Ուլտրաձայնային կոլագենի արդյունահանում
- Կոլագենը հարուստ է սպիտակուցներով և լայնորեն օգտագործվում է բազմաբնույթ արդյունաբերական կիրառություններում, օրինակ՝ սննդամթերք, դեղագործական, հավելումներ և այլն:
- Sonication-ը կարող է հեշտությամբ զուգակցվել կոլագենի ֆերմենտային կամ թթվային արդյունահանման հետ:
- Ուլտրաձայնային միջոցների ներդրումը կոլագենի արդյունահանման գործընթացում հանգեցնում է ավելի բարձր եկամտաբերության և ավելի արագ արդյունահանման:
Ուլտրաձայնային ազդեցությունը կոլագենի արդյունահանման վրա
Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնը լայնորեն օգտագործվում է խոնավ պրոցեսներում զանգվածի փոխանցումը բարելավելու համար, օրինակ՝ արդյունահանում, սոնոքիմիա և այլն: Կոլագենի արդյունահանումը (նաև հայտնի է որպես կոլագենի մեկուսացում) կարող է զգալիորեն բարելավվել ուլտրաձայնային բուժման միջոցով: Sonication-ը օգնում է կոլագենի սուբստրատի ճեղքման ժամանակ, բացում է կոլագենի մանրաթելերը, այդպիսով հեշտանում է ֆերմենտային հիդրոլիզը կամ թթվային բուժումը:
Ուլտրաձայնային օգնությամբ ֆերմենտային արդյունահանում
Sonication-ը հայտնի է ֆերմենտների ակտիվությունը բարձրացնելու իր ունակությամբ: Այս ազդեցությունը հիմնված է պեպսինի ագրեգատների ուլտրաձայնային ցրման և ապաագլոմերացիայի վրա: Համասեռորեն ցրված ֆերմենտներն առաջարկում են զանգվածի փոխանցման մեծ մակերես, որը կապված է ֆերմենտների ավելի բարձր ակտիվության հետ: Ավելին, հզոր ուլտրաձայնային ալիքները բացում են կոլագենի մանրաթելերը, որպեսզի կոլագենն ազատվի:
Ուլտրաձայնային պեպսինի արդյունահանում. Պեպսինը համակցված ուլտրաձայնային բարձրացնում է կոլագենի բերքատվությունը մինչև մոտ. 124% և զգալիորեն կրճատում է արդյունահանման ժամանակը սովորական պեպսինի հիդրոլիզի համեմատ: Շրջանաձև երկխոսության վերլուծությունը, ատոմային ուժի մանրադիտակը և FTIR-ը ապացուցեցին, որ արդյունահանվող կոլագենի եռակի պարուրաձև կառուցվածքը չի ազդել սոնիկացիայից և մնացել է անփոփոխ: (Li et al. 2009) Սա ուլտրաձայնային օգնությամբ պեպսինի արդյունահանումը դարձնում է շատ գործնական սննդի արդյունաբերության համար, որն առաջարկում է սպիտակուցի վերականգնման արագության բարձրացում մշակման զգալիորեն ավելի կարճ ժամանակում:
Տավարի ջիլից կոլագենի ուլտրաձայնային և ոչ ուլտրաձայնային արդյունահանման համեմատական ուսումնասիրության ժամանակ ուլտրաձայնային բուժումը (20 կՀց, զարկերակային ռեժիմ 20/20 վրկ.) համոզվել է ավելի բարձր եկամտաբերությամբ և արդյունավետությամբ: Պայմանական արդյունահանումը կատարվել է պեպսինով քացախաթթվի մեջ 48 ժամվա ընթացքում: Ուլտրաձայնային արդյունահանումը կատարվել է արդյունահանում նույն պայմաններում, սակայն ազդեցության ժամանակները sonication-ի (3-ից 24 ժամ) և պեպսինի (24-ից 45 ժամ) ենթարկվել են տարբեր, ինչը հանգեցրել է ընդհանուր առմամբ 48 ժամ բուժման: Ուլտրաձայնային-պեպսինի արդյունահանումը ցույց տվեց կոլագենի արդյունահանման բարձր արդյունավետություն՝ հասնելով 6,2% եկամտաբերության, երբ սովորական արդյունահանման եկամտաբերությունը 2,4% էր: Լավագույն արդյունքները ձեռք են բերվել ուլտրաձայնային արդյունահանման ժամանակ՝ օգտագործելով 18 ժամ: Արդյունահանված կոլագենը ցույց տվեց չվնասված շարունակական պարուրաձև կառուցվածք, լավ լուծելիություն և բավականին բարձր ջերմային կայունություն: սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային-պեպսինի արդյունահանումը բարելավում է բնական կոլագենի արդյունահանման արդյունավետությունը՝ չվնասելով ստացված կոլագենի որակը: (Ran and Wang 2014)
