Ultraheli kollageeni ekstraheerimine
- Kollageen on rikas valkude poolest ja seda kasutatakse laialdaselt mitmesugustes tööstuslikes rakendustes, nt toidus, farmaatsias, lisandites jne.
- Sonikatsiooni saab kergesti kombineerida kollageeni ensümaatilise või happelise ekstraheerimisega.
- Ultraheli rakendamine kollageeni ekstraheerimisprotsessi toob kaasa suurema saagikuse ja kiirema ekstraheerimise.
Ultraheli mõju kollageeni ekstraheerimisele
Suure intensiivsusega ultraheli kasutatakse laialdaselt massiülekande parandamiseks märgades protsessides, nt ekstraheerimine, sonokeemia jne. Kollageeni ekstraheerimist (tuntud ka kui kollageeni isoleerimist) saab ultraheliravi abil oluliselt parandada. Sonikatsiooni abivahendid kollageeni substraadi lõhustamise ajal avavad kollageeni fibrillid, seega hõlbustatakse ensümaatilist hüdrolüüsi või happe töötlemist.
Ultraheli abil ensümaatiline ekstraheerimine
Sonikatsioon on tuntud oma võime kohta suurendada ensüümi aktiivsust. See efekt põhineb pepsiini agregaatide ultraheli dispersioonil ja deagglomeratsioonil. Homogeenselt dispergeeritud ensüümid pakuvad massiülekandeks suuremat pinda, mis on korrelatsioonis kõrgema ensüümi aktiivsusega. Lisaks avavad võimsad ultrahelilained kollageeni fibrillid nii, et kollageen vabaneb.
Ultraheli pepsiini ekstraheerimine: Pepsiin kombineeritud ultraheli suurendab kollageeni saagist kuni umbes 124% -ni ja lühendab oluliselt ekstraheerimisaega võrreldes tavapärase pepsiini hüdrolüüsiga. Ümmarguse dikroismi analüüs, aatomjõu mikroskoopia ja FTIR tõestasid, et ultrahelitöötlus ei mõjutanud ekstraheeritud kollageeni kolmekordset heeliksi struktuuri ja jäi puutumata. (Li et al. 2009) See muudab ultraheli abil pepsiini ekstraheerimise toiduainetööstusele väga praktiliseks, pakkudes suurenenud valgu taastumiskiirust oluliselt lühema töötlemisaja jooksul.
Veise kõõluse kollageeni ultraheli vs mitte-ultraheli ekstraheerimise võrdlevas uuringus on ultraheliravi (20 kHz, impulsi režiim 20/20 sek) veendunud suurema saagise ja efektiivsusega. Tavapärane ekstraheerimine viidi läbi pepsiiniga äädikhappes 48 tundi. Ultraheli ekstraheerimine viidi läbi ekstraheerimine samadel tingimustel, kuid ultrahelitöötluse (3 kuni 24 h) ja pepsiini (24 kuni 45 tundi) kokkupuuteajad varieerusid, mille tulemuseks oli kokku 48 tundi ravi. Ultraheli-pepsiini ekstraheerimine näitas kollageeni ekstraheerimise paremat efektiivsust, saavutades saagise 6,2%, kui tavapärase ekstraheerimise saagis oli 2,4%. Parimad tulemused saavutati ultraheli ekstraheerimise ajal, kasutades 18 tundi. Ekstraheeritud kollageen näitas kahjustamata pidevat heeliksi struktuuri, head lahustuvust ja üsna kõrget termilist stabiilsust. See tähendab, et ultraheli-pepsiini ekstraheerimine parandas loodusliku kollageeni ekstraheerimise efektiivsust, kahjustamata saadud kollageeni kvaliteeti. (Ran ja Wang 2014)
Ultraheli abil happe ekstraheerimine
(2012) näitas happes lahustuva kollageeni ekstraheerimine Jaapani meriahvena (Lateolabrax japonicus) nahast suurenenud saagist ja vähenenud ekstraheerimisaega pärast ultraheliravi sagedusega 20 kHz 0,5 M äädikhappes. Ultraheliga ekstraheerimine ei muutnud kollageeni peamisi komponente, täpsemalt α1, α2 ja β ahelaid.
Valgu ultraheli ekstraheerimine munakoorest
Ultraheli eeltöödeldud ensümaatilistel hüdrolüsaatidel olid paremad funktsionaalsed omadused. Kana munakoorest funktsionaalsete valguhüdrolüsaatide ultraheli ekstraheerimiseks paranevad lahustuvus, emulgeerivad, vahutavad ja vett hoidvad omadused.
