Υπερήχων εκχύλιση κολλαγόνου
- Το κολλαγόνο είναι πλούσιο σε πρωτεΐνες και χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλαπλές βιομηχανικές εφαρμογές, π.χ. τρόφιμα, φαρμακευτικά προϊόντα, πρόσθετα κ.λπ.
- Κατεργασία με υπερήχους μπορεί εύκολα να συνδυαστεί με ενζυματική ή όξινη εκχύλιση κολλαγόνου.
- Η εφαρμογή των υπερήχων στη διαδικασία εκχύλισης κολλαγόνου έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερες αποδόσεις και ταχύτερη εκχύλιση.
Υπερήχων επιδράσεις στην εκχύλιση κολλαγόνου
Ο υπέρηχος υψηλής έντασης χρησιμοποιείται ευρέως για τη βελτίωση της μεταφοράς μάζας σε υγρές διεργασίες, π.χ. εκχύλιση, sonochemistry κ.λπ. Η εκχύλιση (επίσης γνωστή ως απομόνωση κολλαγόνου) του κολλαγόνου μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με υπερηχητική θεραπεία. Βοηθήματα κατεργασίας με υπερήχους κατά τη διάσπαση του υποστρώματος κολλαγόνου, ανοίγει τα ινίδια κολλαγόνου, διευκολύνεται έτσι η ενζυματική υδρόλυση ή η επεξεργασία με οξύ.
Υπερήχων υποβοηθούμενη ενζυματική εκχύλιση
Κατεργασία με υπερήχους είναι γνωστή για την ικανότητά της να αυξάνει την ενζυμική δραστηριότητα. Αυτό το αποτέλεσμα βασίζεται στην υπερηχητική διασπορά και αποσυσσωμάτωση των συσσωματωμάτων πεψίνης. Τα ομοιογενώς διασκορπισμένα ένζυμα προσφέρουν αυξημένη επιφάνεια για μεταφορά μάζας, η οποία συσχετίζεται με υψηλότερη ενζυμική δραστηριότητα. Επιπλέον, τα ισχυρά κύματα υπερήχων ανοίγουν τα ινίδια κολλαγόνου έτσι ώστε το κολλαγόνο να απελευθερώνεται.
Υπερήχων πεψίνη εκχύλιση: Η πεψίνη σε συνδυασμό με υπερήχους αυξάνει την απόδοση του κολλαγόνου μέχρι περίπου 124% και μειώνει σημαντικά το χρόνο εκχύλισης σε σύγκριση με τη συμβατική υδρόλυση πεψίνης. Η κυκλική ανάλυση διχρωισμού, η μικροσκοπία ατομικής δύναμης και το FTIR απέδειξαν ότι η δομή τριπλής έλικας του εκχυλισμένου κολλαγόνου δεν επηρεάστηκε από υπερήχους και παρέμεινε άθικτη. (Li et al. 2009) Αυτό καθιστά την υπερηχητικά υποβοηθούμενη εκχύλιση πεψίνης ιδιαίτερα πρακτική για τη βιομηχανία τροφίμων προσφέροντας αυξημένα ποσοστά ανάκτησης πρωτεϊνών σε σημαντικά μικρότερο χρόνο επεξεργασίας.
Σε μια συγκριτική μελέτη υπερήχων vs. μη υπερήχων εκχύλιση κολλαγόνου από τένοντα βοοειδών, η θεραπεία υπερήχων (20kHz, λειτουργία παλμού 20/20 sec.) πεπεισμένος από υψηλότερη απόδοση και αποτελεσματικότητα. Η συμβατική εκχύλιση πραγματοποιήθηκε με πεψίνη σε οξικό οξύ για 48 ώρες. Η εκχύλιση με υπερήχους πραγματοποιήθηκε εκχύλιση υπό τις ίδιες συνθήκες, αλλά οι χρόνοι έκθεσης σε υπερήχους (3 έως 24 ώρες) και πεψίνη (24 έως 45 ώρες) ποικίλει, με αποτέλεσμα συνολικά 48 ώρες θεραπείας. Η εκχύλιση υπερήχων-πεψίνης έδειξε ανώτερη αποτελεσματικότητα της εκχύλισης κολλαγόνου, φθάνοντας σε απόδοση 6,2%, όταν η συμβατική απόδοση εκχύλισης ήταν 2,4%. Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτεύχθηκαν σε χρόνο εκχύλισης με υπερήχους χρησιμοποιώντας 18 ώρες. Το εκχυλισμένο κολλαγόνο έδειξε μια άθικτη συνεχή δομή έλικας, καλή διαλυτότητα και αρκετά υψηλή θερμική σταθερότητα. Αυτό σημαίνει ότι μια εκχύλιση υπερήχων-πεψίνης βελτίωσε την αποτελεσματικότητα της εκχύλισης φυσικού κολλαγόνου χωρίς να βλάψει την ποιότητα του προκύπτοντος κολλαγόνου. (Ran και Wang 2014)
Υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση οξέος
Σε μια μελέτη των Kim et al. (2012), η εκχύλιση όξινου διαλυτού κολλαγόνου από το δέρμα του ιαπωνικού λαβρακιού (Lateolabrax japonicus) έδειξε αυξημένη απόδοση και μειωμένο χρόνο εκχύλισης μετά από υπερηχητική θεραπεία με συχνότητα 20 kHz σε οξικό οξύ 0,5 M. Η εξαγωγή με υπερήχους δεν αλλοίωσε τα κύρια συστατικά του κολλαγόνου, πιο συγκεκριμένα τις α1, α2 και β αλυσίδες.
