• El colágeno es rico en proteínas y se utiliza ampliamente en múltiples aplicaciones industriales, como alimentación, farmacia, aditivos, etc.
• La sonicación puede combinarse fácilmente con la extracción enzimática o ácida del colágeno.
• La aplicación de ultrasonidos en el proceso de extracción del colágeno permite obtener mayores rendimientos y una extracción más rápida.

Efectos de los ultrasonidos en la extracción de colágeno

Los ultrasonidos de alta intensidad se utilizan ampliamente para mejorar la transferencia de masa en procesos húmedos, como la extracción, la sonoquímica, etc. La extracción (también conocida como aislamiento de colágeno) de colágeno puede mejorarse significativamente mediante tratamiento ultrasónico. La sonicación ayuda durante la escisión del sustrato de colágeno, abre las fibrillas de colágeno, facilitando así la hidrólisis enzimática o el tratamiento ácido.

Extracción enzimática asistida por ultrasonidos

La sonicación es conocida por su capacidad de aumentar la actividad enzimática. Este efecto se basa en la dispersión ultrasónica y la desaglomeración de los agregados de pepsina. Las enzimas homogéneamente dispersas ofrecen una mayor superficie para la transferencia de masa, lo que se correlaciona con una mayor actividad enzimática. Además, las potentes ondas ultrasónicas abren las fibrillas de colágeno para que éste se libere.

Extracción ultrasónica de pepsina: La pepsina combinada con la ultrasonicación aumenta el rendimiento del colágeno hasta aproximadamente un 124% y acorta significativamente el tiempo de extracción en comparación con la hidrólisis convencional con pepsina. Los análisis de dicroísmo circular, microscopía de fuerza atómica y FTIR demostraron que la estructura de triple hélice del colágeno extraído no se vio afectada por la sonicación y permaneció intacta. (Li et al. 2009) Esto hace que la extracción de pepsina asistida por ultrasonidos sea muy práctica para la industria alimentaria, ofreciendo mayores tasas de recuperación de proteínas en un tiempo de procesamiento significativamente más corto.

En un estudio comparativo de la extracción ultrasónica frente a la no ultrasónica de colágeno a partir de tendón bovino, el tratamiento con ultrasonidos (20 kHz, modo de pulso 20/20 seg.) convenció por su mayor rendimiento y eficacia. La extracción convencional se realizó con pepsina en ácido acético durante 48 horas. La extracción ultrasónica se realizó en las mismas condiciones, pero se variaron los tiempos de exposición a la sonicación (de 3 a 24 h) y a la pepsina (de 24 a 45 horas), resultando un total de 48 horas de tratamiento. La extracción con ultrasonidos y pepsina mostró una eficacia superior en la extracción de colágeno, alcanzando un rendimiento del 6,2%, cuando el rendimiento de la extracción convencional fue del 2,4%. Los mejores resultados se lograron con un tiempo de extracción ultrasónica de 18 h. El colágeno extraído mostró una estructura de hélice continua intacta, buena solubilidad y una estabilidad térmica bastante alta. Esto significa que la extracción ultrasónica con pepsina mejoró la eficiencia de la extracción de colágeno natural sin dañar la calidad del colágeno resultante. (Ran y Wang 2014)

Extracción ultrasónica de papaína: El colágeno de las escamas de pescado puede extraerse eficazmente mediante hidrólisis de papaína combinada con pretratamiento ultrasónico. Para la extracción del colágeno de las escamas de pescado mediante ultrasonidos y papaína se consideraron óptimos los siguientes parámetros del proceso: duración del pretratamiento ultrasónico de 4 minutos, proporción de papaína respecto a las escamas de pescado del 4%, temperatura de 60°C y tiempo total de extracción de 5 horas. En estas condiciones óptimas, la tasa de extracción de colágeno alcanzó el 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Extracción de ácidos asistida por ultrasonidos

En un estudio de Kim et al. (2012), la extracción de colágeno soluble en ácido de la piel de lubina japonesa (Lateolabrax japonicus) mostró un mayor rendimiento y un menor tiempo de extracción tras el tratamiento con ultrasonidos a una frecuencia de 20 kHz en ácido acético 0,5 M. La extracción con ultrasonidos no alteró los principales componentes del colágeno, más concretamente las cadenas α1, α2 y β.

Extracción ultrasónica de proteínas de la cáscara de huevo

Los hidrolizados enzimáticos pretratados por ultrasonidos presentaban mejores propiedades funcionales. En el caso de la extracción por ultrasonidos de hidrolizados proteicos funcionales de cáscara de huevo de gallina, se mejoran las propiedades de solubilidad, emulsionantes, espumantes y de retención de agua.
La membrana de la cáscara de huevo es un recurso natural abundante y consta de unas 64 proteínas, entre ellas colágeno de tipo I, V y X, lisozima, osteopontina y sialoproteína. Esto convierte a la cáscara de huevo en una materia prima interesante para la extracción de proteínas. Con la extracción por ultrasonidos, la liberación y la funcionalidad de las proteínas pueden mejorarse significativamente, lo que resulta en un proceso rápido, eficaz y económico.

Extracción alcalina asistida por ultrasonidos

extraer y solubilizar estas proteínas
Para la extracción de proteínas de la membrana de la cáscara de huevo, el tratamiento ultrasónico-álcali dio lugar a un rendimiento de proteínas solubilizadas cercano al 100% del total de proteínas de la membrana de la cáscara de huevo. La cavitación ultrasónica desprendió los grumos de proteínas más grandes de la membrana de la cáscara de huevo y facilitó la solubilización de sus compuestos. La estructura y las propiedades de las proteínas no resultaron dañadas por la sonicación y permanecieron intactas. Las propiedades antioxidantes de las proteínas fueron las mismas en el tratamiento alcalino asistido por ultrasonidos y en la extracción convencional.

Extracción ultrasónica de gelatina

Se trataron pieles de abadejo congeladas y secadas al aire con soluciones salinas frías, alcalinas y ácidas para separar el tejido colágeno y extraer gelatina mediante desnaturalización del colágeno a 45°C durante cuatro horas con un tratamiento de ultrasonidos de potencia como ayuda para el procesado. Se evaluaron el rendimiento de gelatina, el pH, la claridad, la fuerza del gel y las propiedades viscoelásticas, así como la distribución del peso molecular determinada por el método PAGE-SDS. La gelatina extraída en un baño de agua a 45°C durante cuatro horas se utilizó como control. El tratamiento con ultrasonidos de potencia aumentó el rendimiento de extracción en un 11,1% en comparación con el control, mientras que la resistencia del gel disminuyó un 7%. La temperatura de gelificación también fue inferior en la gelatina extraída por ultrasonidos (4,2°C). Este comportamiento está relacionado con las diferencias en la distribución del peso molecular de las bobinas polipeptídicas en las gelatinas. La extracción por ultrasonidos de potencia puede utilizarse para aumentar la extracción de gelatina de pieles de pescado congeladas y secadas al aire. (Olson et al. 2005)

sistemas ultrasónicos industriales

Hielscher Ultrasonics suministra potentes sistemas de ultrasonidos de laboratorio, de sobremesa y a escala industrial. Para garantizar un rendimiento de extracción óptimo, se puede realizar una sonicación fiable en condiciones exigentes de forma continua. Todos los procesadores ultrasónicos industriales pueden proporcionar amplitudes muy elevadas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en servicio pesado y en entornos exigentes.
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