Ultrazvučna ekstrakcija kolagena

• Kolagen je bogat proteinima i naširoko se koristi u raznim industrijskim primjenama, npr. u hrani, farmaciji, aditivima itd.
• Sonikacija se lako može kombinirati s enzimskom ili kiselom ekstrakcijom kolagena.
• Implementacija ultrazvuka u proces ekstrakcije kolagena rezultira većim prinosima i bržom ekstrakcijom.

Ultrazvučni učinci na ekstrakciju kolagena

Ultrazvuk visokog intenziteta naširoko se koristi za poboljšanje prijenosa mase u mokrim procesima, npr. ekstrakcija, sonokemija itd. Ekstrakcija (poznata i kao izolacija kolagena) kolagena može se značajno poboljšati ultrazvučnom obradom. Sonikacija pomaže tijekom cijepanja kolagenskog supstrata, otvara kolagenske fibrile, čime se olakšava enzimska hidroliza ili tretman kiselinom.

Ultrazvučno potpomognuta enzimska ekstrakcija

Sonikacija je poznata po svojoj sposobnosti povećanja aktivnosti enzima. Ovaj učinak temelji se na ultrazvučnoj disperziji i deaglomeraciji agregata pepsina. Homogeno raspršeni enzimi nude povećanu površinu za prijenos mase, što je u korelaciji s višom aktivnošću enzima. Nadalje, snažni ultrazvučni valovi otvaraju kolagene fibrile tako da se kolagen oslobađa.

Ultrazvučna ekstrakcija pepsina: Pepsin u kombinaciji s ultrazvukom povećava prinos kolagena do cca. 124% i značajno skraćuje vrijeme ekstrakcije u usporedbi s konvencionalnom hidrolizom pepsina. Analiza kružnog dikroizma, mikroskopija atomske sile i FTIR dokazali su da sonikacija nije utjecala na strukturu trostruke spirale ekstrahiranog kolagena i da je ostala netaknuta. (Li et al. 2009.) Ovo čini ultrazvučno potpomognutu ekstrakciju pepsina vrlo praktičnom za prehrambenu industriju nudeći povećane stope oporavka proteina u znatno kraćem vremenu obrade.

U usporednoj studiji ultrazvučne i neultrazvučne ekstrakcije kolagena iz goveđe tetive, tretman ultrazvukom (20 kHz, pulsni način rada 20/20 sek.) uvjerio se većim prinosom i učinkovitošću. Konvencionalna ekstrakcija je provedena s pepsinom u octenoj kiselini tijekom 48 sati. Ultrazvučna ekstrakcija izvedena je ekstrakcija pod istim uvjetima, ali su vremena izlaganja sonikaciji (3 do 24 sata) i pepsinu (24 do 45 sati) bila različita, što je rezultiralo u ukupno 48 sati tretmana. Ekstrakcija ultrazvučnim pepsinom pokazala je vrhunsku učinkovitost ekstrakcije kolagena, dosegnuvši iskorištenje od 6,2%, dok je iskorištenje konvencionalne ekstrakcije bilo 2,4%. Najbolji rezultati postignuti su pri vremenu ultrazvučne ekstrakcije od 18 sati. Ekstrahirani kolagen pokazao je neoštećenu kontinuiranu spiralnu strukturu, dobru topljivost i prilično visoku toplinsku stabilnost. to znači da je ultrazvučna ekstrakcija pepsinom poboljšala učinkovitost ekstrakcije prirodnog kolagena bez oštećenja kvalitete dobivenog kolagena. (Ran i Wang 2014.)

Ultrazvučna ekstrakcija papaina: Kolagen iz ribljih krljušti može se učinkovito ekstrahirati hidrolizom papaina u kombinaciji s ultrazvučnom prethodnom obradom. Za ultrazvučnu ekstrakciju papainom kolagena iz ribljih krljušti optimalni su sljedeći parametri procesa: trajanje ultrazvučne predtretmane od 4 minute, omjer papaina i riblje krljušti 4%, temperatura 60°C i ukupno vrijeme ekstrakcije od 5 sati. U tim optimalnim uvjetima stupanj ekstrakcije kolagena dosegnuo je 90,7%. (Jiang i dr. 2011.)

Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija kiseline

U studiji Kim i sur. (2012.), ekstrakcija kolagena topivog u kiselini iz kože japanskog brancina (Lateolabrax japonicus) pokazala je povećani prinos i smanjeno vrijeme ekstrakcije nakon ultrazvučnog tretmana na frekvenciji od 20 kHz u 0,5 M octene kiseline. Ekstrakcija ultrazvukom nije promijenila glavne komponente kolagena, točnije lance α1, α2 i β.

Ultrazvučna ekstrakcija proteina iz ljuske jaja

Ultrazvučno prethodno tretirani enzimski hidrolizati imali su bolja funkcionalna svojstva. Za ultrazvučnu ekstrakciju funkcionalnih proteinskih hidrolizata iz ljuske kokošjeg jajeta, poboljšana su svojstva topljivosti, emulgiranja, pjenjenja i zadržavanja vode.
Membrana ljuske jajeta je bogat prirodni resurs i sastoji se od oko 64 proteina uključujući kolagen tipa I, V i X, lizozim, osteopontin i sialoprotein. To čini ljuske jaja zanimljivom sirovinom za ekstrakciju proteina. Uz ultrazvučnu ekstrakciju, otpuštanje proteina i funkcionalnost mogu se značajno poboljšati što rezultira brzim, učinkovitim i ekonomičnim procesom.

Ultrazvučno potpomognuta alkalna ekstrakcija

za ekstrakciju i solubilizaciju ovih proteina
Za ekstrakciju proteina iz membrane ljuske jajeta, ultrazvučno-lužna obrada rezultirala je prinosom otopljenog proteina blizu 100% ukupnog proteina membrane ljuske jajeta. Ultrazvučna kavitacija odvojila je veće nakupine proteina od membrane ljuske jajeta i olakšala otapanje njegovih spojeva. Struktura i svojstva proteina nisu oštećeni sonikacijom i ostali su netaknuti. Antioksidativna svojstva proteina bila su ista za alkalnu obradu potpomognutu ultrazvukom i konvencionalnu ekstrakciju.

Ultrazvučna ekstrakcija želatine

Smrznute i na zraku osušene kože poljoka tretirane su hladnom fiziološkom otopinom, alkalnim i kiselim otopinama kako bi se odvojilo kolagensko tkivo i ekstrahirala želatina denaturacijom kolagena na 45°C tijekom četiri sata s tretmanom snažnim ultrazvukom kao pomoćnim sredstvom za obradu. Procijenjeni su prinos želatine, pH, bistrina, čvrstoća gela i viskoelastična svojstva, kao i distribucija molekulske mase određena PAGE-SDS metodom. Želatina ekstrahirana u vodenoj kupelji na 45°C četiri sata korištena je kao kontrola. Snažni ultrazvučni tretman povećao je prinos ekstrakcije za 11,1% u usporedbi s kontrolom, dok se čvrstoća gela smanjila za 7%. Temperatura geliranja također je bila niža u želatini ekstrahiranoj ultrazvukom (4,2°C). Ovo ponašanje povezano je s razlikama u distribuciji molekularne težine polipeptidnih zavojnica u želatinama. Snažna ultrazvučna ekstrakcija može se koristiti za povećanje ekstrakcije želatine iz smrznute i na zraku osušene riblje kože. (Olson i dr. 2005.)

industrijski ultrazvučni sustavi

Hielscher Ultrasonics supplies powerful ultrasonic systems from lab to bench-top and industrial scale. To ensure optimum extraction output, reliable sonication under demanding conditions can be performed continuously. All industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Obratite nam se danas s vašim zahtjevima procesa! Rado ćemo vam preporučiti odgovarajući ultrazvučni sustav za vaš proces!