Munakoore membraan on rikkalik loodusvara ja koosneb umbes 64 valgust, sealhulgas I, V ja X tüüpi kollageenist, lüsosüümist, osteopontiinist ja sialoproteiinist. See muudab munakoored huvitavaks tooraineks valkude ekstraheerimiseks. Ultraheli ekstraheerimisega saab valgu vabanemist ja funktsionaalsust oluliselt parandada, mille tulemuseks on kiire, tõhus ja ökonoomne protsess.
Ultraheli abil leelise ekstraheerimine
nende valkude ekstraheerimiseks ja lahustamiseks
Munakoore membraanist valgu ekstraheerimiseks põhjustas ultraheli-leelisega töötlemine lahustunud valgu saagise, mis oli peaaegu 100% kogu munakoore membraani valgust. Ultraheli kavitatsioon eraldas munakoore membraanist suuremad valgud ja hõlbustas selle ühendite lahustumist. Valgu struktuur ja omadused ei olnud ultrahelitöötlusega kahjustatud ja jäid puutumata. Valkude antioksüdantide omadused olid samad ultraheli abil leeliselise ravi ja tavapärase ekstraheerimise puhul.
Ultraheli želatiini ekstraheerimine
Külmutatud ja õhu käes kuivatatud pollock-nahku töödeldi külma soolalahusega, leeliseliste ja happeliste lahustega, et eraldada kollageeni kude ja ekstraheerida želatiin kollageeni denatureerimisega 45 ° C juures neli tundi, kasutades abiainena võimsust ultraheliravi. Hinnati želatiini saagist, pH-d, selgust, geeli tugevust ja viskoelastseid omadusi ning PAGE-SDS meetodil määratud molekulmasside jaotust. Kontrollina kasutati želatiini, mis ekstraheeriti veevannis 45 °C juures neli tundi. Võimsuse ultraheliravi suurendas ekstraheerimise saagist 11.1% võrreldes kontrolliga, samas kui geeli tugevus vähenes 7%. Geelistamistemperatuur oli madalam ka ultraheliga ekstraheeritud želatiinis (4,2 °C). See käitumine on seotud erinevustega polüpeptiidrullide molekulmassi jaotuses želatiinides. Võimsuse ultraheli ekstraheerimist saab kasutada külmutatud ja õhu käes kuivatatud kalanahkade želatiini ekstraheerimise suurendamiseks. (Olson et al. 2005)
tööstuslikud ultraheli süsteemid
Hielscher Ultrasonics varustab võimsaid ultraheli süsteeme laborist pink-top ja tööstuslikus mastaabis. Optimaalse ekstraheerimisväljundi tagamiseks saab pidevalt teostada usaldusväärset ultrahelitöötlust nõudlikes tingimustes. Kõik tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24/7 operatsiooni raskeveokite ja nõudlikes keskkondades.
Palun võtke meiega ühendust juba täna oma protsessinõuetega! Meil on hea meel soovitada teile oma protsessi jaoks sobivat ultraheli süsteemi!
Hielscheri ultraheli suure võimsusega homogenisaatorid on saadaval mis tahes protsessi skaalal – laborist tootmiseni.
Kirjandus / viited
- Álvarez, Carlos; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah A.; Tiwari, Brijesh K. (2018): Optimeeritud valgu taaskasutamine makrelli tervetest kaladest, kasutades ultraheli abil järjestikust happe / leeliselise isoelektrilise lahustumise sadestamise (ISP) ekstraheerimist. LWT – Toiduteadus ja -tehnoloogia, kd 88, veebruar 2018. 210-216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): Kana munakoore membraanist (ESM) funktsionaalsete valguhüdrolüsaatide ekstraheerimise optimeerimine ultraheli abil ekstraheerimise (AÜE) ja ensümaatilise hüdrolüüsi teel. LWT – Toiduteadus ja -tehnoloogia, kd 69, juuni 2016. 295-302.
- Kim, H.K.; Kim, Y.H.; Kim, Y.J.; Park, H.J.; Lee, N.H. (2012): Ultraheliravi mõju kollageeni ekstraheerimisele meriahvena nahast Lateolabrax japonicus. Kalandusteaduse 78. köide, 78. väljaanne; 2013. 485-490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Ultraheli kiiritamine kollageeni ensümaatilisel ekstraheerimisel. Ultraheli sonokeemia köide 16, väljaanne 5; 2009. 605-609.
- Olson, D.A., Avena Bustillos, R.D., Olsen, C.W., Chiou, B., Yee, E., Bower, C.K., Bechtel, P.J., Pan, Z., Mc Hugh, T.H. (2005): võimsuse ultraheli hindamine kala želatiini ekstraheerimise abivahendina. Koosoleku kokkuvõte nr 71C-26. IFT aastakoosolek. Juuli 2005. New Orleans, LA.
