استخراج فراصوتی کلاژن از عروس دریایی
- کلاژن عروس دریایی، کلاژنی با کیفیت بالا و منحصربه‌فرد است که خواصی مشابه کلاژن نوع I، II، III و V دارد.
- استخراج فراصوتی روشی کاملاً مکانیکی است که بازده را افزایش می‌دهد، فرایند را تسریع می‌کند و کلاژنی با وزن مولکولی بالا تولید می‌کند.
استخراج فراصوتی از عروس دریایی
عروس دریایی سرشار از مواد معدنی و پروتئین است و کلاژن یکی از پروتئین‌های اصلی این موجودات دریایی ژلاتینی به‌شمار می‌رود. عروس دریایی منبعی نسبتاً فراوان در اقیانوس‌هاست. عروس‌های دریایی اغلب به‌عنوان آفت در نظر گرفته می‌شوند؛ استفاده از آن‌ها برای استخراج کلاژن از هر دو جهت سودمند است: تولید کلاژن ممتاز با استفاده از یک منبع طبیعی پایدار و از میان بردن شکوفایی جمعیت عروس‌های دریایی.
استخراج فراصوتی یک روش استخراج مکانیکی است که می‌توان آن را به‌دقت کنترل و با مادهٔ خام تحت فراوری سازگار کرد. استخراج فراصوتی با موفقیت برای جداسازی کلاژن، گلیکوپروتئین‌ها و سایر پروتئین‌ها از عروس دریایی به‌کار رفته است.
به‌طور کلی، پروتئین‌های جداسازی‌شده از عروس دریایی فعالیت آنتی‌اکسیدانی قوی دارند و بنابراین ترکیبات فعال ارزشمندی برای صنایع غذایی، مکمل‌ها و داروسازی هستند.
برای استخراج می‌توان از کل عروس دریایی، مزوگلیا (= بخش اصلی چتر عروس دریایی) یا بازوهای دهانی استفاده کرد.
استخراج فراصوتی روشی کارآمد و سریع برای تولید کلاژن از عروس دریایی در مقادیر زیاد است.
- کلاژن با گرید غذایی / دارویی
- وزن مولکولی بالا
- ترکیب اسیدهای آمینه
- افزایش بازده
- فراوری سریع
- کاربری آسان
استخراج فراصوتی–اسیدی و فراصوتی–آنزیمی
استخراج فراصوتی را می‌توان همراه با محلول‌های اسیدی مختلف برای آزادسازی کلاژن محلول در اسید (ASC) از عروس دریایی به‌کار برد. کاویتاسیون فراصوتی با شکستن ساختارهای سلولی و راندن اسیدها به درون بستر عروس دریایی، انتقال جرم میان این بستر و محلول اسیدی را تقویت می‌کند. در نتیجه، کلاژن و سایر پروتئین‌های هدف به مایع منتقل می‌شوند.
در مرحلهٔ بعد، بستر باقی‌ماندهٔ عروس دریایی هم‌زمان با فراصوت‌دهی، با آنزیم‌ها (یعنی پپسین) تیمار می‌شود تا کلاژن محلول در پپسین (PSC) جدا شود. فراصوت‌دهی به توانایی افزایش فعالیت آنزیمی شناخته می‌شود. این اثر بر پراکنده‌سازی فراصوتی و کلوخه‌زدایی تجمعات پپسین استوار است. آنزیم‌هایی که به‌طور همگن پراکنده شده‌اند، سطح بیشتری برای انتقال جرم فراهم می‌کنند که با فعالیت آنزیمی بالاتر مرتبط است. افزون بر این، امواج قدرتمند فراصوت فیبریل‌های کلاژن را باز می‌کنند تا کلاژن آزاد شود.
پژوهش‌ها نشان داده‌اند که استخراج آنزیمی (پپسین) به کمک فراصوت، بازده بالاتر و فرایند استخراج کوتاه‌تری به همراه دارد.
سونیکاتورهای پربازده برای تولید کلاژن
Hielscher Ultrasonics سامانه‌های فراصوتی قدرتمندی را از مقیاس آزمایشگاهی تا رومیزی و صنعتی عرضه می‌کند. برای دستیابی به خروجی بهینهٔ استخراج، می‌توان فراصوت‌دهی قابل‌اعتماد را در شرایط دشوار به‌صورت پیوسته انجام داد. همهٔ پردازشگرهای فراصوتی صنعتی می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی ایجاد کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm به‌آسانی در بهره‌برداری 24/7 امکان‌پذیر است. برای دامنه‌های بالاتر نیز سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی موجود هستند. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher امکان بهره‌برداری 24/7 را در کارکردهای سنگین و محیط‌های دشوار فراهم می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی فراوری سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 0٫5 تا 1٫5mL | قابل‌اعمال نیست | VialTweeter |
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
پردازشگرهای فراصوتی پرتوان، از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی .
منابع و مراجع
- Nicholas M.H. Khonga, Fatimah Md. Yusoff, B. Jamilah, Mahiran Basri, I. Maznah, Kim Wei Chan, Nurdin Armania, Jun Nishikawa (2018): Improved collagen extraction from jellyfish (Acromitus hardenbergi) with increased physical-induced solubilization processes. Food Chemistry Vol. 251, 15 June 2018. 41-50.
- Guoyan Ren, Bafang Li, Xue Zhao, Yongliang Zhuang, Mingyan Yan (2008): Ultrasound-assisted extraction technology for the extraction of glycoprotein from jellyfish (Rhopilema esculentum) oral-arms. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2008-02.
- Guoyan Ren, Bafang Li, Xue Zhao, Yongliang Zhuang, Mingyan Yan, Hu Hou, Xiukun Zhang, Li Chen (2009): Screening of extraction methods for glycoproteins from jellyfish (Rhopilema esculentum) oral-arms by high performance liquid chromatography. Journal of Ocean University of China 2009, Volume 8, Issue 1. 83–88.
دانستنی‌های مفید
کلاژن
کلاژن پروتئینی رشته‌ای با ساختار مارپیچ سه‌گانه و اصلی‌ترین پروتئین رشته‌ای نامحلول در ماتریکس خارج‌سلولی و بافت همبند است. دست‌کم 16 نوع کلاژن وجود دارد، اما بیشتر آن‌ها (حدود 90%) به نوع I، نوع II و نوع III تعلق دارند. کلاژن فراوان‌ترین پروتئین بدن انسان است و در استخوان‌ها، عضلات، پوست و تاندون‌ها یافت می‌شود. در پستانداران، کلاژن 25-35% از کل پروتئین بدن را تشکیل می‌دهد. فهرست زیر نمونه‌هایی از بافت‌هایی را نشان می‌دهد که انواع کلاژن در آن‌ها بیشترین فراوانی را دارند: نوع I – استخوان، درم، تاندون، رباط‌ها، قرنیه؛ نوع II – غضروف، جسم زجاجیه، هستهٔ پالپوزوس؛ نوع III – پوست، دیوارهٔ رگ، رشته‌های رتیکولار بیشتر بافت‌ها (ریه‌ها، کبد، طحال و غیره)؛ نوع IV – غشاهای پایه؛ نوع V – اغلب همراه با کلاژن نوع I توزیع می‌شود، به‌ویژه در قرنیه. این امر به‌طور طبیعی بهره‌برداری تجاری از کلاژن‌های متداول و فراوان (کلاژن‌های I–V) را مساعد کرده است؛ به این صورت که آن‌ها عمدتاً از بافت‌های انسانی، گاوی و خوکی با فرایندهای تولید متداول و پربازده جداسازی و خالص‌سازی می‌شوند و بچ‌های کلاژن با کیفیت بالا به دست می‌آیند. (Silva et al., Mar. Drugs 2014, 12)
کلاژن درون‌زاد، کلاژن طبیعی ساخته‌شده در بدن است، در حالی که کلاژن برون‌زاد ساختگی است و ممکن است از منبعی خارجی مانند مکمل‌ها تأمین شود. کلاژن در بدن، به‌ویژه در پوست، استخوان‌ها و بافت‌های همبند وجود دارد. تولید کلاژن در یک جاندار با افزایش سن و مواجهه با عواملی مانند استعمال دخانیات و نور UV کاهش می‌یابد. در پزشکی، می‌توان از کلاژن در پانسمان‌های کلاژنی زخم برای جذب سلول‌های پوستی جدید به محل زخم استفاده کرد.
کلاژن به‌دلیل قابلیت بازجذب، به‌طور گسترده در مکمل‌ها و فراورده‌های دارویی استفاده می‌شود. این بدان معناست که می‌تواند تجزیه و تبدیل شود و دوباره به بدن جذب شود. همچنین می‌توان آن را به شکل جامدات فشرده یا ژل‌های شبکه‌مانند درآورد. گسترهٔ وسیع عملکردها و حضور طبیعی آن در بدن، کلاژن را از نظر بالینی چندمنظوره و برای اهداف پزشکی گوناگون مناسب می‌سازد. برای مصارف پزشکی، کلاژن را می‌توان از گاو، خوک، گوسفند و جانداران دریایی به دست آورد.
چهار روش اصلی برای جداسازی کلاژن از جانوران وجود دارد: رسوب‌دهی با نمک، روش قلیایی، روش اسیدی و روش آنزیمی.
