Ultralyd kollagen ekstraktion

• Kollagen er rig på proteiner og bruges i vid udstrækning i mange industrielle anvendelser, f.eks. fødevarer, lægemidler, tilsætningsstoffer osv.
• Sonikering kan let kombineres med enzymatisk eller syreekstraktion af kollagen.
• Implementeringen af ultralyd i kollagenekstraktionsprocessen resulterer i højere udbytter og hurtigere ekstraktion.

Ultralydseffekter på kollagenekstraktion

Ultralyd med høj intensitet bruges i vid udstrækning til at forbedre masseoverførsel i våde processer, f.eks. ekstraktion, sonokemi osv. Ekstraktionen (også kendt som kollagenisolering) af kollagen kan forbedres betydeligt ved ultralydsbehandling. Sonikering hjælper under spaltningen af kollagensubstratet, åbner kollagenfibrillerne, således at enzymatisk hydrolyse eller syrebehandling lettes.

Ultralydassisteret enzymatisk ekstraktion

Sonikering er kendt for sin evne til at øge enzymaktiviteten. Denne effekt er baseret på ultralydsdispersion og deagglomerering af pepsinaggregaterne. Homogent dispergerede enzymer giver en øget overflade til masseoverførsel, hvilket er korreleret med højere enzymaktivitet. Desuden åbner de kraftige ultralydsbølger kollagenfibrillerne, så kollagenet frigives.

Ultralyd Pepsin ekstraktion: Pepsin kombineret ultralydbehandling øger udbyttet af kollagen op til ca. 124% og forkorter ekstraktionstiden betydeligt sammenlignet med den konventionelle pepsinhydrolyse. Cirkulær dikroismeanalyse, atomkraftmikroskopi og FTIR viste, at den tredobbelte helixstruktur af det ekstraherede kollagen ikke blev påvirket af sonikering og forblev intakt. (Li et al. 2009) Dette gør den ultralydassisterede pepsinekstraktion yderst praktisk til fødevareindustrien, der tilbyder øgede proteingenvindingshastigheder i en betydeligt kortere behandlingstid.

I en sammenlignende undersøgelse af ultralyd vs. ikke-ultralydsekstraktion af kollagen fra kvægsene, ultralydsbehandlingen (20kHz, pulstilstand 20/20 sek.) overbevist af højere udbytte og effektivitet. Den konventionelle ekstraktion blev udført med pepsin i eddikesyre i 48 timer. Ultralydsekstraktionen blev udført ekstraktion under de samme betingelser, men eksponeringstiderne for sonikering (3 til 24 timer) og pepsin (24 til 45 timer) blev varieret, hvilket resulterede i i alt 48 timers behandling. Den ultralyds-pepsinekstraktion viste overlegen effektivitet af kollagenekstraktion og nåede et udbytte på 6,2%, når det konventionelle ekstraktionsudbytte var 2,4%. De bedste resultater blev opnået ved en ultralydsekstraktionstid ved hjælp af 18 timer. Det ekstraherede kollagen viste en ubeskadiget kontinuerlig helixstruktur, god opløselighed og ret høj termisk stabilitet. Dette betyder, at en ultralyd-pepsinekstraktion forbedrede effektiviteten af ekstraktionen af naturligt kollagen uden at skade kvaliteten af det resulterende kollagen. (Ran og Wang 2014)

Ultralyd Papain ekstraktion: Kollagen fra fiskeskæl kan effektivt ekstraheres ved papainhydrolyse kombineret med ultralydsforbehandling. Til ultralyd-papain ekstraktion af kollagen fra fiskeskæl blev følgende procesparametre fundet som optimale: ultralydsforbehandlingsvarighed på 4 minutter, forholdet mellem papain og fiskeskæl 4%, temperatur 60 °C og total ekstraktionstid på 5 timer. Under disse optimale forhold nåede ekstraktionshastigheden af kollagen 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Ultralydassisteret syreekstraktion

I en undersøgelse af Kim et al. (2012) viste ekstraktionen af syreopløseligt kollagen fra huden på japansk havaborre (Lateolabrax japonicus) øget udbytte og reduceret ekstraktionstid efter ultralydsbehandling med en frekvens på 20 kHz i 0,5 M eddikesyre. Ekstraktion med ultralyd ændrede ikke hovedkomponenterne i kollagenet, mere specifikt α1-, α2- og β-kæderne.

Ultralydsekstraktion af protein fra æggeskaller

Ultralydsforbehandlede enzymatiske hydrolysater havde bedre funktionelle egenskaber. Til ultralydsekstraktion af funktionelle proteinhydrolysater fra kyllingægskal forbedres opløselighed, emulgering, skumdannelse og vandholdende egenskaber.
Æggeskalsmembran er en rigelig naturressource og består af omkring 64 proteiner, herunder Type I, V og X kollagen, lysozym, osteopontin og sialoprotein. Dette gør æggeskaller til et interessant råmateriale til udvinding af proteiner. Med ultralydsekstraktion kan proteinfrigivelsen og funktionaliteten forbedres betydeligt, hvilket resulterer i en hurtig, effektiv og økonomisk proces.

Ultralydassisteret alkaliekstraktion

at udvinde og opløse disse proteiner
Til proteinekstraktionen fra æggeskalsmembranen resulterede ultralyds-alkalibehandlingen i et opløseligt proteinudbytte tæt på 100 % af det samlede æggeskalsmembranprotein. Ultralydskavitation løsnede større proteinklumper fra æggeskalsmembranen og lettede opløseligheden af dens forbindelser. Proteinstrukturen og egenskaberne blev ikke beskadiget af sonikering og forblev intakte. Proteinernes antioxidantegenskaber var de samme for ultralydsassisteret alkalisk behandling og konventionel ekstraktion.

Ultralyd gelatine ekstraktion

Frosne og lufttørrede sejskind blev behandlet med koldt saltvand, alkaliske og sure opløsninger for at adskille kollagenvæv og ekstrahere gelatine ved kollagendenaturering ved 45°C i fire timer med en ultralydsbehandling som proceshjælpemiddel. Gelatineudbytte, pH, klarhed, gelstyrke og viskoelastiske egenskaber samt molekylvægtsfordeling bestemt ved PAGE-SDS-metoden blev evalueret. Gelatine ekstraheret i et vandbad ved 45 °C i fire timer blev brugt som kontrol. Ultralydsbehandlingen øgede ekstraktionsudbyttet med 11,1 % sammenlignet med kontrollen, mens gelstyrken faldt 7 %. Geleringstemperaturen var også lavere i ultralydekstraheret gelatine (4,2 °C). Denne adfærd er relateret til forskelle i molekylvægtfordeling af polypeptidspoler i gelatiner. Power ultralydsekstraktion kan bruges til at øge gelatineekstraktion fra frosne og lufttørrede fiskeskind. (Olson et al. 2005)

Industrielle ultralydssystemer

Hielscher Ultrasonics leverer kraftfulde ultralydssystemer fra laboratorie til bordplade og industriel skala. For at sikre optimal ekstraktionseffekt kan pålidelig sonikering under krævende forhold udføres kontinuerligt. Alle industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Kontakt os venligst i dag med dine proceskrav! Vi vil med glæde anbefale dig et passende ultralydssystem til din proces!