استخراج الكولاجين بالموجات فوق الصوتية
- الكولاجين غني بالبروتينات ويستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية المتعددة ، مثل الأغذية والأدوية والمواد المضافة وما إلى ذلك.
- يمكن دمج Sonication بسهولة مع الاستخراج الأنزيمي أو الحمضي للكولاجين.
- تنفيذ الموجات فوق الصوتية في عملية استخراج الكولاجين يؤدي إلى غلة أعلى واستخراج أسرع.
تأثيرات بالموجات فوق الصوتية على استخراج الكولاجين
تستخدم الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة على نطاق واسع لتحسين نقل الكتلة في العمليات الرطبة ، مثل الاستخراج والكيمياء الصوتية وما إلى ذلك. يمكن تحسين استخراج الكولاجين (المعروف أيضا باسم عزل الكولاجين) بشكل كبير عن طريق العلاج بالموجات فوق الصوتية. يساعد Sonication أثناء انشقاق ركيزة الكولاجين ، ويفتح ألياف الكولاجين ، وبالتالي يتم تسهيل التحلل الأنزيمي أو العلاج الحمضي.
استخراج الأنزيمية بمساعدة بالموجات فوق الصوتية
من المعروف أن Sonication لقدرته على زيادة نشاط الإنزيم. ويستند هذا التأثير على التشتت بالموجات فوق الصوتية و deagglomeration من المجاميع البيبسين. توفر الإنزيمات المنتشرة بشكل متجانس سطحا متزايدا لنقل الكتلة ، وهو ما يرتبط بنشاط إنزيم أعلى. علاوة على ذلك ، تفتح الموجات فوق الصوتية القوية ألياف الكولاجين بحيث يتم إطلاق الكولاجين.
استخراج البيبسين بالموجات فوق الصوتية: البيبسين مجتمعة الموجات فوق الصوتية يزيد من غلة الكولاجين تصل إلى حوالي 124 ٪ ويقصر بشكل كبير من وقت الاستخراج بالمقارنة مع التحلل المائي البيبسين التقليدي. أثبت تحليل ثنائي اللون الدائري ومجهر القوة الذرية و FTIR أن بنية اللولب الثلاثي للكولاجين المستخرج لم تتأثر بالصوتنة وظلت سليمة. (لي وآخرون 2009) وهذا يجعل استخراج البيبسين بمساعدة الموجات فوق الصوتية عمليا للغاية لصناعة المواد الغذائية التي تقدم معدلات استرداد البروتين المتزايدة في وقت معالجة أقصر بكثير.
في دراسة مقارنة لاستخراج الكولاجين بالموجات فوق الصوتية مقابل غير الموجات فوق الصوتية من وتر الأبقار ، فإن العلاج بالموجات فوق الصوتية (20 كيلو هرتز ، وضع النبض 20/20 ثانية) مقتنع بإنتاجية وكفاءة أعلى. تم إجراء الاستخراج التقليدي مع البيبسين في حمض الخليك لمدة 48 ساعة. تم إجراء الاستخراج بالموجات فوق الصوتية في ظل نفس الظروف ، ولكن أوقات التعرض للصوتنة (3 إلى 24 ساعة) والبيبسين (24 إلى 45 ساعة) كانت متنوعة ، مما أدى إلى ما مجموعه 48 ساعة من العلاج. أظهر استخراج البيبسين بالموجات فوق الصوتية كفاءة فائقة في استخراج الكولاجين ، حيث وصل إلى عائد 6.2٪ ، عندما كان عائد الاستخراج التقليدي 2.4٪. تم تحقيق أفضل النتائج في وقت الاستخراج بالموجات فوق الصوتية باستخدام 18 ساعة. أظهر الكولاجين المستخرج بنية حلزونية مستمرة غير تالفة ، وقابلية ذوبان جيدة واستقرار حراري مرتفع إلى حد ما. وهذا يعني أن استخراج البيبسين بالموجات فوق الصوتية حسن كفاءة استخراج الكولاجين الطبيعي دون الإضرار بجودة الكولاجين الناتج. (ران ووانغ 2014)
استخراج حمض بمساعدة بالموجات فوق الصوتية
في دراسة أجراها Kim et al. (2012) ، أظهر استخراج الكولاجين القابل للذوبان في الحمض من جلد باس البحر الياباني (Lateolabrax japonicus) زيادة الغلة وتقليل وقت الاستخراج بعد العلاج بالموجات فوق الصوتية بتردد 20 كيلو هرتز في 0.5 M حمض الخليك. لم يغير الاستخراج بالموجات فوق الصوتية المكونات الرئيسية للكولاجين ، وبشكل أكثر تحديدا سلاسل α1 و α2 و β.