Υπερήχων εκχύλιση πρωτεΐνης από κελύφη αυγών
Υπερήχων προ-επεξεργασμένα ενζυματικά υδρόλυση είχαν καλύτερες λειτουργικές ιδιότητες. Για την εκχύλιση με υπερήχους λειτουργικών προϊόντων υδρόλυσης πρωτεϊνών από κέλυφος αυγού κοτόπουλου, βελτιώνονται η διαλυτότητα, η γαλακτωματοποίηση, ο αφρισμός και οι ιδιότητες συγκράτησης νερού.
Η μεμβράνη του κελύφους των αυγών είναι ένας άφθονος φυσικός πόρος και αποτελείται από περίπου 64 πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένου του κολλαγόνου τύπου Ι, V και Χ, της λυσοζύμης, της οστεοποντίνης και της σιαλοπρωτεΐνης. Αυτό καθιστά τα κελύφη των αυγών μια ενδιαφέρουσα πρώτη ύλη για την εκχύλιση πρωτεϊνών. Με την εκχύλιση με υπερήχους, η απελευθέρωση πρωτεϊνών και η λειτουργικότητα μπορούν να βελτιωθούν σημαντικά με αποτέλεσμα μια γρήγορη, αποτελεσματική και οικονομική διαδικασία.
Υπερηχητικές διαδικασίες: Από εργαστήριο προς βιομηχανικός Κλίμακα
Υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση αλκαλίων
για την εκχύλιση και τη διαλυτοποίηση αυτών των πρωτεϊνών
Για την εκχύλιση πρωτεΐνης από μεμβράνη κελύφους αυγού, η υπερηχητική-αλκαλική θεραπεία είχε ως αποτέλεσμα μια διαλυτοποιημένη πρωτεϊνική απόδοση κοντά στο 100% της συνολικής πρωτεΐνης μεμβράνης κελύφους αυγού. Υπερήχων σπηλαίωση αποσπασμένες μεγαλύτερες πρωτεΐνες συστάδες από τη μεμβράνη του κελύφους των αυγών και διευκόλυνε τη διαλυτοποίηση των ενώσεών της. Η πρωτεϊνική δομή και οι ιδιότητες δεν υπέστησαν βλάβη από υπερήχους και παρέμειναν άθικτες. Οι αντιοξειδωτικές ιδιότητες των πρωτεϊνών ήταν οι ίδιες για την αλκαλική θεραπεία με υπερήχους και τη συμβατική εκχύλιση.
Υπερήχων ζελατίνη εκχύλιση
Τα κατεψυγμένα και αποξηραμένα στον αέρα δέρματα μπακαλιάρου υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με κρύο αλατούχο, αλκαλικό και όξινο διάλυμα για τον διαχωρισμό του ιστού κολλαγόνου και την εξαγωγή ζελατίνης με μετουσίωση κολλαγόνου στους 45 ° C για τέσσερις ώρες με επεξεργασία υπερήχων ισχύος ως βοηθητικό μέσο επεξεργασίας. Αξιολογήθηκαν η απόδοση ζελατίνης, το pH, η διαύγεια, η ισχύς πηκτής και οι ιξωδοελαστικές ιδιότητες καθώς και η κατανομή μοριακού βάρους που προσδιορίστηκε με τη μέθοδο PAGE-SDS. Η ζελατίνη που εκχυλίστηκε σε υδατόλουτρο στους 45°C για τέσσερις ώρες χρησιμοποιήθηκε ως μάρτυρας. Η θεραπεία με υπερήχους ισχύος αύξησε την απόδοση εκχύλισης κατά 11,1% σε σύγκριση με τον έλεγχο, ενώ η ισχύς της γέλης μειώθηκε κατά 7%. Η θερμοκρασία ζελατινοποίησης ήταν επίσης χαμηλότερη στη ζελατίνη που εκχυλίστηκε με υπερήχους (4,2 ° C). Αυτή η συμπεριφορά σχετίζεται με διαφορές στη μοριακή κατανομή βάρους των πηνίων πολυπεπτιδίων στις ζελατίνες. Η εκχύλιση ισχύος με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της εκχύλισης ζελατίνης από κατεψυγμένα και αποξηραμένα στον αέρα δέρματα ψαριών. (Olson και συν. 2005)
βιομηχανικά συστήματα υπερήχων
Hielscher Υπέρηχοι παρέχει ισχυρά συστήματα υπερήχων από το εργαστήριο σε πάγκο-top και βιομηχανική κλίμακα. Για να εξασφαλιστεί η βέλτιστη παραγωγή εκχύλισης, αξιόπιστη υπερήχηση υπό απαιτητικές συνθήκες μπορεί να εκτελείται συνεχώς. Όλοι οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να παραδώσουν πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Επικοινωνήστε μαζί μας σήμερα με τις απαιτήσεις της διαδικασίας σας! Θα χαρούμε να σας προτείνουμε ένα κατάλληλο σύστημα υπερήχων για τη διαδικασία σας!