- Ran, X.G.; Wang, L.Y. (2014): Ultraheli ja pepsiini töötlemise kasutamine koos kollageeni ekstraheerimiseks lihatööstuse kõrvalsaadustest. Toidu- ja põllumajandusteaduse ajakiri 94(3), 2014. 585-590.
- Schmidt, M.M.; Dornelles, R.C.P.; Mello, R.O.; Kubota, E.H.; Mazutti, M.A.; Kempka, A.P.; Demiate, I.M. (2016): Kollageeni ekstraheerimise protsess. Rahvusvaheline toiduuuringute ajakiri 23(3), 2016. 913-922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Walter; Motta, Antonella; Migliaresi, Claudio; Aramwit, Pornanong (2016): Bombyx mori siiditüve ja ekstraheerimisaja mõju seritsiini molekulaarsetele ja bioloogilistele omadustele. Bioteadus, biotehnoloogia ja biokeemia kd 80 , Iss. 2, 2016. 241-249.
- Zeng, J.N.; Jiang, B.Q.; Xiao, Z.Q., Li, S.H. (2011): kollageeni ekstraheerimine kala kaaludest papaiiniga ultraheli eeltöötluse all. Kõrgtehnoloogiliste materjalide uurimine, köide 366, 2011. 421-424.
Faktid, mida tasub teada
Kollageeni
Kollageen on peamine struktuurvalk ekstratsellulaarses ruumis loomakehade erinevates sidekudedes. Sidekoe põhikomponendina on see imetajate kõige rikkalikum valk,[1] moodustades 25–35% kogu keha valgusisaldusest. Kollageen koosneb aminohapetest, mis on kokku keritud, moodustades piklike fibrillide kujul kolmikheelikse. Kõige rohkem kollageeni esineb kiulistes kudedes nagu kõõlused, sidemed ja nahk. Eristada tuleb kolme tüüpi kollageeni:
I tüüpi kollageen: annab 90% valku nahas, juustes, küüntes, elundites, luudes, sidemetes
II tüüpi kollageen: annab kõhres 50-60% valku, liigesekõhres 85-90% kollageeni
III tüüpi kollageen: annab valke kiulisele valgule luus, kõhres, dentiinis, kõõluses ja teistes sidekudedes
Kollageen kehas
Kõik kolm kollageenitüüpi koosnevad erinevatest valkudest, mis täidavad kehas erinevaid eesmärke. I ja III tüüpi kollageen on mõlemad naha, lihaste, luude, juuste ja küünte põhikomponendid. Neid on vaja nende tervise, kasvu ja ülesehitamise jaoks. II tüüpi kollageeni leidub enamasti kõhredes ja liigestes.
I ja III tüüpi kollageen sisaldab mõlemad 19 aminohapet, mida peetakse asendamatuteks aminohapeteks. Neid toodavad fibroblastid (sidekoe rakud) ja osteoblastid (luud moodustavad rakud). I ja III tüüpi kollageeni kõige olulisemate valkude hulka kuuluvad glütsiin, proliin, alaniin ja hüdroksüproliin. III tüüp on kiuline skleroproteiin.
Glütsiin on aminohape, milles on suurim kogus kollageeni. Proliin on mittevajalik aminohape, mida saab sünteesida glütsiinist ja mis aitab kaasa liigestele ja kõõlustele. Hüdroksüproliin on aminohape, mis aitab kaasa kollageeni stabiilsusele. Alaniin on valkude biosünteesiks oluline aminohape.
Nagu I ja III tüüp, moodustab ka II tüüpi kollageen fibrillid. See kollageeni fibrillaarne võrgustik on kõhre jaoks oluline, kuna see võimaldab proteoglükaanide kinnitumist. Lisaks annab see koele tõmbetugevuse.
Allikad ja kasutusalad
Kollageen on kiuline valk, mida leidub rohkesti imetajate, nt veiste, sigade sidekoes. Enamik kollageeni ekstraheeritakse
seanahkadest ja kontidest ning veistelt. Kollageeni ekstraheerimise alternatiivne allikas on kala ja kanad. Kollageeni kasutatakse laialdaselt toidus, toidulisandites, farmaatsiatoodetes / meditsiinis ja kosmeetikatoodetes muude toodete hulgas. Kollageeni ekstraheerimine on kasvav äri, kuna see valk võib asendada sünteetilisi aineid erinevates tööstusprotsessides.