Ultrahangos kollagén extrakció
- A kollagén fehérjékben gazdag, és széles körben használják sokféle ipari alkalmazásban, pl. élelmiszeriparban, gyógyszeriparban, adalékanyagokban stb.
- Az ultrahangos kezelés könnyen kombinálható a kollagén enzimatikus vagy savas extrakciójával.
- Az ultrahang bevezetése a kollagén extrakciós folyamatba magasabb hozamot és gyorsabb extrakciót eredményez.
Ultrahangos hatások a kollagén extrakcióra
A nagy intenzitású ultrahangot széles körben használják a nedves folyamatokban történő tömegátadás javítására, pl. extrakció, szonokémia stb. A kollagén extrakciója (más néven kollagén izolálása) jelentősen javítható ultrahangos kezeléssel. Szonikációs segédeszközök a kollagén szubsztrát hasítása során, megnyitja a kollagén fibrillákat, így megkönnyíti az enzimatikus hidrolízist vagy savas kezelést.
Ultrahanggal segített enzimatikus extrakció
A szonikáció ismert az enzimaktivitás növelésére való képességéről. Ez a hatás a pepszin aggregátumok ultrahangos diszperzióján és deagglomerációján alapul. A homogén módon diszpergált enzimek nagyobb felületet kínálnak a tömegátadáshoz, ami korrelál a magasabb enzimaktivitással. Ezenkívül az erős ultrahanghullámok megnyitják a kollagén fibrillákat, így a kollagén felszabadul.
Ultrahangos pepszin extrakció: A pepszin kombinálta az ultrahangos kezelést növeli a kollagén hozamát kb. 124% és jelentősen lerövidíti az extrakciós időt a hagyományos pepszin hidrolízishez képest. A körkörös dikroizmus elemzése, az atomerő mikroszkópia és az FTIR bebizonyította, hogy az extrahált kollagén hármas hélix szerkezetét nem befolyásolta szonikáció, és érintetlen maradt. (Li et al. 2009) Ez teszi az ultrahanggal segített pepszin extrakciót rendkívül praktikussá az élelmiszeripar számára, amely jelentősen rövidebb feldolgozási idő alatt növeli a fehérje visszanyerési arányát.
A szarvasmarha ínből származó kollagén ultrahangos és nem ultrahangos extrakciójának összehasonlító vizsgálatában az ultrahangos kezelés (20kHz, impulzus mód 20/20 mp) meggyőzte a nagyobb hozamot és hatékonyságot. A hagyományos extrakciót ecetsavban lévő pepszinnel végeztük 48 órán keresztül. Az ultrahangos extrakciót ugyanolyan körülmények között végeztük, de az ultrahangos expozíciós idő (3-24 óra) és a pepszin (24-45 óra) változó volt, ami összesen 48 órás kezelést eredményezett. Az ultrahangos-pepszin extrakció a kollagén extrakció kiváló hatékonyságát mutatta, elérve a hozamot 6.2%, amikor a hagyományos extrakciós hozam 2.4% volt. A legjobb eredményeket ultrahangos extrakciós idő mellett értük el 18 órával. Az extrahált kollagén sértetlen folyamatos hélix szerkezetet, jó oldhatóságot és meglehetősen magas hőstabilitást mutatott. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos pepszin extrakció javította a természetes kollagén kivonásának hatékonyságát anélkül, hogy károsította volna a kapott kollagén minőségét. (Ran és Wang 2014)
Ultrahanggal segített savas extrakció
Kim et al. (2012) tanulmányában a savban oldódó kollagén kivonása a japán tengeri sügér (Lateolabrax japonicus) bőréből megnövekedett hozamot és csökkent extrakciós időt mutatott ultrahangos kezelés után 20 kHz frekvencián 0,5 M ecetsavban. Az ultrahanggal történő extrakció nem változtatta meg a kollagén fő összetevőit, pontosabban az α1, α2 és β láncokat.
A fehérje ultrahangos extrakciója tojáshéjból
Az ultrahanggal előkezelt enzimatikus hidrolizátumok jobb funkcionális tulajdonságokkal rendelkeztek. A csirke tojáshéjból származó funkcionális fehérje hidrolizátumok ultrahangos extrakciójához javul az oldhatóság, az emulgeáló, habzó és a víztartó tulajdonságok.
A tojáshéj membrán bőséges természeti erőforrás, és körülbelül 64 fehérjéből áll, beleértve az I., V. és X. típusú kollagént, lizozimot, osteopontint és szialoproteint. Ez teszi a tojáshéjat érdekes nyersanyaggá a fehérjék kivonásához. Az ultrahangos extrakcióval a fehérje felszabadulása és funkcionalitása jelentősen javítható, ami gyors, hatékony és gazdaságos folyamatot eredményez.
Ultrahanggal segített lúgos extrakció
ezeknek a fehérjéknek a kivonására és oldására
A tojáshéj membránból történő fehérjekivonáshoz az ultrahangos-lúgos kezelés a teljes tojáshéj membránfehérje közel 100% -ának oldott fehérjehozamát eredményezte. Az ultrahangos kavitáció leválasztotta a nagyobb fehérjéket, csomókat a tojáshéj membránjáról, és megkönnyítette vegyületeinek oldódását. A fehérje szerkezetét és tulajdonságait nem károsította az ultrahangos kezelés, és érintetlen maradt. A fehérjék antioxidáns tulajdonságai megegyeztek az ultrahanggal segített lúgos kezelés és a hagyományos extrakció esetében.
Ultrahangos zselatin extrakció
A fagyasztott és levegőn szárított pollock bőröket hideg sóoldattal, lúgos és savas oldatokkal kezeltük a kollagénszövet elválasztására és a zselatin kivonására kollagén denaturálással 45 ° C-on négy órán keresztül, technológiai segédanyagként ultrahangos kezeléssel. A PAGE-SDS módszerrel meghatározott zselatin hozamot, pH-t, tisztaságot, gélszilárdságot és viszkoelasztikus tulajdonságokat, valamint molekulatömeg-eloszlást értékeltünk. Kontrollként 45 °C-os vízfürdőben négy órán át extrahált zselatint használtunk. A teljesítmény ultrahang kezelés 11,1% -kal növelte az extrakciós hozamot a kontrollhoz képest, míg a gél szilárdsága 7% -kal csökkent. A gélesedési hőmérséklet szintén alacsonyabb volt az ultrahanggal extrahált zselatinban (4,2 ° C). Ez a viselkedés a polipeptid tekercsek molekulatömeg-eloszlásának különbségeivel függ össze a zselatinokban. A teljesítmény ultrahang extrakció felhasználható a fagyasztott és levegőn szárított halbőrből származó zselatin extrakció növelésére. (Olson et al. 2005)
ipari ultrahangos rendszerek
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.
Kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot még ma a folyamattal kapcsolatos követelményekkel! Örömmel ajánljuk Önnek a megfelelő ultrahangos rendszert a folyamatához!
Hielscher’s ultrasonic high-power homogenizers are available for any process scale – a laboratóriumtól a gyártásig.
Irodalom/Hivatkozások
- Álvarez, Carlos; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah A.; Tiwári, Brijesh K. (2018): Optimalizált fehérje visszanyerés makréla egész halból szekvenciális sav? lúgos izoelektromos oldódási csapadék (ISP) extrakcióval, ultrahang segítségével. LWT – Food Science and Technology Vol. 88, 2018. február. 210-216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): A funkcionális fehérjehidrolizátumok csirke tojáshéj membránból (ESM) történő extrakciójának optimalizálása ultrahangos extrakcióval (UAE) és enzimatikus hidrolízissel. LWT – Food Science and Technology Vol. 69, 2016. június. 295-302.
- Kim, H.K.; Kim, Y.H.; Kim, Y.J.; Park, H.J.; Lee, N.H. (2012): Az ultrahangos kezelés hatása a tengeri sügér bőréből származó kollagén extrakcióra Lateolabrax japonicus. Halászati tudomány, 78. kötet, 78. szám; 2013. 485-490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Ultrahangos besugárzás a kollagén enzimatikus extrakciójában. Ultrahangos Sonochemistry 16. kötet, 5. kiadás; 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): A teljesítmény ultrahang értékelése a hal zselatin extrakciójának technológiai segédeszközeként. 71C-26. sz. üléskivonat. IFT éves találkozó. 2005. július. New Orleans, Los Angeles.
