Ekstraksjon av karotenoidet astaxanthin fra mikroalgen Haematococcus pluvialis

Abstract

Astaxanthin er et karotenoid, som er ansvarlig for de røde fargetonene i fisk og krepsdyr som laks og reker. Karotenoidet er et viktig tilsetningsstoff i fiskefôr til oppdrett, for at oppdrettsfisken skal ha samme farge som villaksen. I dag brukes det hovedsakelig syntetisk astaxanthin i fôret, men astaxanthin kan også produseres naturlig fra enkelte arter av bakterier, alger og sopp. Mikroalgen Haematococcus pluvialis (H. pluvialis) er kjent som en av de rikeste kildene til karotenoidet. FjordAlg (oppdragsgiver) arbeider med å utvikle et produkt for naturlig pigmentering av laks gjennom ekstraksjon av astaxanthin fra H. pluvialis.

Gjennom arbeidet med bacheloroppgaven ble det undersøkt hvordan systematisk endring av faktorer som pH, temperatur i vannbad, saltkonsentrasjon, type og mengde lipid, påvirket utbyttet i en væske-væskeekstraksjon av astaxanthin. Det ble benyttet et fraksjonelt faktorielt design med 36 forsøk, hvor hver faktor ble testet på to nivåer. Forut for matriseforsøkene ble det gjort forforsøk for å standardisere emulsjonsdannelse med dispergeringsverktøy og separasjon i sentrifuge. Det ble i tillegg gjennomført en screening for å fastsette lavt og høyt nivå for faktorene i matrisen.

Høy pH ga generelt best utbytte av astaxanthin, både i screening og matriseforsøk. Det høyeste utbyttet av astaxanthin i hydrofob fase var 78,8 % i forsøk med høyt nivå for alle faktorer. Etterfulgt av pH var det type og mengde lipid som hadde størst påvirkning på utbyttet av astaxanthin. Lipidtype 2 hadde overordnet best resultater av de to lipidtypene. Resultatene ble analysert med variansanalyse (ANOVA) for å vurdere signifikans.

Naturlig astaxanthin har stort potensial som et bærekraftig og helsevennlig alternativ til den syntetiske varianten. Likevel er syntetisk produksjon i dag mer effektivt på grunn av storskala drift og lavere energibehov. Metoden som ble testet i oppgaven var enkel, miljøvennlig og basert på ikke-farlige løsemidler. Selv om maksimalt utbytte lå lavere enn i enkelte andre studier (for eksempel med olivenolje eller aceton), oppnådde metoden bedre resultater enn flere alternative teknikker, og har potensial for videre optimalisering og oppskalering.

Astaxanthin is a carotenoid that is responsible for the red coloration in fish and crustaceans such as salmon and shrimp. The caretenoid is an important additive in fish feed for aquaculture, used to give farmed salmon the same reddish color as wild salmon. Today, syntethic astaxanthin is mainly used in the feed, but astaxanthin can also be produced naturally from certain species of bacteria, algae and fungi. The microalgae Haematococcus pluvialis (H. pluvialis) is known as one of the richest sources of the carotenoid. FjordAlg (the collaborating company) is working to develop a product for natural pigmentation of salmon through extraction of astaxanthin from H. pluvialis.

This bachelor’s thesis investigated how systematic variation of factors such as pH, water bath temperature, salt concentration, and the type and amount of lipid affected the yield during liquid-liquid extraction of astaxanthin. A fractional factorial design with 36 trials was used, where each factor was tested at two levels. Prior to the matrix experiments, preliminary tests were conducted to standardize emulsion formation using a dispersing tool and separation in a centrifuge. In addition, a screening was carried out to determine low and high levels for the factors in the matrix.

High pH generally resulted in the highest astaxanthin yield, both in the screening and the matrix experiments. The highest yield of astaxanthin in the hydrophobic phase was 78,8 %, observed in an experiment where all factors were sat at high levels. Following pH, the type and amount of lipid had the greatest impact on the astaxanthin yield. Lipid type 2 produced consistently better results than the alternative. The results were analyzed using analysis of variance (ANOVA) to assess statistical significance.

Natural astaxanthin has great potential as a sustainable and health friendly alternative to the synthetic variant. Nevertheless, synthetic production is currently more efficient due to large-scale operations and low energy consumption. The method tested in this thesis was simple, environmentally friendly and based on non-hazardous solvents. Although the maximum yield was lower than in some other studies (e.g., with olive oil or acetone), the method achieved better results than several other techniques and has potential for further optimization and scaling up.