استخراج البروتين بالموجات فوق الصوتية من قشر البيض
كان للتحلل الأنزيمي المعالج مسبقا بالموجات فوق الصوتية خصائص وظيفية أفضل. لاستخراج بالموجات فوق الصوتية من تحلل البروتين الوظيفي من قشرة بيضة الدجاج ، يتم تحسين خصائص الذوبان والاستحلاب والرغوة والاحتفاظ بالماء.
غشاء قشر البيض هو مورد طبيعي وفير ويتكون من حوالي 64 بروتينا بما في ذلك الكولاجين من النوع الأول والخامس والعاشر والليزوزيم والعظم والبروتين السيالوبروتيني. هذا يجعل قشر البيض مادة خام مثيرة للاهتمام لاستخراج البروتينات. مع استخراج بالموجات فوق الصوتية ، يمكن تحسين إطلاق البروتين ووظائفه بشكل كبير مما يؤدي إلى عملية سريعة وفعالة واقتصادية.
استخراج القلويات بمساعدة بالموجات فوق الصوتية
لاستخراج وإذابة هذه البروتينات
بالنسبة لاستخراج البروتين من غشاء قشر البيض ، أدى العلاج القلوي بالموجات فوق الصوتية إلى إنتاج بروتين قابل للذوبان يقترب من 100٪ من إجمالي بروتين غشاء قشر البيض. فصل التجويف بالموجات فوق الصوتية كتل البروتينات الأكبر من غشاء قشر البيض وسهل إذابة مركباته. لم تتضرر بنية البروتين وخصائصه عن طريق صوتنة وظلت سليمة. كانت الخصائص المضادة للأكسدة للبروتينات هي نفسها بالنسبة للعلاج القلوي بمساعدة الموجات فوق الصوتية والاستخراج التقليدي.
استخراج الجيلاتين بالموجات فوق الصوتية
تمت معالجة جلود بولوك المجمدة والمجففة بالهواء بمحلول ملحي بارد وقلوي وحمضي لفصل أنسجة الكولاجين واستخراج الجيلاتين عن طريق تمسخ الكولاجين عند 45 درجة مئوية لمدة أربع ساعات مع علاج بالموجات فوق الصوتية كمساعد معالجة. تم تقييم إنتاجية الجيلاتين ودرجة الحموضة والوضوح وقوة الهلام وخصائص المرونة اللزجة بالإضافة إلى توزيع الوزن الجزيئي المحدد بطريقة PAGE-SDS. تم استخدام الجيلاتين المستخرج في حمام مائي عند 45 درجة مئوية لمدة أربع ساعات كعنصر تحكم. زاد العلاج بالموجات فوق الصوتية من عائد الاستخراج بنسبة 11.1٪ مقارنة بالمجموعة الضابطة بينما انخفضت قوة الهلام بنسبة 7٪. كانت درجة حرارة الهلام أقل أيضا في الجيلاتين المستخرج بالموجات فوق الصوتية (4.2 درجة مئوية). يرتبط هذا السلوك بالاختلافات في توزيع الوزن الجزيئي لفائف عديد الببتيد في الجيلاتين. يمكن استخدام استخراج الطاقة بالموجات فوق الصوتية لزيادة استخراج الجيلاتين من جلود الأسماك المجمدة والمجففة بالهواء. (أولسون وآخرون 2005)
أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية
Hielscher الفوق صوتيات يوفر أنظمة الموجات فوق الصوتية قوية من مختبر إلى مقاعد البدلاء وعلى نطاق واسع. لضمان إخراج الاستخراج الأمثل ، يمكن إجراء صوتنة موثوقة في ظل ظروف صعبة بشكل مستمر. يمكن لجميع المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية تقديم سعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
يرجى الاتصال بنا اليوم مع متطلبات العملية الخاصة بك! سنكون سعداء أن نوصيك بنظام الموجات فوق الصوتية المناسب لعمليتك!