Οι υπερηχητικοί ομογενοποιητές υψηλής ισχύος της Hielscher είναι διαθέσιμοι για οποιαδήποτε κλίμακα διαδικασίας – από το εργαστήριο στην παραγωγή.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Álvarez, Κάρλος; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah Α.; Tiwari, Brijesh K. (2018): Βελτιστοποιημένη ανάκτηση πρωτεϊνών από ολόκληρο το σκουμπρί με χρήση εκχύλισης διαδοχικού οξέος / αλκαλικής ισοηλεκτρικής διαλυτοποίησης (ISP) υποβοηθούμενη από υπερήχους. LWT – Επιστήμη και Τεχνολογία Τροφίμων Τόμος 88, Φεβρουάριος 2018. 210-216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): Βελτιστοποίηση της εκχύλισης λειτουργικών προϊόντων υδρόλυσης πρωτεϊνών από μεμβράνη κελύφους αυγού κοτόπουλου (ESM) με υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση (ΗΑΕ) και ενζυματική υδρόλυση. LWT – Food Science and Technology Vol. 69, Ιούνιος 2016. 295-302.
- Kim, Χ.Κ.; Kim, Y.H.; Κιμ, Y.J.; Πάρκο, H.J.; Lee, NH (2012): Επιδράσεις της υπερηχητικής θεραπείας στην εκχύλιση κολλαγόνου από δέρματα του λαβρακιού Lateolabrax japonicus. Αλιευτική Επιστήμη Τόμος 78, Τεύχος 78; 2013. 485-490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Υπερηχητική ακτινοβολία στην ενζυματική εκχύλιση κολλαγόνου. Υπερήχων Sonochemistry τόμος 16, τεύχος 5; 2009. 605-609.
- Olson, D.A., Avena Bustillos, R.D., Olsen, C.W., Chiou, Β., Yee, Ε., Bower, C.K., Bechtel, P.J., Pan, Z., Mc Hugh, T.H. (2005): Αξιολόγηση υπερήχων ισχύος ως βοηθητικό μέσο επεξεργασίας για την εκχύλιση ζελατίνης ψαριών. Περίληψη συνεδρίασης αριθ. 71C-26. Ετήσια συνάντηση IFT. Ιούλιος 2005. Νέα Ορλεάνη, Λος Άντζελες.
- Ran, X.G.; Wang, L.Y. (2014): Χρήση θεραπείας με υπερήχους και πεψίνη σε συνδυασμό για εκχύλιση κολλαγόνου από υποπροϊόντα της βιομηχανίας κρέατος. Εφημερίδα της Επιστήμης των Τροφίμων και της Γεωργίας 94 (3), 2014. 585-590.
- Schmidt, Μ.Μ.; Dornelles, R.C.P.; Mello, Ρ.Ο.; Kubota, Ε.Η.; Mazutti, Μ.Α.; Kempka, Α.Ρ.; Demiate, I.M. (2016): Διαδικασία εκχύλισης κολλαγόνου. Διεθνές περιοδικό έρευνας τροφίμων 23 (3), 2016. 913-922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Walter; Motta, Antonella; Migliaresi, Claudio; Aramwit, Pornanong (2016): Οι επιδράσεις του στελέχους μεταξιού Bombyx mori και του χρόνου εκχύλισης στα μοριακά και βιολογικά χαρακτηριστικά της σερικίνης. Βιοεπιστήμη, Βιοτεχνολογία, και Βιοχημεία Vol. 80 , Iss. 2, 2016. 241-249.
