Kollageenin ultraääniuutto

• Kollageeni sisältää runsaasti proteiineja, ja sitä käytetään laajalti monissa teollisissa sovelluksissa, esimerkiksi elintarvikkeissa, lääkkeissä ja lisäaineissa.
• Ultraäänikäsittely voidaan helposti yhdistää kollageenin entsymaattiseen uuttoon tai happouuttoon.
• Ultraäänen käyttöönotto kollageenin uuttoprosessissa parantaa saantoa ja nopeuttaa uuttoa.

Ultraäänen vaikutukset kollageenin uuttoon

Voimakasta ultraääntä käytetään laajalti aineensiirron parantamiseen märkäprosesseissa, esimerkiksi uutossa ja sonokemiassa. Kollageenin uuttoa (jota kutsutaan myös kollageenin eristämiseksi) voidaan parantaa merkittävästi ultraäänikäsittelyllä. Ultraäänikäsittely edistää kollageenisubstraatin pilkkoutumista ja avaa kollageenifibrillejä, mikä helpottaa entsymaattista hydrolyysiä tai happokäsittelyä.

Ultraääniavusteinen entsymaattinen uutto

Ultraäänikäsittely tunnetaan kyvystään lisätä entsyymien aktiivisuutta. Tämä vaikutus perustuu pepsiiniaggregaattien dispergointiin ja hajottamiseen ultraäänellä. Tasaisesti dispergoituneet entsyymit tarjoavat suuremman pinta-alan aineensiirrolle, mikä on yhteydessä suurempaan entsyymiaktiivisuuteen. Lisäksi voimakkaat ultraääniaallot avaavat kollageenifibrillejä, jolloin kollageeni vapautuu.

Pepsiiniuutto ultraäänellä: Pepsiini yhdistettynä ultraäänikäsittelyyn kasvattaa kollageenin saannon jopa noin 124 %:iin ja lyhentää uuttoaikaa merkittävästi tavanomaiseen pepsiinihydrolyysiin verrattuna. Sirkulaarisen dikroismin analyysi, atomivoimamikroskopia ja FTIR osoittivat, ettei ultraäänikäsittely vaikuttanut uutetun kollageenin kolmoiskierteiseen rakenteeseen, vaan se säilyi ehjänä. (Li et al. 2009) Tämä tekee ultraääniavusteisesta pepsiiniuutosta erittäin käytännöllisen elintarviketeollisuudelle, sillä se parantaa proteiinien talteenottosaantoa huomattavasti lyhyemmässä käsittelyajassa.

Vertailevassa tutkimuksessa, jossa kollageenia uutettiin naudan jänteestä ultraäänellä ja ilman ultraääntä, ultraäänikäsittely (20kHz, pulssitila 20/20 s) osoittautui vakuuttavaksi paremman saannon ja tehokkuuden ansiosta. Tavanomainen uutto suoritettiin pepsiinillä etikkahapossa 48 tunnin ajan. Ultraääniuutto suoritettiin samoissa olosuhteissa, mutta altistusaikoja ultraäänikäsittelylle (3–24 h) ja pepsiinille (24–45 tuntia) vaihdeltiin siten, että kokonaiskäsittelyaika oli 48 tuntia. Ultraäänen ja pepsiinin yhdistävä uutto osoitti ylivoimaista tehokkuutta kollageenin uutossa ja saavutti 6,2 %:n saannon, kun tavanomaisen uuton saanto oli 2,4 %. Parhaat tulokset saavutettiin 18 h:n ultraääniuuttoajalla. Uutetulla kollageenilla oli vahingoittumaton, yhtenäinen kierrerakenne, hyvä liukoisuus ja melko hyvä lämpöstabiilisuus. Tämä tarkoittaa, että ultraäänen ja pepsiinin yhdistävä uutto paransi luonnollisen kollageenin uuttotehokkuutta heikentämättä saadun kollageenin laatua. (Ran and Wang 2014)

Papaiiniuutto ultraäänellä: Kollageenia voidaan uuttaa tehokkaasti kalan suomuista papaiinihydrolyysillä, johon yhdistetään ultraääniesikäsittely. Kalan suomujen kollageenin ultraääniavusteisessa papaiiniuutossa seuraavat prosessiparametrit todettiin optimaalisiksi: ultraääniesikäsittelyn kesto 4min, papaiinin suhde kalan suomuihin 4 %, lämpötila 60°C ja kokonaisuuttoaika 5h. Näissä optimaalisissa olosuhteissa kollageenin uuttosaanto saavutti 90,7 %. (Jiang et al. 2011)

Ultraääniavusteinen happouutto

Kimin ja muiden tutkimuksessa (2012) happoliukoisen kollageenin uutto japaninmeriahvenen (Lateolabrax japonicus) nahasta tuotti suuremman saannon ja lyhyemmän uuttoajan 20 kHz:n taajuudella tehdyllä ultraäänikäsittelyllä 0,5 M:n etikkahapossa. Ultraääniuutto ei muuttanut kollageenin pääkomponentteja, tarkemmin sanottuna α1-, α2- ja β-ketjuja.

