Ultrazvučna ekstrakcija kolagena

• Kolagen je bogat proteinima i široko se koristi u mnogobrojnim industrijskim primjenama, npr. u prehrani, farmaciji, kao aditiv itd.
• Ultrazvučna obrada (sonikacija) može se jednostavno kombinirati s enzimskom ili kiselinskom ekstrakcijom kolagena.
• Primjena ultrazvuka u procesu ekstrakcije kolagena rezultira većim prinosima i bržom ekstrakcijom.

Ultrazvučni učinci na ekstrakciju kolagena

Ultrazvuk visokog intenziteta široko se koristi za poboljšanje prijenosa mase u mokrim procesima, npr. u ekstrakciji, sonohemiji itd. Ekstrakcija kolagena (poznata i kao izolacija kolagena) može se znatno poboljšati ultrazvučnom obradom. Sonikacija pomaže pri cijepanju supstrata kolagena i otvara fibrile kolagena, čime se olakšavaju enzimska hidroliza ili obrada kiselinom.

Ultrazvučno potpomognuta enzimska ekstrakcija

Sonikacija je poznata po svojoj sposobnosti da poveća aktivnost enzima. Taj se učinak temelji na ultrazvučnoj disperziji i deaglomeraciji agregata pepsina. Homogeno dispergirani enzimi nude povećanu površinu za prijenos mase, što je povezano s većom aktivnošću enzima. Osim toga, snažni ultrazvučni valovi otvaraju fibrile kolagena, tako da se kolagen oslobađa.

Ultrazvučna ekstrakcija pepsinom: Pepsin u kombinaciji s ultrazvučnom obradom povećava prinos kolagena do otprilike 124% i znatno skraćuje vrijeme ekstrakcije u usporedbi s konvencionalnom hidrolizom pepsinom. Analiza cirkularnog dikroizma, mikroskopija atomskih sila i FTIR dokazali su da sonikacija nije utjecala na strukturu trostruke uzvojnice ekstrahiranog kolagena i da je ona ostala netaknuta. (Li et al. 2009) Zbog toga je ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija pepsinom vrlo praktična za prehrambenu industriju jer nudi veće stope iskorištenja proteina u znatno kraćem vremenu obrade.

U komparativnoj studiji ultrazvučne i neultrazvučne ekstrakcije kolagena iz goveđe tetive ultrazvučna obrada (20kHz, pulsni način rada 20/20 sek.) pokazala se uvjerljivijom zbog većeg prinosa i veće učinkovitosti. Konvencionalna ekstrakcija provedena je pepsinom u octenoj kiselini tijekom 48 sati. Ultrazvučna ekstrakcija provedena je pod istim uvjetima, ali su se vremena izlaganja sonikaciji (3 do 24 h) i pepsinu (24 do 45 sati) varirala, što je rezultiralo ukupno 48 sati obrade. Ultrazvučna ekstrakcija pepsinom pokazala je superiornu učinkovitost ekstrakcije kolagena, uz prinos od 6,2%, dok je prinos konvencionalne ekstrakcije iznosio 2,4%. Najbolji rezultati postignuti su pri vremenu ultrazvučne ekstrakcije od 18 h. Ekstrahirani kolagen pokazao je neoštećenu kontinuiranu spiralnu strukturu, dobru topljivost i prilično visoku toplinsku stabilnost. To znači da je ultrazvučna ekstrakcija pepsinom poboljšala učinkovitost ekstrakcije prirodnog kolagena bez narušavanja kvalitete dobivenog kolagena. (Ran and Wang 2014)

Ultrazvučna ekstrakcija papainom: Kolagen iz riblje krljušti može se učinkovito ekstrahirati hidrolizom papainom u kombinaciji s ultrazvučnim prethodnim tretmanom. Za ultrazvučnu ekstrakciju kolagena iz riblje krljušti papainom kao optimalni su pronađeni sljedeći procesni parametri: trajanje ultrazvučnog prethodnog tretmana od 4 min, omjer papaina i riblje krljušti 4%, temperatura 60°C i ukupno vrijeme ekstrakcije od 5 h. Pod ovim optimalnim uvjetima stopa ekstrakcije kolagena dosegla je 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Ultrazvučno potpomognuta kiselinska ekstrakcija

