استخراج کلاژن التراسونیک
- کلاژن سرشار از پروتئین است و به طور گسترده ای در کاربردهای صنعتی چندگانه، به عنوان مثال مواد غذایی، دارویی، مواد افزودنی و غیره استفاده می شود.
- فراصوت را می توان به راحتی با استخراج آنزیمی یا اسیدی کلاژن ترکیب کرد.
- اجرای اولتراسونیک در فرآیند استخراج کلاژن منجر به بازده بالاتر و استخراج سریعتر می شود.
اثرات التراسونیک در استخراج کلاژن
سونوگرافی با شدت بالا به طور گسترده ای برای بهبود انتقال جرم در فرآیندهای مرطوب، به عنوان مثال استخراج، سونوشیمی و غیره استفاده می شود. استخراج (همچنین به عنوان جداسازی کلاژن شناخته می شود) کلاژن را می توان به طور قابل توجهی با درمان اولتراسونیک بهبود بخشید. کمک های فراصوت در طول شکاف بستر کلاژن ، فیبریل های کلاژن را باز می کند ، بنابراین هیدرولیز آنزیمی یا درمان اسیدی تسهیل می شود.
التراسونیک کمک استخراج آنزیمی
فراصوت برای توانایی آن در افزایش فعالیت آنزیم شناخته شده است. این اثر بر اساس پراکندگی اولتراسونیک و deagglomeration سنگدانه های پپسین است. آنزیم های پراکنده همگن سطح بیشتری را برای انتقال جرم ارائه می دهند که با فعالیت آنزیم بالاتر مرتبط است. علاوه بر این، امواج اولتراسوند قدرتمند فیبریل های کلاژن را باز می کند تا کلاژن آزاد شود.
استخراج پپسین اولتراسونیک: پپسین ترکیبی از سونوگرافی باعث افزایش عملکرد کلاژن تا حدود 124٪ و به طور قابل توجهی زمان استخراج در مقایسه با هیدرولیز پپسین معمولی را کاهش می دهد. تجزیه و تحلیل دو رنگ دایره ای، میکروسکوپ نیروی اتمی و FTIR ثابت کرد که ساختار مارپیچ سه گانه کلاژن استخراج شده تحت تأثیر فراصوت قرار نمی گیرد و دست نخورده باقی می ماند. (لی و همکاران 2009) این باعث می شود استخراج پپسین با کمک اولتراسونیک بسیار کاربردی برای صنایع غذایی ارائه افزایش نرخ بازیابی پروتئین در زمان پردازش به طور قابل توجهی کوتاه تر.
در یک مطالعه مقایسه ای از التراسونیک در مقابل استخراج غیر مافوق صوت کلاژن از تاندون گاو، درمان سونوگرافی (20 کیلوهرتز، حالت پالس 20/20 ثانیه) متقاعد شده با عملکرد و کارایی بالاتر. استخراج متداول با پپسین در اسید استیک به مدت 48 ساعت انجام شد. استخراج التراسونیک استخراج تحت شرایط مشابه انجام شد, اما زمان قرار گرفتن در معرض فراصوت (3 به 24 ساعت) و پپسین (24 به 45 ساعت) متفاوت بود, و در نتیجه در مجموع 48 ساعت درمان. استخراج اولتراسونیک-پپسین کارایی بالاتری را در استخراج کلاژن نشان داد و به بازده 6.2٪ رسید، در حالی که بازده استخراج معمولی 2.4٪ بود. بهترین نتایج در زمان استخراج اولتراسونیک با استفاده از 18 ساعت به دست آمد. کلاژن استخراج شده ساختار مارپیچ پیوسته آسیب ندیده ، حلالیت خوب و پایداری حرارتی نسبتا بالا را نشان داد. این بدان معنی است که استخراج اولتراسونیک-پپسین کارایی استخراج کلاژن طبیعی را بدون آسیب رساندن به کیفیت کلاژن حاصل بهبود می بخشد. (ران و وانگ 2014)
استخراج اسید به کمک اولتراسونیک
در یک مطالعه توسط کیم و همکاران (2012), استخراج کلاژن اسید محلول از پوست ماهی باس ژاپنی (Lateolabrax japonicus) نشان داد افزایش عملکرد و کاهش زمان استخراج پس از درمان مافوق صوت در فرکانس 20 کیلوهرتز در 0.5 مولار اسید استیک. استخراج با اولتراسوند اجزای اصلی کلاژن، به ویژه زنجیره های α1، α2 و β را تغییر نداد.