Ուլտրաձայնային օգնությամբ թթվային արդյունահանում
Kim et al. (2012), ճապոնական ծովաբասի մաշկից թթվային լուծվող կոլագենի արդյունահանումը (Lateolabrax japonicus) ցույց է տվել ուլտրաձայնային բուժումից հետո 20 կՀց հաճախականությամբ 0,5 մ քացախաթթուում բարձր եկամտաբերություն և կրճատվել է արդյունահանման ժամանակը: Ուլտրաձայնային արդյունահանումը չի փոխել կոլագենի հիմնական բաղադրիչները, ավելի կոնկրետ α1, α2 և β շղթաները:
Սպիտակուցի ուլտրաձայնային արդյունահանում ձվի կճեպից
Ուլտրաձայնային նախապես մշակված ֆերմենտային հիդրոլիզատներն ավելի լավ ֆունկցիոնալ հատկություններ ունեին: Հավի ձվի կեղևից ֆունկցիոնալ սպիտակուցային հիդրոլիզատների ուլտրաձայնային արդյունահանման համար բարելավվում են լուծելիությունը, էմուլգացնող, փրփրող և ջրապահող հատկությունները:
Ձվի կեղևի թաղանթը առատ բնական ռեսուրս է և բաղկացած է մոտ 64 սպիտակուցներից, ներառյալ տիպի I, V և X կոլագենը, լիզոզիմը, օստեոպոնտինը և սիալոպրոտեինը: Սա ձվի կճեպը դարձնում է հետաքրքիր հումք սպիտակուցների արդյունահանման համար: Ուլտրաձայնային արդյունահանման միջոցով սպիտակուցի թողարկումը և ֆունկցիոնալությունը կարող են զգալիորեն բարելավվել, ինչը հանգեցնում է արագ, արդյունավետ և խնայող գործընթացի:
Ուլտրաձայնային պրոցեսներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական Սանդղակ
Ուլտրաձայնային օգնությամբ ալկալիների արդյունահանում
արդյունահանել և լուծել այս սպիտակուցները
Ձվի կեղևից սպիտակուցի արդյունահանման համար ուլտրաձայնային-ալկալիային բուժումը հանգեցրեց լուծվող սպիտակուցի բերքատվությանը մոտ 100% ընդհանուր ձվի կեղևի մեմբրանի սպիտակուցի: Ուլտրաձայնային կավիտացիան ձվի կեղևի թաղանթից անջատեց ավելի մեծ սպիտակուցներ և հեշտացրեց դրա միացությունների լուծարումը: Սպիտակուցի կառուցվածքը և հատկությունները չեն վնասվել sonication-ից և մնացել են անփոփոխ: Սպիտակուցների հակաօքսիդանտ հատկությունները նույնն էին ուլտրաձայնային օգնությամբ ալկալային բուժման և սովորական արդյունահանման համար:
Ժելատինի ուլտրաձայնային արդյունահանում
Ծաղկի սառեցված և օդով չորացրած մաշկը մշակվել է սառը ֆիզիոլոգիական, ալկալային և թթվային լուծույթներով՝ կոլագենի հյուսվածքը առանձնացնելու և ժելատինը 45°C-ում կոլագենի դենատուրացիայի միջոցով 4 ժամվա ընթացքում, որպես վերամշակման օժանդակ միջոց: Գնահատվել են ժելատինի բերքատվությունը, pH-ը, պարզությունը, գելի ուժը և viscoelastic հատկությունները, ինչպես նաև PAGE-SDS մեթոդով որոշված մոլեկուլային քաշի բաշխումը: Չորս ժամվա ընթացքում ջրային բաղնիքում 45°C ջերմաստիճանում արդյունահանված ժելատինը օգտագործվել է որպես հսկիչ: Էլեկտրաէներգիայի ուլտրաձայնային բուժումը բարձրացրել է արդյունահանման ելքը 11,1%-ով՝ համեմատած հսկողության հետ, մինչդեռ գելի ուժը նվազել է 7%-ով։ Գելացման ջերմաստիճանը նույնպես ցածր է եղել ուլտրաձայնային արդյունահանվող ժելատինում (4,2°C): Այս վարքագիծը կապված է ժելատիններում պոլիպեպտիդային պարույրների մոլեկուլային քաշի բաշխման տարբերությունների հետ: Ուլտրաձայնային արդյունահանումը կարող է օգտագործվել սառեցված և օդով չորացրած ձկան կաշվից ժելատինի արդյունահանումը մեծացնելու համար: (Olson et al. 2005 թ.)