روش‌های اسیدی و آنزیمی اغلب به‌صورت ترکیبی برای تولید کلاژن با کیفیت بالا استفاده می‌شوند. از آنجا که بخشی از کلاژن، کلاژن محلول در اسید (ASC) و بخش‌های دیگر، کلاژن محلول در پپسین (PSC) هستند، پس از تیمار اسیدی، استخراج آنزیمی با پپسین انجام می‌شود. استخراج اسیدی کلاژن با استفاده از اسیدهای آلی مانند اسید کلرواستیک، سیتریک یا لاکتیک انجام می‌شود. برای آزادسازی کلاژن محلول در پپسین (PSC) از مواد باقی‌ماندهٔ فرایند استخراج اسیدی کلاژن، مواد حل‌نشده با آنزیم پپسین تیمار می‌شوند تا کلاژن محلول در پپسین (PSC) جدا شود. PSC معمولاً همراه با اسید استیک 0٫5M به‌کار می‌رود. پپسین آنزیمی رایج است، زیرا می‌تواند با برش در انتهای N زنجیرهٔ پروتئینی و پپتید غیرمارپیچی، ساختار کلاژن را حفظ کند.
کلاژن در مکمل‌های تغذیه‌ای (نوتراسوتیکال‌ها)، محصولات آرایشی و پزشکی استفاده می‌شود. کلاژن پستانداران و کلاژن دریایی (ماهی) در بازار موجود است و می‌توان آن را در هر مقداری خریداری کرد. کلاژن عروس دریایی شکل جدیدی از کلاژن است که با بدن انسان زیست‌سازگار است و منشأ غیرپستانداری دارد (عاری از بیماری). کلاژن عروس دریایی با هیچ نوع مشخصی از کلاژن (نوع I–V) مطابقت ندارد، اما خواص گوناگون کلاژن‌های نوع I، II و V را نشان می‌دهد.
گلیکوپروتئین‌ها
گلیکوپروتئین‌ها در بسیاری از جانداران، از باکتری‌ها تا انسان، یافت می‌شوند و عملکردهای متفاوتی دارند. این پروتئین‌ها با زنجیره‌های کوتاه الیگوساکاریدی، در بسیاری از رویدادهای سلولی در شناسایی سطح سلول توسط هورمون‌ها، ویروس‌ها و مواد دیگر نقش دارند. افزون بر این، آنتی‌ژن‌های سطح سلول در قالب ترشح موسینِ جزء ماتریکس خارج‌سلولی، دستگاه گوارش و دستگاه ادراری‌تناسلی عمل می‌کنند. تقریباً همهٔ پروتئین‌های کروی پلاسما، به‌جز آلبومین، آنزیم‌ها و پروتئین‌های ترشح‌شده، ساختار گلیکوپروتئینی دارند. غشای سلول از مولکول‌های پروتئین، لیپید و کربوهیدرات تشکیل شده است. از سوی دیگر، نقش گلیکوپروتئین‌ها در غشای سلول بر تعداد و توزیع پروتئین‌ها اثر می‌گذارد. این پروتئین‌ها در گذار از غشا به ماده نقش دارند. تعداد و توزیع گلیکولیپیدها و گلیکوپروتئین‌ها به سلول اختصاصیت می‌بخشد.
گلیکوپروتئین‌ها مسئول شناسایی سلول‌ها، نفوذپذیری انتخابی غشای سلول و جذب هورمون‌ها هستند. در بخش کربوهیدراتی گلیکوپروتئین‌ها، 7 نوع اصلی مونوساکارید وجود دارد. این مونوساکاریدها با توالی‌ها و ساختارهای پیوندی متفاوت ترکیب می‌شوند و شمار زیادی از ساختارهای زنجیره‌ای کربوهیدراتی را ایجاد می‌کنند. یک گلیکوپروتئین ممکن است حاوی یک ساختار الیگوساکاریدی با پیوند N یا بیش از یک نوع الیگوساکارید باشد. الیگوساکاریدهای دارای پیوند N ممکن است ساختارهای یکسان یا متفاوتی داشته باشند یا در الیگوساکاریدهای دارای پیوند O نیز حضور داشته باشند. تعداد زنجیره‌های الیگوساکاریدی بسته به پروتئین و عملکرد آن متفاوت است.
اسیدهای سیالیک موجود در گلیکوپروتئین‌ها، که از اجزای گلیکوکالیکس هستند، نقش مهمی در شناسایی سلول‌ها دارند. اگر اسیدهای سیالیک به هر دلیلی تخریب شوند، ساختار گلیکوکالیکس غشا مختل می‌شود و سلول نمی‌تواند بیشتر وظایف تعیین‌شده را انجام دهد. همچنین برخی گلیکوپروتئین‌های ساختاری وجود دارند. این‌ها شامل فیبرونکتین‌ها، لامینین‌ها و فیبرونکتین‌های جنینی هستند که هر یک وظایف متفاوتی در بدن دارند. در گلیکوپروتئین‌های یوکاریوتی نیز برخی مونوساکاریدها، عمدتاً از نوع هگزوز و آمینوهگزوز، وجود دارند. آن‌ها می‌توانند به تاخوردگی پروتئین کمک کنند، پایداری پروتئین را بهبود دهند و در پیام‌رسانی سلولی نقش داشته باشند.