استخراج التراسونیک پروتئین از پوسته تخم مرغ
هیدرولیز آنزیمی قبل از درمان اولتراسونیک دارای خواص عملکردی بهتری بودند. برای استخراج مافوق صوت هیدرولیز پروتئین عملکردی از پوسته تخم مرغ، حلالیت، امولسیون کننده، کف و آب نگه داشتن خواص بهبود یافته است.
غشای پوسته تخم مرغ یک منبع طبیعی فراوان است و از حدود 64 پروتئین شامل کلاژن نوع I، V و X، لیزوزیم، استئوپونتین و سیالوپروتئین تشکیل شده است. این باعث می شود پوسته تخم مرغ به یک ماده اولیه جالب برای استخراج پروتئین ها تبدیل شود. با استخراج اولتراسونیک، انتشار پروتئین و عملکرد را می توان به طور قابل توجهی بهبود بخشید و در نتیجه یک فرآیند سریع، کارآمد و مقرون به صرفه است.
فرآیندهای اولتراسونیک: از ازمایشگاه ها تا . مقیاس
التراسونیک کمک استخراج قلیایی
برای استخراج و حل کردن این پروتئین ها
برای استخراج پروتئین از غشای پوسته تخم مرغ، تیمار اولتراسونیک-قلیایی منجر به تولید پروتئین محلول نزدیک به 100٪ پروتئین غشای پوسته تخم مرغ شد. حفره اولتراسونیک جدا پروتئین های بزرگتر توده از غشای پوسته تخم مرغ و تسهیل حل شدن ترکیبات آن. ساختار و خواص پروتئین توسط فراصوت آسیب ندیده و دست نخورده باقی ماند. خواص آنتی اکسیدانی پروتئین ها برای تیمار قلیایی به کمک اولتراسونیک و استخراج معمولی یکسان بود.
استخراج ژلاتین التراسونیک
پوست پولاک منجمد و خشک شده با محلول های نمکی سرد، قلیایی و اسیدی برای جداسازی بافت کلاژن و استخراج ژلاتین توسط دناتوراسیون کلاژن در دمای 45 درجه سانتی گراد به مدت چهار ساعت با تیمار سونوگرافی قدرت به عنوان کمک پردازش تیمار شدند. بازده ژلاتین، pH، شفافیت، استحکام ژل و ویژگی های ویسکوالاستیک و همچنین توزیع وزن مولکولی تعیین شده به روش PAGE-SDS مورد ارزیابی قرار گرفت. از ژلاتین استخراج شده در حمام آب در دمای 45 درجه سانتی گراد به مدت چهار ساعت به عنوان شاهد استفاده شد. تیمار قدرت اولتراسوند باعث افزایش 1/11 درصدی بازده استخراج نسبت به شاهد شد، در حالی که استحکام ژل 7 درصد کاهش یافت. دمای ژل شدن نیز در ژلاتین استخراج شده با امواج فراصوت (2/4 درجه سانتی گراد) کمتر بود. این رفتار به تفاوت در توزیع وزن مولکولی کویل های پلی پپتیدی در ژلاتین ها مربوط می شود. استخراج سونوگرافی قدرت می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای افزایش استخراج ژلاتین از پوست ماهی منجمد و خشک شده در هوا. (اولسون و همکاران 2005)
سیستم های اولتراسونیک صنعتی
Hielscher مافوق صوت تامین سیستم های مافوق صوت قدرتمند از آزمایشگاه به نیمکت بالا و مقیاس صنعتی. برای اطمینان از خروجی استخراج بهینه، فراصوت قابل اعتماد تحت شرایط خواستار را می توان به طور مداوم انجام. تمام پردازنده های اولتراسونیک صنعتی می توانند دامنه های بسیار بالایی را ارائه دهند. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. استحکام تجهیزات اولتراسونیک Hielscher را اجازه می دهد تا برای عملیات 24/7 در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار.