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային համակարգեր
Hielscher Ultrasonics-ը հզոր ուլտրաձայնային համակարգեր է մատակարարում լաբորատորիայից մինչև նստարանային և արդյունաբերական մասշտաբով: Օպտիմալ արդյունահանման արդյունք ապահովելու համար պահանջկոտ պայմաններում հուսալի ձայնագրումը կարող է շարունակաբար իրականացվել: Բոլոր արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ: Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 աշխատել ծանր պարտականությունների ժամանակ և պահանջկոտ միջավայրերում:
Խնդրում ենք կապնվել մեզ այսօր ձեր գործընթացի պահանջների հետ: Մենք ուրախ կլինենք ձեզ առաջարկել համապատասխան ուլտրաձայնային համակարգ ձեր գործընթացի համար:
Hielscher-ի ուլտրաձայնային բարձր հզորության հոմոգենիզատորները հասանելի են գործընթացի ցանկացած մասշտաբի համար – լաբորատորիայից մինչև արտադրություն։
Գրականություն/Հղումներ
- Ալվարես, Կառլոս; Լելու, Պոլին; Լինչ, Սառա Ա. Tiwari, Brijesh K. (2018). Սպիտակուցի օպտիմիզացված վերականգնում սկումբրիա ամբողջական ձկից՝ օգտագործելով հաջորդական թթու/ալկալային իզոէլեկտրական լուծույթի տեղումների (ISP) արդյունահանում՝ ուլտրաձայնային օգնությամբ: LWT – Սննդի գիտություն և տեխնոլոգիա, հատոր. 88, փետրվար 2018. 210-216.
- Ջայն, Սուրանգնա; Կումար Անալ, Անիլ (2016). Հավի ձվի կեղևի թաղանթից (ESM) ֆունկցիոնալ սպիտակուցային հիդրոլիզատների արդյունահանման օպտիմալացում՝ ուլտրաձայնային օժանդակությամբ արդյունահանման (ԱՄԷ) և ֆերմենտային հիդրոլիզի միջոցով: LWT – Սննդի գիտություն և տեխնոլոգիա, հատոր. 69, Հունիս 2016. 295-302.
- Kim, HK; Քիմ, ՅՀ; Քիմ, ՅՋ; Park, HJ; Lee, NH (2012): Ուլտրաձայնային բուժման ազդեցությունը կոլագենի արդյունահանման վրա ծովային բասի մաշկից Lateolabrax japonicus: Ձկնորսության գիտություն հատոր 78, թողարկում 78; 2013. 485-490.
- Լի, Դեֆու; Մու, Չանգդաո; Կայ, Սումեյ; Լին, Վեյ (2016). Ուլտրաձայնային ճառագայթում կոլագենի ֆերմենտային արդյունահանման մեջ: Ultrasonics Sonochemistry հատոր 16, թողարկում 5; 2009. 605-609.
- Olson, DA, Avena Bustillos, RD, Olsen, CW, Chiou, B., Yee, E., Bower, CK, Bechtel, PJ, Pan, Z., Mc Hugh, TH (2005): Ուլտրաձայնային հզորության գնահատումը որպես վերամշակման օգնություն ձկան ժելատինի արդյունահանման համար: Ժողովի ամփոփագիր No 71C-26. IFT տարեկան ժողով. Հուլիս 2005. Նյու Օռլեան, Լոս Անջելես.
- Ռան, XG; Wang, LY (2014): Ուլտրաձայնային և պեպսինի բուժման օգտագործումը տանդեմում մսի արդյունաբերության կողմնակի արտադրանքներից կոլագենի արդյունահանման համար: Journal of the Science of Food and Agriculture 94 (3), 2014. 585-590.
- Շմիդտ, Մ.Մ. Dornelles, RCP; Մելլո, ՌՈ; Կուբոտա, ԷՀ; Mazutti, MA; Kempka, AP; Demiate, IM (2016): Կոլագենի արդյունահանման գործընթաց: International Food Research Journal 23 (3), 2016. 913-922.
- Siritientong, Tippawan; Բոնանի, Վալտեր; Մոտա, Անտոնելլա; Միլյարեզի, Կլաուդիո; Aramwit, Pornanong (2016). Bombyx mori մետաքսի լարվածության և արդյունահանման ժամանակի ազդեցությունը սերիցինի մոլեկուլային և կենսաբանական բնութագրերի վրա: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Vol. 80, Iss. 2, 2016. 241-249.