- Zeng, J.N.; Jiang, B.Q.; Xiao, Z.Q., Li, S.H. (2011): Εκχύλιση κολλαγόνου από λέπια ψαριών με παπαΐνη υπό υπερηχητική προεπεξεργασία. Advanced Materials Research, Τόμος 366, 2011. 421-424.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
κολλαγόνο
Το κολλαγόνο είναι η κύρια δομική πρωτεΐνη στον εξωκυτταρικό χώρο στους διάφορους συνδετικούς ιστούς στα ζωικά σώματα. Ως το κύριο συστατικό του συνδετικού ιστού, είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη στα θηλαστικά,[1] που αποτελεί από το 25% έως το 35% της περιεκτικότητας σε πρωτεΐνες ολόκληρου του σώματος. Το κολλαγόνο αποτελείται από αμινοξέα τυλιγμένα μαζί για να σχηματίσουν τριπλές έλικες για να σχηματίσουν επιμήκη ινίδια. Οι υψηλότερες ποσότητες κολλαγόνου υπάρχουν σε ινώδεις ιστούς όπως οι τένοντες, οι σύνδεσμοι και το δέρμα. Υπάρχουν τρεις τύποι κολλαγόνου που πρέπει να διακριθούν:
Κολλαγόνο τύπου Ι: παρέχει το 90% της πρωτεΐνης στο δέρμα, τα μαλλιά, τα νύχια, τα όργανα, τα οστά, τους συνδέσμους
Κολλαγόνο τύπου ΙΙ: παρέχει 50-60% πρωτεΐνης στον χόνδρο, 85-90% κολλαγόνου στον αρθρικό χόνδρο
Κολλαγόνο τύπου III: Παρέχει πρωτεΐνες σε ινώδη πρωτεΐνη στα οστά, τους χόνδρους, την οδοντίνη, τον τένοντα και άλλους συνδετικούς ιστούς
Κολλαγόνο στο σώμα
Κάθε ένας από τους τρεις τύπους κολλαγόνου αποτελείται από διαφορετικές πρωτεΐνες που εκπληρώνουν διαφορετικούς σκοπούς στο σώμα. Οι τύποι κολλαγόνου Ι και ΙΙΙ είναι και τα δύο κύρια συστατικά του δέρματος, των μυών, των οστών, των μαλλιών και των νυχιών. Απαιτούνται για την υγεία, την ανάπτυξη και την ανοικοδόμησή τους. Το κολλαγόνο τύπου ΙΙ βρίσκεται κυρίως στον χόνδρο και τις αρθρώσεις.
Το κολλαγόνο τύπου Ι και ΙΙΙ περιέχει 19 αμινοξέα τα οποία θεωρούνται απαραίτητα αμινοξέα. Παράγονται από ινοβλάστες (κύτταρα στους συνδετικούς ιστούς) και οστεοβλάστες (κύτταρα που παράγουν οστά). Οι πιο σημαντικές πρωτεΐνες στο κολλαγόνο τύπου Ι και ΙΙΙ περιλαμβάνουν γλυκίνη, προλίνη, αλανίνη και υδροξυπρολίνη. Ο τύπος ΙΙΙ είναι μια ινώδης σκληροπρωτεΐνη.
Η γλυκίνη είναι το αμινοξύ με την υψηλότερη ποσότητα κολλαγόνου. Η προλίνη είναι ένα μη απαραίτητο αμινοξύ, το οποίο μπορεί να συντεθεί από γλυκίνη και συμβάλλει στις αρθρώσεις και τους τένοντες. Η υδροξυπρολίνη είναι ένα αμινοξύ που συμβάλλει στη σταθερότητα του κολλαγόνου. Η αλανίνη είναι ένα αμινοξύ σημαντικό για τη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών.
Όπως ο τύπος Ι και ΙΙΙ, το κολλαγόνο τύπου ΙΙ σχηματίζει ινίδια. Αυτό το ινώδες δίκτυο κολλαγόνου είναι σημαντικό στον χόνδρο αφού επιτρέπει την παγίδευση πρωτεογλυκανών. Επιπλέον, παρέχει αντοχή εφελκυσμού στον ιστό.
Πηγές και χρήσεις
Το κολλαγόνο είναι μια ινώδης πρωτεΐνη που υπάρχει άφθονα στον συνδετικό ιστό των θηλαστικών, π.χ. βοοειδή, χοίροι. Το περισσότερο κολλαγόνο εξάγεται
από δέρματα και οστά χοίρων και από πηγές βοοειδών. Μια εναλλακτική πηγή για την εκχύλιση κολλαγόνου είναι τα ψάρια και τα πτηνά. Το κολλαγόνο χρησιμοποιείται ευρέως σε τρόφιμα, συμπληρώματα διατροφής, φαρμακευτικά / ιατρικά και καλλυντικά μεταξύ άλλων προϊόντων. Η εκχύλιση κολλαγόνου είναι μια αναπτυσσόμενη επιχείρηση, δεδομένου ότι αυτή η πρωτεΐνη μπορεί να αντικαταστήσει συνθετικούς παράγοντες σε διάφορες βιομηχανικές διεργασίες.