لطفا امروز با نیازهای فرآیند خود با ما تماس بگیرید! ما خوشحال خواهیم شد که یک سیستم اولتراسونیک مناسب را برای فرآیند خود به شما توصیه کنیم!
هموژنایزرهای مافوق صوت با قدرت بالا Hielscher را برای هر مقیاس فرآیند در دسترس هستند – از آزمایشگاه تا تولید.
ادبیات/منابع
- آلوارز ، کارلوس. Lélu, پائولین; لینچ ، سارا آ. Tiwari، Brijesh K. (2018): بازیابی بهینه پروتئین از ماهی کامل ماهی خال مخالی با استفاده از استخراج رسوب انحلال ایزوالکتریک اسید متوالی / قلیایی (ISP) با کمک سونوگرافی. LWT – علوم و صنایع غذایی جلد 88 ، فوریه 2018. 210-216.
- جین، سورانگا؛ کومار مقعد ، آنیل (2016): بهینه سازی استخراج هیدرولیز پروتئین عملکردی از غشای پوسته تخم مرغ (ESM) با استخراج به کمک اولتراسونیک (امارات متحده عربی) و هیدرولیز آنزیمی. LWT – علوم و صنایع غذایی جلد 69 ، ژوئن 2016. 295-302.
- کیم ، اچ کی. کیم ، YH. کیم ، وای جی. پارک، اچ جی. لی ، NH (2012): اثر درمان اولتراسونیک در استخراج کلاژن از پوست باس دریایی Lateolabrax japonicus. علوم شیلات دوره 78، شماره 78; 2013. 485-490.
- لی، دفو؛ مو ، چانگدائو ؛ کای، سومی؛ لین ، وی (2016): تابش اولتراسونیک در استخراج آنزیمی کلاژن. سونوشیمی سونوگرافی جلد 16 ، شماره 5; 2009. 605-609.
- اولسون ، DA ، Avena Bustillos ، R.D. ، Olsen ، CW ، Chiou ، B. ، Yee ، E. ، Bower ، CC ، Bechtel ، P.J. ، Pan ، Z. ، Mc Hugh ، T.H. (2005): ارزیابی سونوگرافی قدرت به عنوان یک کمک پردازش برای استخراج ژلاتین ماهی. چکیده جلسه شماره 71C-26. نشست سالانه IFT. ژوئیه 2005. نیواورلئان ، لس آنجلس
- ران، ایکس جی. Wang، L.Y. (2014): استفاده از درمان اولتراسونیک و پپسین پشت سر هم برای استخراج کلاژن از محصولات جانبی صنعت گوشت. علوم غذایی و کشاورزی 94(3)، 1393. 585-590.
- اشمیت ، M.M. ؛ Dornelles, R.C.P.; ملو، R.O.; کوبوتا، E.H.; مازوتی، کارشناسی ارشد؛ کمپکا، AP; Demiate، I.M. (2016): فرآیند استخراج کلاژن. مجله بین المللی تحقیقات مواد غذایی 23(3)، 2016. 913-922.
- سیریتینتونگ، تیپاوان؛ بونانی، والتر؛ موتا، آنتونلا؛ میگلیارسی، کلودیو؛ Aramwit، Pornanong (2016): اثرات سویه ابریشم Bombyx mori و زمان استخراج بر ویژگی های مولکولی و بیولوژیکی سریسین. علوم زیستی ، بیوتکنولوژی و بیوشیمی جلد 80 ، ISS. 2, 2016. 241-249.