المجانسات عالية الطاقة بالموجات فوق الصوتية Hielscher متوفرة لأي مقياس عملية – من المختبر إلى الإنتاج.
الأدب / المراجع
- ألفاريز ، كارلوس ؛ ليلو ، بولين. لينش ، سارة أ. Tiwari، Brijesh K. (2018): الاسترداد الأمثل للبروتين من أسماك الماكريل الكاملة باستخدام استخراج ترسيب الذوبان المتسلسل للحمض / القلوية متساوي الكهرباء (ISP) بمساعدة الموجات فوق الصوتية. لوت – علوم وتكنولوجيا الأغذية المجلد 88 ، فبراير 2018. 210-216.
- جاين ، سورانجنا. Kumar Anal، Anil (2016): تحسين استخراج تحلل البروتين الوظيفي من غشاء قشرة بيضة الدجاج (ESM) عن طريق الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (الإمارات العربية المتحدة) والتحلل المائي الأنزيمي. لوت – علوم وتكنولوجيا الأغذية المجلد 69 ، يونيو 2016. 295-302.
- كيم ، هونج كونج ؛ كيم ، ي. كيم ، ي. ج. بارك ، إتش جيه ؛ لي ، إن إتش (2012): آثار العلاج بالموجات فوق الصوتية على استخراج الكولاجين من جلود باس البحر Lateolabrax japonicus. علوم مصايد الأسماك المجلد 78 ، العدد 78 ؛ 2013. 485-490.
- لي ، ديفو ؛ مو ، تشانغداو ؛ كاي ، سومي ؛ لين ، وي (2016): التشعيع بالموجات فوق الصوتية في الاستخراج الأنزيمي للكولاجين. الموجات فوق الصوتية سونوكيمياء المجلد 16 ، العدد 5 ؛ 2009. 605-609.
- أولسون ، دي إيه ، أفينا بوستيلوس ، آر دي ، أولسن ، سي دبليو ، تشيو ، بي ، يي ، إي ، باور ، سي كي ، بكتل ، بي جيه ، بان ، زي ، ماك هيو ، تي إتش (2005): تقييم الموجات فوق الصوتية للطاقة كمساعد معالجة لاستخراج جيلاتين الأسماك. ملخص الاجتماع رقم 71C-26. الاجتماع السنوي IFT. تموز/يوليه 2005. نيو أورليانز ، لوس أنجلوس.
- ران ، إكس جي ؛ Wang، L.Y. (2014): استخدام العلاج بالموجات فوق الصوتية والبيبسين جنبا إلى جنب لاستخراج الكولاجين من المنتجات الثانوية لصناعة اللحوم. مجلة علوم الأغذية والزراعة 94 (3) ، 2014. 585-590.
- شميدت ، م. دورنيلز ، آر سي بي ؛ ميلو ، رو ؛ كوبوتا ، إ. مازوتي ، ماجستير ؛ كيمبكا ، أ. ب. Demiate، IM (2016): عملية استخراج الكولاجين. المجلة الدولية لبحوث الأغذية 23 (3) ، 2016. 913-922.
- سيريتينتونغ ، تيباوان ؛ بوناني ، والتر. موتا ، أنتونيلا. ميغلياريسي ، كلاوديو ؛ Aramwit ، Pornanong (2016): آثار سلالة حرير Bombyx mori ووقت الاستخراج على الخصائص الجزيئية والبيولوجية للسيريسين. العلوم الحيوية والتكنولوجيا الحيوية والكيمياء الحيوية المجلد 80 ، Iss. 2, 2016. 241-249.