- Ran, X.G.; Wang, L.Y. (2014): Ultrahangos és pepszin kezelés párhuzamosan alkalmazása a húsipar melléktermékeiből származó kollagén kivonására. Journal of the Science of Food and Agriculture 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): Kollagén extrakciós folyamat. International Food Research Journal 23(3), 2016. 913-922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Walter; Motta, Antonella; Migliaresi, Claudio; Aramwit, Pornanong (2016): A Bombyx mori selyemtörzs és az extrakciós idő hatása a szericin molekuláris és biológiai jellemzőire. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Vol. 80 , Iss. 2, 2016. 241-249.
- Zeng, J.N.; Jiang, B.Q.; Xiao, Z.Q., Li, S.H. (2011): Kollagén kivonása halmérlegekből papain ultrahangos előkezelés alatt. Advanced Materials Research, 366. kötet, 2011. 421-424.
Tények, amelyeket érdemes tudni
kollagén
A kollagén a fő szerkezeti fehérje az extracelluláris térben az állati testek különböző kötőszöveteiben. A kötőszövet fő összetevőjeként ez az emlősök leggyakoribb fehérjéje,[1] amely az egész test fehérjetartalmának 25–35% -át teszi ki. A kollagén aminosavakból áll, amelyek hármas spirálokat képeznek hosszúkás rostszálak formájában. A legnagyobb mennyiségű kollagén a rostos szövetekben, például inakban, szalagokban és bőrben van jelen. Háromféle kollagént kell megkülönböztetni:
I. típusú kollagén: 90% fehérjét biztosít a bőrben, a hajban, a körmökben, a szervekben, a csontokban és a szalagokban
II. típusú kollagén: biztosítja a fehérje 50-60% -át a porcban, 85-90% kollagént az ízületi porcban
III. típusú kollagén: fehérjéket biztosít a rostos fehérjékhez a csontban, porcban, dentinben, ínban és más kötőszövetekben
Kollagén a testben
A három kollagéntípus mindegyike különböző fehérjékből áll, amelyek különböző célokat töltenek be a szervezetben. Az I. és III. típusú kollagén egyaránt a bőr, az izmok, a csont, a haj és a köröm fő alkotóelemei. Szükségük van az egészségükhöz, növekedésükhöz és újjáépítésükhöz. A II. típusú kollagén leginkább a porcban és az ízületekben található.
Az I. és III. típusú kollagén egyaránt 19 aminosavat tartalmaz, amelyeket esszenciális aminosavaknak tekintenek. Ezeket fibroblasztok (kötőszövetek sejtjei) és osteoblasztok (csontokat alkotó sejtek) termelik. Az I. és III. típusú kollagén legfontosabb fehérjéi közé tartozik a glicin, a prolin, az alanin és a hidroxiprolin. A III. Típus rostos szkleroprotein.
A glicin az aminosav, amely a legnagyobb mennyiségben van kollagénben. A prolin egy nem esszenciális aminosav, amely glicinből szintetizálható, és hozzájárul az ízületekhez és inakhoz. A hidroxiprolin egy aminosav, amely hozzájárul a kollagén stabilitásához. Az alanin a fehérjék bioszintéziséhez fontos aminosav.
Az I. és III. típushoz hasonlóan a II. típusú kollagén is rostszálakat képez. Ez a fibrilláris kollagénhálózat fontos a porcban, mivel lehetővé teszi a proteoglikánok csapdába esését. Ezenkívül szakítószilárdságot biztosít a szövetnek.
Források és felhasználások
A kollagén rostos fehérje, amely bőségesen jelen van emlősök, pl. szarvasmarha, sertés kötőszövetében. A legtöbb kollagént kivonják
sertésbőrből és -csontból, valamint szarvasmarhafélékből származik. A kollagén extrakció alternatív forrása a hal és a szárnyas. A kollagént széles körben használják élelmiszerekben, étrend-kiegészítőkben, gyógyszerekben? gyógyszerekben és kozmetikumokban, többek között. A kollagén extrakció növekvő üzlet, mivel ez a fehérje helyettesítheti a szintetikus anyagokat különböző ipari folyamatokban.