- Zeng, JN; Jiang, BQ; Xiao, ZQ, Li, SH (2011). Ձկան թեփուկներից կոլագենի արդյունահանում պապինով ուլտրաձայնային նախնական մշակման ներքո: Ընդլայնված նյութերի հետազոտություն, հատոր 366, 2011. 421-424:
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
կոլագեն
Կոլագենը հիմնական կառուցվածքային սպիտակուցն է կենդանիների մարմինների տարբեր շարակցական հյուսվածքների արտաբջջային տարածության մեջ: Որպես շարակցական հյուսվածքի հիմնական բաղադրիչ՝ այն կաթնասունների մեջ ամենաառատ սպիտակուցն է [1], որը կազմում է ամբողջ մարմնի սպիտակուցի պարունակության 25%-ից մինչև 35%-ը։ Կոլագենը բաղկացած է ամինաթթուներից, որոնք իրար փաթաթված են՝ ձևավորելով եռակի պարուրակներ՝ ձևավորելով երկարավուն մանրաթելեր: Կոլագենի ամենաբարձր քանակությունը առկա է մանրաթելային հյուսվածքներում, ինչպիսիք են ջլերը, կապանները և մաշկը: Պետք է առանձնացնել կոլագենի երեք տեսակ.
I տիպի կոլագեն. ապահովում է մաշկի, մազերի, եղունգների, օրգանների, ոսկորների, կապանների սպիտակուցի 90%-ը
II տիպի կոլագեն. ապահովում է աճառի սպիտակուցի 50-60%-ը, հոդային աճառում՝ կոլագենի 85-90%-ը
III տիպի կոլագեն. ապահովում է սպիտակուցներ ոսկորների, աճառի, դենտինի, ջիլում և այլ շարակցական հյուսվածքների մանրաթելային սպիտակուցին
Կոլագենը մարմնում
Կոլագենի երեք տեսակներից յուրաքանչյուրը բաղկացած է տարբեր սպիտակուցներից, որոնք մարմնում կատարում են տարբեր նպատակներ: Կոլագենի I և III տիպերը երկուսն էլ մաշկի, մկանների, ոսկորների, մազերի և եղունգների հիմնական բաղադրիչներն են: Նրանք անհրաժեշտ են իրենց առողջության, աճի և վերակառուցման համար: II տիպի կոլագենը հիմնականում հանդիպում է աճառում և հոդերի մեջ։
I և III տիպի կոլագենը երկուսն էլ պարունակում են 19 ամինաթթուներ, որոնք համարվում են էական ամինաթթուներ: Դրանք արտադրվում են ֆիբրոբլաստների կողմից (շարակցական հյուսվածքի բջիջներ) և օստեոբլաստների կողմից (բջիջներ, որոնք ստեղծում են ոսկորներ): Կոլագենի I և III տիպի ամենակարևոր սպիտակուցները ներառում են գլիցինը, պրոլինը, ալանինը և հիդրօքսիպրոլինը: III տիպը մանրաթելային սկլերոպրոտեին է:
Գլիցինը կոլագենի ամենաբարձր քանակով ամինաթթուն է: Պրոլինը ոչ էական ամինաթթու է, որը կարող է սինթեզվել գլիցինից և նպաստում է հոդերի և ջլերին: Հիդրօքսիպրոլինը ամինաթթու է, որը նպաստում է կոլագենի կայունությանը: Ալանինը սպիտակուցների կենսասինթեզի համար կարևոր ամինաթթու է:
Ինչպես I և III տիպերը, II տիպի կոլագենը ձևավորում է մանրաթելեր: Կոլագենի այս ֆիբրիլային ցանցը կարևոր է աճառի համար, քանի որ այն հնարավորություն է տալիս թակարդել պրոտեոգլիկանները: Ավելին, այն ապահովում է հյուսվածքի առաձգական ուժ:
Աղբյուրներ և կիրառումներ
Կոլագենը մանրաթելային սպիտակուց է, որն առատորեն առկա է կաթնասունների, օրինակ՝ խոշոր եղջերավոր անասունների, խոզերի միացնող հյուսվածքում: Կոլագենի մեծ մասը արդյունահանվում է
խոզի կաշվից և ոսկորներից և խոշոր եղջերավոր կենդանիների աղբյուրներից։ Կոլագենի արդյունահանման այլընտրանքային աղբյուր են ձկներն ու թռչունները: Կոլագենը լայնորեն օգտագործվում է սննդի, սննդային հավելումների, դեղագործության/բժշկության և կոսմետիկայի մեջ՝ ի թիվս այլ ապրանքների: Կոլագենի արդյունահանումը աճող բիզնես է, քանի որ այս սպիտակուցը կարող է փոխարինել սինթետիկ նյութերին տարբեր արդյունաբերական գործընթացներում: