īstenot 24 mēnešu laikā, laika posmā no 01.10.2024. līdz 31.09.2026.