U studiji Kima i suradnika (2012) ekstrakcija kolagena topljivog u kiselini iz kože japanskog morskog grgeča (Lateolabrax japonicus) pokazala je povećan prinos i skraćeno vrijeme ekstrakcije nakon ultrazvučne obrade na frekvenciji od 20 kHz u 0,5 M octenoj kiselini. Ekstrakcija ultrazvukom nije promijenila glavne komponente kolagena, preciznije α1, α2 i β lance.

Ultrazvučna ekstrakcija proteina iz ljuski jaja

Enzimski hidrolizati prethodno obrađeni ultrazvukom imali su bolja funkcionalna svojstva. Pri ultrazvučnoj ekstrakciji funkcionalnih proteinskih hidrolizata iz ljuske kokošjeg jajeta poboljšavaju se topljivost te emulgirajuća svojstva, svojstva pjenjenja i svojstva zadržavanja vode.
Membrana ljuske jajeta obilan je prirodni resurs i sastoji se od oko 64 proteina, uključujući kolagen tipa I, V i X, lizozim, osteopontin i sijaloprotein. Zbog toga su ljuske jaja zanimljiva sirovina za ekstrakciju proteina. Ultrazvučnom ekstrakcijom oslobađanje proteina i njihova funkcionalnost mogu se znatno poboljšati, što rezultira brzim, učinkovitim i ekonomičnim procesom.

Ultrazvučno potpomognuta alkalna ekstrakcija

da se ekstrahiraju i solubiliziraju ovi proteini
Pri ekstrakciji proteina iz membrane ljuske jajeta ultrazvučno-alkalni tretman rezultirao je prinosom solubiliziranih proteina bliskim 100% ukupnih proteina membrane ljuske jajeta. Ultrazvučna kavitacija odvojila je veće nakupine proteina od membrane ljuske jajeta i olakšala solubilizaciju njezinih sastojaka. Struktura i svojstva proteina nisu oštećeni sonikacijom i ostali su netaknuti. Antioksidativna svojstva proteina bila su ista pri ultrazvučno potpomognutoj alkalnoj obradi i pri konvencionalnoj ekstrakciji.

Ultrazvučna ekstrakcija želatine

Smrznute i na zraku sušene kože polaka tretirane su hladnim slanim, alkalnim i kiselim otopinama kako bi se odvojilo tkivo kolagena i ekstrahirala želatina denaturacijom kolagena na 45°C tijekom četiri sata, uz ultrazvuk velike snage kao pomoćno sredstvo u obradi. Evaluirani su prinos želatine, pH, bistrina, čvrstoća gela i viskoelastična svojstva, kao i distribucija molekulske mase određena metodom PAGE-SDS. Želatina ekstrahirana u vodenoj kupelji na 45°C tijekom četiri sata korištena je kao kontrola. Obrada ultrazvukom velike snage povećala je prinos ekstrakcije za 11,1% u usporedbi s kontrolom, dok se čvrstoća gela smanjila za 7%. Temperatura geliranja također je bila niža u želatini ekstrahiranoj ultrazvukom (4,2°C). Ovo ponašanje povezano je s razlikama u distribuciji molekulske mase polipeptidnih klupka u želatinama. Ekstrakcija ultrazvukom velike snage može se koristiti za povećanje ekstrakcije želatine iz smrznutih i na zraku sušenih ribljih koža. (Olson et al. 2005)

Industrijski ultrazvučni sustavi

Hielscher Ultrasonics isporučuje snažne ultrazvučne sustave od laboratorijskog preko stolnog do industrijskog mjerila. Kako bi se osigurao optimalan izlaz ekstrakcije, pouzdana ultrazvučna obrada u zahtjevnim uvjetima može se provoditi kontinuirano. Svi industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se jednostavno kontinuirano održavati u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Kontaktirajte nas još danas sa svojim zahtjevima procesa! Rado ćemo vam preporučiti prikladan ultrazvučni sustav za vaš proces!