- زنگ ، جی ان. جیانگ ، BQ. Xiao، Z.Q.، Li، S.H. (2011): استخراج کلاژن از فلس ماهی با پاپائین تحت پیش تصفیه اولتراسونیک. تحقیقات مواد پیشرفته، دوره 366، 2011. 421-424.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
کلاژن
کلاژن پروتئین ساختاری اصلی در فضای خارج سلولی در بافت های همبند مختلف در بدن حیوانات است. به عنوان جزء اصلی بافت همبند، فراوان ترین پروتئین در پستانداران است که از 25 تا 35 درصد از محتوای پروتئین کل بدن را تشکیل می دهد. کلاژن از اسیدهای آمینه تشکیل شده است که به هم پیچیده شده و مارپیچ های سه گانه را تشکیل می دهند و به شکل فیبریل های کشیده می شوند. بیشترین مقدار کلاژن در بافت های فیبری مانند تاندون ها، رباط ها و پوست وجود دارد. سه نوع کلاژن وجود دارد که باید از هم متمایز شوند:
کلاژن نوع I: 90 درصد پروتئین را در پوست ، مو ، ناخن ها ، اندام ها ، استخوان ها ، رباط ها فراهم می کند
کلاژن نوع II: 50-60٪ پروتئین در غضروف ، 85-90٪ کلاژن در غضروف مفصلی را فراهم می کند
کلاژن نوع III: پروتئین های فیبری را در استخوان، غضروف، عاج، تاندون و سایر بافت های همبند فراهم می کند
کلاژن در بدن
هر یک از سه نوع کلاژن از پروتئین های مختلفی تشکیل شده است که اهداف مختلفی را در بدن برآورده می کنند. کلاژن نوع I و III هر دو اجزای اصلی پوست ، عضلات ، استخوان ، مو و ناخن هستند. آنها برای سلامتی، رشد و بازسازی خود مورد نیاز هستند. کلاژن نوع II بیشتر در غضروف و مفاصل یافت می شود.
کلاژن نوع I و III هر دو حاوی 19 اسید آمینه هستند که به عنوان اسیدهای آمینه ضروری در نظر گرفته می شوند. آنها توسط فیبروبلاست ها (سلول های موجود در بافت همبند) و استئوبلاست ها (سلول هایی که استخوان ها را می سازند) تولید می شوند. مهمترین پروتئین های موجود در کلاژن نوع I و III شامل گلیسین، پرولین، آلانین و هیدروکسی پرولین است. نوع III یک اسکلروپروتئین فیبری است.
گلیسین اسید آمینه با بیشترین مقدار کلاژن است. پرولین یک اسید آمینه غیر ضروری است که می تواند از گلیسین سنتز شود و به مفاصل و تاندون ها کمک می کند. هیدروکسی پرولین یک اسید آمینه است که به پایداری کلاژن کمک می کند. آلانین یک اسید آمینه مهم برای بیوسنتز پروتئین است.
مانند نوع I و III ، کلاژن نوع II فیبریل تشکیل می دهد. این شبکه فیبریلار کلاژن در غضروف مهم است زیرا امکان به دام انداختن پروتئوگلیکان ها را فراهم می کند. علاوه بر این، استحکام کششی را برای بافت فراهم می کند.
منابع و کاربردها
کلاژن یک پروتئین فیبری است که به وفور در بافت همبند پستانداران مانند گاو و خوک وجود دارد. بیشتر کلاژن استخراج می شود
از پوست و استخوان خوک و از منابع گاو. یک منبع جایگزین برای استخراج کلاژن ماهی و مرغ هستند. کلاژن به طور گسترده ای در مواد غذایی ، مکمل های غذایی ، داروها / پزشکی و لوازم آرایشی در میان سایر محصولات استفاده می شود. استخراج کلاژن یک تجارت رو به رشد است زیرا این پروتئین می تواند جایگزین عوامل مصنوعی در فرآیندهای مختلف صنعتی شود.