Ултразвукова екстракция на колаген

• Колагенът е богат на протеини и се използва широко в разнообразни промишлени приложения, например в хранителната и фармацевтичната промишленост, за добавки и др.
• Ултразвуковата обработка може лесно да се комбинира с ензимна или киселинна екстракция на колаген.
• Внедряването на ултразвук в процеса на екстракция на колаген води до по-високи добиви и по-бърза екстракция.

Влияние на ултразвука върху екстракцията на колаген

Ултразвукът с висок интензитет се използва широко за подобряване на масообмена в процеси в течна среда, например екстракция, сонохимия и др. Екстракцията на колаген (известна също като изолиране на колаген) може да бъде значително подобрена чрез ултразвукова обработка. Ултразвуковата обработка подпомага разцепването на колагеновия субстрат и разхлабва структурата на колагеновите фибрили, като по този начин улеснява ензимната хидролиза или киселинната обработка.

Ензимна екстракция, подпомагана от ултразвук

Ултразвуковата обработка е известна със способността си да повишава ензимната активност. Този ефект се основава на ултразвуковото диспергиране и деагломерацията на пепсиновите агрегати. Хомогенно диспергираните ензими осигуряват по-голяма повърхност за масообмен, което е свързано с по-висока ензимна активност. Освен това мощните ултразвукови вълни разхлабват структурата на колагеновите фибрили, така че колагенът се освобождава.

Ултразвукова екстракция с пепсин: Пепсинът, комбиниран с ултразвукова обработка, увеличава добива на колаген до приблизително 124% и значително съкращава времето за екстракция в сравнение с конвенционалната пепсинова хидролиза. Анализът чрез кръгов дихроизъм, атомно-силовата микроскопия и FTIR доказаха, че тройноспиралната структура на извлечения колаген не е повлияна от ултразвуковата обработка и е останала непокътната. (Li et al. 2009) Това прави подпомаганата от ултразвук екстракция с пепсин изключително практична за хранителната промишленост, като осигурява по-висока степен на извличане на протеини за значително по-кратко време на обработка.

В сравнително изследване на екстракцията на колаген от говеждо сухожилие със и без ултразвук ултразвуковата обработка (20kHz, импулсен режим 20/20 sec.) показа убедително по-висок добив и ефективност. Конвенционалната екстракция е извършена с пепсин в оцетна киселина в продължение на 48 часа. Ултразвуковата екстракция е извършена при същите условия, но продължителността на ултразвуковата обработка (от 3 до 24 h) и на обработката с пепсин (от 24 до 45 часа) е варирана, при обща продължителност на обработката от 48 часа. Екстракцията с ултразвук и пепсин показа по-висока ефективност на извличане на колаген, като достигна добив от 6,2%, докато добивът при конвенционалната екстракция беше 2,4%. Най-добрите резултати са постигнати при продължителност на ултразвуковата екстракция от 18 h. Извлеченият колаген показа неповредена непрекъсната спирална структура, добра разтворимост и сравнително висока термична стабилност. Това означава, че екстракцията с ултразвук и пепсин е подобрила ефективността на извличане на естествен колаген, без да влошава качеството на получения колаген. (Ran and Wang 2014)

Ултразвукова екстракция с папаин: Колагенът от рибни люспи може да се извлича ефективно чрез хидролиза с папаин, комбинирана с предварителна ултразвукова обработка. За екстракцията на колаген от рибни люспи с ултразвук и папаин следните параметри на процеса са установени като оптимални: продължителност на предварителната ултразвукова обработка 4min, съотношение на папаина към рибните люспи 4%, температура 60°C и общо време за екстракция 5h. При тези оптимални условия степента на извличане на колаген достигна 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Киселинна екстракция, подпомагана от ултразвук

В изследване на Kim et al. (2012) екстракцията на киселинноразтворим колаген от кожата на японски лаврак (Lateolabrax japonicus) показа повишен добив и съкратено време за екстракция след ултразвукова обработка при честота 20 kHz в 0,5 M оцетна киселина. Екстракцията с ултразвук не промени основните компоненти на колагена, по-конкретно веригите α1, α2 и β.

Ултразвукова екстракция на протеини от яйчени черупки

Предварително обработените с ултразвук ензимни хидролизати имаха по-добри функционални свойства. При ултразвуковата екстракция на функционални протеинови хидролизати от черупки на кокоши яйца се подобряват разтворимостта, емулгиращите, пенообразуващите и водозадържащите свойства.
Мембраната на яйчената черупка е изобилен природен ресурс и се състои от около 64 протеина, включително колаген тип I, V и X, лизозим, остеопонтин и сиалопротеин. Това прави яйчените черупки интересна суровина за екстракция на протеини. Чрез ултразвукова екстракция освобождаването и функционалността на протеините могат да бъдат значително подобрени, което води до бърз, ефективен и икономичен процес.

Алкална екстракция, подпомагана от ултразвук

за извличане и солюбилизиране на тези протеини
При екстракцията на протеини от мембраната на яйчената черупка ултразвуковата алкална обработка доведе до добив на солюбилизирани протеини, близък до 100% от общото протеиново съдържание на мембраната на яйчената черупка. Ултразвуковата кавитация отдели по-големи протеинови струпвания от мембраната на яйчената черупка и улесни солюбилизирането на нейните съставки. Структурата и свойствата на протеините не бяха увредени от ултразвуковата обработка и останаха непокътнати. Антиоксидантните свойства на протеините бяха еднакви при подпомаганата от ултразвук алкална обработка и при конвенционалната екстракция.

Ултразвукова екстракция на желатин

Замразени и изсушени на въздух кожи от минтай бяха обработени със студени солеви, алкални и киселинни разтвори за отделяне на колагеновата тъкан и извличане на желатин чрез денатурация на колагена при 45°C в продължение на четири часа, като обработката с мощен ултразвук беше използвана като помощно средство в процеса. Бяха оценени добивът на желатин, pH, прозрачността, здравината на гела и вискоеластичните свойства, както и разпределението на молекулната маса, определено чрез метода PAGE-SDS. Като контрола беше използван желатин, извлечен във водна баня при 45°C в продължение на четири часа. Обработката с мощен ултразвук увеличи добива при екстракцията с 11,1% в сравнение с контролата, докато здравината на гела намаля със 7%. Температурата на желиране също беше по-ниска при извлечения с ултразвук желатин (4,2°C). Това поведение е свързано с разлики в разпределението на молекулната маса на полипептидните кълба в желатините. Екстракцията с мощен ултразвук може да се използва за увеличаване на извличането на желатин от замразени и изсушени на въздух рибни кожи. (Olson et al. 2005)

Промишлени ултразвукови системи

Hielscher Ultrasonics доставя мощни ултразвукови системи за лабораторен, настолен и промишлен мащаб. За осигуряване на оптимални резултати от екстракцията може да се извършва непрекъсната и надеждна ултразвукова обработка при тежки условия. Всички промишлени ултразвукови процесори могат да осигуряват много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа в режим 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа в режим 24/7 при голямо натоварване и в тежки среди.
Свържете се с нас още днес и ни представете изискванията към Вашия процес! С удоволствие ще Ви препоръчаме подходяща ултразвукова система за него!