Ultrazvučna ekstrakcija kolagena

• Kolagen je bogat proteinima i široko se koristi u raznim industrijskim aplikacijama, npr. u hrani, farmaciji, aditivima itd.
• Sonikacija se može lako kombinovati sa enzimskom ili kiselom ekstrakcijom kolagena.
• Implementacija ultrazvuka u proces ekstrakcije kolagena rezultira većim prinosima i bržom ekstrakcijom.

Ultrazvučni efekti na ekstrakciju kolagena

Ultrazvuk visokog intenziteta se široko koristi za poboljšanje prijenosa mase u vlažnim procesima, npr. ekstrakcija, sonohemija itd. Ekstrakcija (također poznata kao izolacija kolagena) kolagena može se značajno poboljšati ultrazvučnim tretmanom. Sonikacija pomaže tokom cijepanja kolagenskog supstrata, otvara kolagene fibrile, čime se olakšava enzimska hidroliza ili kiselinski tretman.

Ultrazvučno potpomognuta enzimska ekstrakcija

Sonikacija je poznata po svojoj sposobnosti da poveća aktivnost enzima. Ovaj efekat se zasniva na ultrazvučnoj disperziji i deaglomeraciji agregata pepsina. Homogeno dispergirani enzimi nude povećanu površinu za prijenos mase, što je u korelaciji s većom aktivnošću enzima. Nadalje, snažni ultrazvučni valovi otvaraju kolagene fibrile tako da se kolagen oslobađa.

Ultrazvučna ekstrakcija pepsina: Pepsin u kombinaciji ultrazvučne obrade povećava prinos kolagena do cca. 124% i značajno skraćuje vrijeme ekstrakcije u odnosu na konvencionalnu hidrolizu pepsina. Analiza kružnog dihroizma, mikroskopija atomske sile i FTIR dokazali su da struktura trostruke spirale ekstrahiranog kolagena nije pod utjecajem ultrazvučne obrade i da je ostala netaknuta. (Li et al. 2009.) Ovo čini ultrazvučno potpomognutu ekstrakciju pepsina vrlo praktičnom za prehrambenu industriju, nudeći povećane stope oporavka proteina u znatno kraćem vremenu obrade.

U komparativnoj studiji ultrazvučne i ne-ultrazvučne ekstrakcije kolagena iz goveđe tetive, ultrazvučni tretman (20kHz, pulsni režim 20/20 sek.) uvjerava se u veći prinos i efikasnost. Konvencionalna ekstrakcija je izvedena pepsinom u sirćetnoj kiselini tokom 48 sati. Ultrazvučna ekstrakcija je izvedena pod istim uslovima, ali su vremena izlaganja sonikaciji (3 do 24 h) i pepsinu (24 do 45 sati) varirala, što je rezultiralo ukupno 48 sati tretmana. Ultrazvučno-pepsin ekstrakcija je pokazala superiornu efikasnost ekstrakcije kolagena, dostigavši prinos od 6,2%, kada je konvencionalna ekstrakcija iznosila 2,4%. Najbolji rezultati su postignuti pri ultrazvučnom vremenu ekstrakcije od 18 h. Ekstrahovani kolagen pokazao je neoštećenu kontinuiranu spiralnu strukturu, dobru rastvorljivost i prilično visoku termičku stabilnost. to znači da je ultrazvučna ekstrakcija pepsinom poboljšala efikasnost ekstrakcije prirodnog kolagena bez oštećenja kvaliteta nastalog kolagena. (Ran i Wang 2014.)

Ultrazvučna ekstrakcija papaina: Kolagen iz riblje ljuske može se efikasno ekstrahovati hidrolizom papaina u kombinaciji sa ultrazvučnom prethodnom obradom. Za ultrazvučno-papainsku ekstrakciju kolagena iz riblje krljušti kao optimalni su utvrđeni sljedeći parametri procesa: trajanje ultrazvučne obrade od 4 min, omjer papaina i riblje krljušti 4%, temperatura 60°C i ukupno vrijeme ekstrakcije 5h. U ovim optimalnim uslovima stopa ekstrakcije kolagena dostigla je 90,7%. (Jiang et al. 2011.)

