Ultrahangos kollagénextrakció
- A kollagén fehérjékben gazdag, és széles körben használják számos ipari alkalmazásban, például az élelmiszeriparban, a gyógyszeriparban, adalékanyagokban stb.
- Az ultrahangos kezelés könnyen kombinálható a kollagén enzimes vagy savas extrakciójával.
- Az ultrahang alkalmazása a kollagénextrakció folyamatában nagyobb kihozatalt és gyorsabb extrakciót eredményez.
Az ultrahang hatásai a kollagénextrakcióra
A nagy intenzitású ultrahangot széles körben használják az anyagátadás javítására nedves eljárásokban, például extrakcióban, szonokémiában stb. A kollagén extrakciója (más néven a kollagén izolálása) ultrahangos kezeléssel jelentősen javítható. Az ultrahangos kezelés elősegíti a kollagénszubsztrát hasítását, megnyitja a kollagénfibrillumokat, ezáltal megkönnyíti az enzimes hidrolízist vagy a savas kezelést.
Ultrahanggal segített enzimes extrakció
Az ultrahangos kezelés ismert arról, hogy képes növelni az enzimaktivitást. Ez a hatás a pepsinaggregátumok ultrahangos diszpergálásán és deagglomerálásán alapul. A homogénen diszpergált enzimek nagyobb felületet biztosítanak az anyagátadáshoz, ami nagyobb enzimaktivitással függ össze. Ezenkívül az erőteljes ultrahanghullámok megnyitják a kollagénfibrillumokat, így a kollagén felszabadul.
Ultrahangos pepszines extrakció: Az ultrahangos kezeléssel kombinált pepszin a kollagénkihozatalt akár körülbelül 124%-ra növeli, és jelentősen lerövidíti az extrakciós időt a hagyományos pepszines hidrolízishez képest. A cirkuláris dikroizmus vizsgálata, az atomerő-mikroszkópia és az FTIR igazolta, hogy az ultrahangos kezelés nem befolyásolta az extrahált kollagén hármas hélixszerkezetét, amely sértetlen maradt. (Li et al. 2009) Ez az ultrahanggal segített pepszines extrakciót rendkívül jól alkalmazhatóvá teszi az élelmiszeriparban, mivel jelentősen rövidebb feldolgozási idő alatt nagyobb fehérjekinyerési arányt biztosít.
Egy összehasonlító vizsgálatban, amely a kollagén szarvasmarhaínból történő ultrahangos és ultrahang nélküli extrakcióját vizsgálta, az ultrahangos kezelés (20kHz, impulzusüzemmód: 20/20 sec.) nagyobb kihozatalával és hatékonyságával bizonyult meggyőzőnek. A hagyományos extrakciót pepszinnel, ecetsavban végezték 48 órán át. Az ultrahangos extrakciót azonos körülmények között végezték, de az ultrahangos kezelés (3–24 h) és a pepszines kezelés (24–45 óra) időtartamát változtatták, így összesen 48 órás kezelést alkalmaztak. Az ultrahangos-pepszines extrakció a kollagénextrakció nagyobb hatékonyságát mutatta, és 6,2%-os kihozatalt ért el, míg a hagyományos extrakció kihozatala 2,4% volt. A legjobb eredményeket 18 h ultrahangos extrakciós idővel érték el. Az extrahált kollagén sértetlen, folytonos hélixszerkezetet, jó oldhatóságot és meglehetősen nagy hőstabilitást mutatott. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos-pepszines extrakció javította a természetes kollagén extrakciójának hatékonyságát anélkül, hogy károsította volna a kapott kollagén minőségét. (Ran and Wang 2014)
Ultrahanggal segített savas extrakció
Kim és munkatársai (2012) vizsgálatában a savban oldható kollagén japán tengeri sügér (Lateolabrax japonicus) bőréből történő extrakciója nagyobb kihozatalt és rövidebb extrakciós időt mutatott a 0,5 M ecetsavban, 20 kHz frekvencián végzett ultrahangos kezelést követően. Az ultrahangos extrakció nem változtatta meg a kollagén fő összetevőit, pontosabban az α1, α2 és β láncokat.
Fehérjék ultrahangos extrakciója tojáshéjból
Az ultrahanggal előkezelt enzimes hidrolizátumok jobb funkcionális tulajdonságokkal rendelkeztek. A tyúktojás héjából származó funkcionális fehérjehidrolizátumok ultrahangos extrakciója javítja az oldhatóságot, az emulgeáló-, habképző és vízmegkötő tulajdonságokat.