Proteiinin ultraääniuutto munankuorista

Ultraäänellä esikäsitellyillä entsymaattisilla hydrolysaateilla oli paremmat toiminnalliset ominaisuudet. Kananmunankuoresta saatavien toiminnallisten proteiinihydrolysaattien ultraääniuutto parantaa liukoisuutta, emulgointia, vaahtoamista ja vedenpidätysominaisuuksia.
Munankuoren kalvo on runsaasti saatavilla oleva luonnonvara, joka koostuu noin 64 proteiinista, kuten tyypin I, V ja X kollageenista, lysotsyymistä, osteopontiinista ja sialoproteiinista. Tämä tekee munankuorista kiinnostavan raaka-aineen proteiinien uuttoon. Ultraääniuutolla proteiinien vapautumista ja toiminnallisuutta voidaan parantaa merkittävästi, jolloin prosessista tulee nopea, tehokas ja taloudellinen.

Ultraääniavusteinen emäsuutto

näiden proteiinien uuttamiseksi ja liuottamiseksi
Munankuoren kalvon proteiinien uutossa ultraäänen ja emäksen yhdistävä käsittely tuotti liuenneen proteiinin saannon, joka oli lähes 100 % munankuoren kalvon kokonaisproteiinimäärästä. Ultraäänikavitaatio irrotti suurempia proteiinipaakkuja munankuoren kalvosta ja helpotti sen yhdisteiden liukenemista. Ultraäänikäsittely ei vahingoittanut proteiinien rakennetta eikä ominaisuuksia, vaan ne säilyivät ennallaan. Proteiinien antioksidanttiset ominaisuudet olivat samat ultraääniavusteisessa emäskäsittelyssä ja tavanomaisessa uutossa.

Gelatiinin ultraääniuutto

Pakastettuja ja ilmakuivattuja seitin nahkoja käsiteltiin kylmillä suola-, emäs- ja happoliuoksilla kollageenikudoksen erottamiseksi ja gelatiinin uuttamiseksi denaturoimalla kollageenia 45°C:ssa neljän tunnin ajan. Prosessin apuna käytettiin tehoultraäänikäsittelyä. Gelatiinin saanto, pH, kirkkaus, geelilujuus ja viskoelastiset ominaisuudet sekä PAGE-SDS-menetelmällä määritetty molekyylipainojakauma arvioitiin. Vertailunäytteenä käytettiin gelatiinia, joka oli uutettu vesihauteessa 45°C:ssa neljän tunnin ajan. Tehoultraäänikäsittely kasvatti uuttosaantoa 11,1 % vertailunäytteeseen verrattuna, kun taas geelilujuus laski 7 %. Myös geeliytymislämpötila oli alhaisempi ultraäänellä uutetussa gelatiinissa (4,2°C). Tämä käyttäytyminen liittyy gelatiinien polypeptidikierteiden molekyylipainojakaumien eroihin. Tehoultraääniuuttoa voidaan käyttää tehostamaan gelatiinin uuttoa pakastetuista ja ilmakuivatuista kalan nahoista. (Olson et al. 2005)

Teolliset ultraäänijärjestelmät

Hielscher Ultrasonics toimittaa tehokkaita ultraäänijärjestelmiä laboratorio- ja pöytämittakaavasta teolliseen mittakaavaan. Optimaalisen uuttotuoton varmistamiseksi luotettavaa ultraäänikäsittelyä voidaan suorittaa jatkuvasti vaativissa olosuhteissa. Kaikki teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. Jopa 200µm:n amplitudeilla voidaan helposti toimia jatkuvasti 24/7-käytössä. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.
Ota meihin yhteyttä jo tänään ja kerro prosessisi vaatimuksista! Suosittelemme mielellämme prosessiisi sopivaa ultraäänijärjestelmää!