Ultrazvučna ekstrakcija kiseline

U studiji Kim et al. (2012), ekstrakcija kolagena rastvorljivog u kiselinama iz kože japanskog brancina (Lateolabrax japonicus) pokazala je povećan prinos i smanjeno vrijeme ekstrakcije nakon ultrazvučnog tretmana na frekvenciji od 20 kHz u 0,5 M octenoj kiselini. Ekstrakcija ultrazvukom nije promijenila glavne komponente kolagena, tačnije α1, α2 i β lance.

Ultrazvučna ekstrakcija proteina iz ljuske jajeta

Ultrazvučno prethodno obrađeni enzimski hidrolizati imali su bolja funkcionalna svojstva. Za ultrazvučnu ekstrakciju funkcionalnih proteinskih hidrolizata iz ljuske kokošjeg jajeta, poboljšana su svojstva topivosti, emulgiranja, pjene i zadržavanja vode.
Membrana ljuske jajeta je bogat prirodni resurs i sastoji se od oko 64 proteina uključujući kolagen tipa I, V i X, lizozim, osteopontin i sijaloprotein. Ovo čini ljuske jaja zanimljivom sirovinom za ekstrakciju proteina. Uz ultrazvučnu ekstrakciju, oslobađanje proteina i funkcionalnost mogu se značajno poboljšati što rezultira brzim, efikasnim i ekonomičnim procesom.

Ultrazvučno potpomognuta alkalna ekstrakcija

da ekstrahuje i rastvori ove proteine
Za ekstrakciju proteina iz membrane ljuske jajeta, ultrazvučno-alkalni tretman je rezultirao prinosom solubiliziranog proteina blizu 100% ukupnog proteina membrane ljuske jajeta. Ultrazvučna kavitacija je odvojila veće proteinske nakupine od membrane ljuske jajeta i olakšala solubilizaciju njenih jedinjenja. Struktura i svojstva proteina nisu oštećeni ultrazvukom i ostali su netaknuti. Antioksidativna svojstva proteina bila su ista za alkalni tretman uz pomoć ultrazvuka i konvencionalnu ekstrakciju.

Ultrazvučna ekstrakcija želatina

Smrznute i na zraku osušene kože poljona tretirane su hladnim fiziološkim, alkalnim i kiselim otopinama kako bi se odvojilo kolagensko tkivo i ekstrahirao želatin denaturacijom kolagena na 45°C četiri sata uz tretman ultrazvukom kao pomoć pri procesu. Procijenjeni su prinos želatina, pH, bistrina, čvrstoća gela i viskoelastična svojstva, kao i raspodjela molekulske mase određena PAGE-SDS metodom. Želatin ekstrahovan u vodenom kupatilu na 45°C četiri sata je korišćen kao kontrola. Tretman snažnim ultrazvukom povećao je prinos ekstrakcije za 11,1% u poređenju sa kontrolom dok je jačina gela smanjena za 7%. Temperatura geliranja je takođe bila niža kod želatina ekstrahovanog ultrazvukom (4,2°C). Ovo ponašanje je povezano sa razlikama u distribuciji molekulske mase polipeptidnih kolutova u želatini. Snažna ultrazvučna ekstrakcija može se koristiti za povećanje ekstrakcije želatina iz smrznute i na zraku sušene riblje kože. (Olson et al. 2005.)

Industrijski ultrazvučni sistemi

Hielscher Ultrasonics isporučuje moćne ultrazvučne sisteme od laboratorijskih do stonih i industrijskih razmjera. Da bi se osigurao optimalan izlaz ekstrakcije, pouzdana sonikacija pod zahtjevnim uvjetima može se izvoditi kontinuirano. Svi industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo velike amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Kontaktirajte nas danas sa vašim zahtjevima procesa! Biće nam drago da Vam preporučimo odgovarajući ultrazvučni sistem za Vaš proces!