A tojáshéjhártya bőségesen rendelkezésre álló természetes erőforrás, és körülbelül 64 fehérjéből áll, köztük I., V. és X. típusú kollagénből, lizozimból, oszteopontinból és szialoproteinből. Ez a tojáshéjat a fehérjeextrakció érdekes nyersanyagává teszi. Az ultrahangos extrakció jelentősen javíthatja a fehérjék felszabadulását és funkcionalitását, ami gyors, hatékony és gazdaságos eljárást eredményez.
Ultrahangos eljárások: laboratóriumi léptéktől ipari léptékig
Ultrahanggal segített lúgos extrakció
e fehérjék extrahálására és szolubilizálására
A tojáshéjhártyából történő fehérjeextrakció során az ultrahangos-lúgos kezelés a tojáshéjhártya teljes fehérjetartalmának közel 100%-át elérő szolubilizáltfehérje-kihozatalt eredményezett. Az ultrahangos kavitáció nagyobb fehérjecsomókat választott le a tojáshéjhártyáról, és elősegítette összetevőinek szolubilizálását. Az ultrahangos kezelés nem károsította a fehérjék szerkezetét és tulajdonságait, amelyek sértetlenek maradtak. A fehérjék antioxidáns tulajdonságai azonosak voltak az ultrahanggal segített lúgos kezelés és a hagyományos extrakció esetében.
Ultrahangos zselatinextrakció
Fagyasztott és levegőn szárított pollock halak bőrét hideg sóoldattal, lúgos és savas oldatokkal kezelték a kollagénszövet elkülönítésére és a zselatin kinyerésére, a kollagén 45°C-on, négy órán át végzett denaturálásával, a feldolgozást segítő nagy teljesítményű ultrahangos kezeléssel. Értékelték a zselatinkihozatalt, a pH-t, az átlátszóságot, a gélszilárdságot és a viszkoelasztikus tulajdonságokat, valamint a PAGE-SDS módszerrel meghatározott molekulatömeg-eloszlást. Kontrollként a 45°C-os vízfürdőben négy órán át extrahált zselatint használták. A nagy teljesítményű ultrahangos kezelés a kontrollhoz képest 11,1%-kal növelte az extrakciós kihozatalt, miközben a gélszilárdság 7%-kal csökkent. Az ultrahanggal extrahált zselatin gélesedési hőmérséklete is alacsonyabb volt (4,2°C). Ez a viselkedés a zselatinokban található polipeptid-gombolyagok molekulatömeg-eloszlásának különbségeivel függ össze. A nagy teljesítményű ultrahangos extrakció alkalmazható a zselatinkinyerés növelésére fagyasztott és levegőn szárított halbőrből. (Olson et al. 2005)
Ipari ultrahangos rendszerek
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos rendszereket kínál laboratóriumi, asztali és ipari léptékben. Az optimális extrakciós teljesítmény biztosításához megbízható ultrahangos kezelés végezhető folyamatosan, megterhelő körülmények között is. Minden ipari ultrahangos processzor képes nagyon nagy amplitúdók biztosítására. Akár 200µm amplitúdóval is könnyen biztosítható a folyamatos, 24/7 üzemelés. Még nagyobb amplitúdókhoz egyedi ultrahangos szonotródák állnak rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a 24/7 üzemelést nagy terhelés mellett és megterhelő környezetben.
Lépjen kapcsolatba velünk még ma, és ismertesse folyamatának követelményeit! Örömmel ajánlunk az Ön folyamatához megfelelő ultrahangos rendszert!
A Hielscher nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorai bármilyen folyamatléptékhez elérhetők – a laboratóriumtól a gyártásig.
Szakirodalom és hivatkozások
- Álvarez, Carlos; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah A.; Tiwari, Brijesh K. (2018): Optimalizált fehérjekinyerés egész makrélából ultrahanggal segített, egymást követő savas/lúgos izoelektromos szolubilizálásos-kicsapásos (ISP) extrakcióval. LWT – Food Science and Technology, 88. kötet, February 2018. 210–216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): Funkcionális fehérjehidrolizátumok tyúktojás héjhártyájából (ESM) történő extrakciójának optimalizálása ultrahanggal segített extrakcióval (UAE) és enzimes hidrolízissel. LWT – Food Science and Technology, 69. kötet, June 2016. 295–302.
- Kim, H.K.; Kim, Y.H.; Kim, Y.J.; Park, H.J.; Lee, N.H. (2012): Az ultrahangos kezelés hatásai a kollagén Lateolabrax japonicus tengeri sügér bőréből történő extrakciójára. Fisheries Science, 78. kötet, 78. szám; 2013. 485–490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Ultrahangos besugárzás a kollagén enzimes extrakciójában. Ultrasonics Sonochemistry, 16. kötet, 5. szám; 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 nagy teljesítményű ultrahang értékelése a halzselatin extrakcióját segítő feldolgozási eszközként. Konferencia-absztrakt, 71C-26. sz. IFT éves konferencia. July 2005. New Orleans, LA.
- Ran, X.G.; Wang, L.Y. (2014): Ultrahangos és pepszines kezelés egymást követő alkalmazása kollagén húsipari melléktermékekből történő extrakciójára. 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): A kollagénextrakció folyamata. International Food Research Journal 23(3), 2016. 913–922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Walter; Motta, Antonella; Migliaresi, Claudio; Aramwit, Pornanong (2016): A Bombyx mori selyemhernyótörzsének és az extrakciós időnek a hatásai a szericin molekuláris és biológiai jellemzőire. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 80. kötet, 2. szám, 2016. 241–249.
- Zeng, J.N.; Jiang, B.Q.; Xiao, Z.Q., Li, S.H. (2011): Kollagén extrakciója halpikkelyekből papainnal, ultrahangos előkezelés alkalmazásával. Advanced Materials Research, 366. kötet, 2011. 421–424.
Hasznos tudnivalók
Kollagén
A kollagén az állati szervezetek különböző kötőszöveteinek sejten kívüli terében található fő szerkezeti fehérje. A kötőszövet fő alkotóelemeként az emlősökben a legnagyobb mennyiségben előforduló fehérje,[1] amely a teljes szervezet fehérjetartalmának 25% és 35% közötti hányadát teszi ki. A kollagén egymás köré csavarodó aminosavakból áll, amelyek hármas hélixeket, ezek pedig megnyúlt fibrillumokat alkotnak. A kollagén legnagyobb mennyiségben a rostos szövetekben, például az inakban, szalagokban és a bőrben van jelen. Három kollagéntípust különböztetünk meg:
I. típusú kollagén: a bőrben, hajban, körmökben, szervekben, csontokban és szalagokban található fehérjék 90%-át adja
II. típusú kollagén: a porcban található fehérjék 50–60%-át, az ízületi porcban található kollagén 85–90%-át adja
III. típusú kollagén: fehérjéket biztosít a csontokban, porcban, dentinben, inakban és más kötőszövetekben található rostos fehérje számára
Kollagén a szervezetben
A három kollagéntípus mindegyike különböző fehérjékből épül fel, amelyek eltérő feladatokat látnak el a szervezetben. Az I. és III. típusú kollagén egyaránt a bőr, az izmok, a csontok, a haj és a körmök fő alkotóeleme. Szükségesek ezek egészségéhez, növekedéséhez és újjáépüléséhez. A II. típusú kollagén főként a porcokban és az ízületekben található.
Az I. és III. típusú kollagén egyaránt 19 olyan aminosavat tartalmaz, amelyeket esszenciális aminosavaknak tekintenek. Ezeket a fibroblasztok (a kötőszövetekben található sejtek) és az oszteoblasztok (csontképző 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 kollagénben a legnagyobb mennyiségben előforduló aminosav a glicin. A prolin nem esszenciális aminosav, amely glicinből szintetizálható, és hozzájárul az ízületek és az inak működéséhez. A hidroxiprolin olyan aminosav, amely hozzájárul a kollagén stabilitásához. Az alanin a fehérjék bioszintéziséhez fontos aminosav.
Az I. és III. típushoz hasonlóan a II. típusú kollagén is fibrillumokat alkot. A kollagén e fibrilláris hálózata fontos a porcban, mivel lehetővé teszi a proteoglikánok megkötését. Ezenkívül szakítószilárdságot biztosít a szövetnek.
Források és felhasználási területek
A kollagén rostos fehérje, amely nagy mennyiségben van jelen az emlősök, például a szarvasmarhák és a sertések kötőszövetében. A legtöbb kollagént
sertésbőrből és sertéscsontból, valamint szarvasmarha-eredetű forrásokból extrahálják. A kollagénextrakció alternatív forrásai a halak és a szárnyasok. A kollagént széles körben használják többek között élelmiszerekben, étrend-kiegészítőkben, gyógyszerészeti/orvosi termékekben és kozmetikumokban. A kollagénextrakció növekvő üzletág, mivel ez a fehérje különböző ipari folyamatokban helyettesítheti a szintetikus anyagokat.