- تسنغ ، ج. ن. جيانغ ، بي كيو ؛ Xiao، Z.Q.، Li، S.H. (2011): استخراج الكولاجين من قشور السمك مع غراء تحت المعالجة بالموجات فوق الصوتية. أبحاث المواد المتقدمة ، المجلد 366 ، 2011. 421-424.
حقائق تستحق المعرفة
الكولاجين
الكولاجين هو البروتين الهيكلي الرئيسي في الفضاء خارج الخلية في الأنسجة الضامة المختلفة في أجسام. باعتباره المكون الرئيسي للنسيج الضام ، فهو البروتين الأكثر وفرة في الثدييات ، [1] ويشكل من 25٪ إلى 35٪ من محتوى البروتين في الجسم بالكامل. يتكون الكولاجين من أحماض أمينية ملفوفة معا لتشكيل حلزونات ثلاثية لتشكيل ألياف ممدودة. توجد أعلى كميات من الكولاجين في الأنسجة الليفية مثل الأوتار والأربطة والجلد. هناك ثلاثة أنواع من الكولاجين يجب تمييزها:
النوع الأول من الكولاجين: يوفر 90٪ من البروتين في الجلد والشعر والأظافر والأعضاء والعظام والأربطة
النوع الثاني من الكولاجين: يوفر 50-60 ٪ من البروتين في الغضروف ، 85-90 ٪ من الكولاجين في الغضروف المفصلي
الكولاجين من النوع الثالث: يوفر البروتينات للبروتين الليفي في العظام والغضاريف والعاج والأوتار والأنسجة الضامة الأخرى
الكولاجين في الجسم
يتكون كل نوع من أنواع الكولاجين الثلاثة من بروتينات مختلفة تحقق أغراضا مختلفة في الجسم. يعد كلا النوعين الأول والثالث من الكولاجين من المكونات الرئيسية للجلد والعضلات والعظام والشعر والأظافر. هم مطلوبون لصحتهم ونموهم وإعادة بنائهم. يوجد النوع الثاني من الكولاجين في الغالب في الغضاريف والمفاصل.
يحتوي كل من الكولاجين من النوع الأول والثالث على 19 من الأحماض الأمينية التي تعتبر من الأحماض الأمينية الأساسية. يتم إنتاجها بواسطة الخلايا الليفية (الخلايا الموجودة في الأنسجة الضامة) وبانيات العظم (الخلايا التي تصنع العظام). تشمل أهم البروتينات في الكولاجين من النوع الأول والثالث الجلايسين والبرولين والألانين والهيدروكسي برولين. النوع الثالث هو بروتين صلب ليفي.
الجلايسين هو الحمض الأميني الذي يحتوي على أعلى كمية في الكولاجين. البرولين هو حمض أميني غير أساسي ، يمكن تصنيعه من الجلايسين ويساهم في المفاصل والأوتار. هيدروكسي برولين هو حمض أميني يساهم في استقرار الكولاجين. الألانين هو حمض أميني مهم للتخليق الحيوي للبروتينات.
مثل النوع الأول والثالث ، يشكل الكولاجين من النوع الثاني ألياف. هذه الشبكة الليفية من الكولاجين مهمة في الغضروف منذ ذلك الحين تمكن من انحباس البروتيوغليكان. علاوة على ذلك ، فإنه يوفر قوة الشد للأنسجة.
المصادر والاستخدامات
الكولاجين هو بروتين ليفي موجود بكثرة في النسيج الضام للثدييات ، مثل الأبقار والخنزير. يتم استخراج معظم الكولاجين
من جلود الخنازير والعظام ومن مصادر الأبقار. مصدر بديل لاستخراج الكولاجين هو الأسماك والطيور. يستخدم الكولاجين على نطاق واسع في الأغذية والمكملات الغذائية والمستحضرات الصيدلانية / الطبية ومستحضرات التجميل من بين منتجات أخرى. يعد استخراج الكولاجين عملا متناميا لأن هذا البروتين يمكن أن يحل محل العوامل الاصطناعية في العمليات الصناعية المختلفة.