Կոլագենի ուլտրաձայնային արդյունահանում
- Կոլագենը հարուստ է սպիտակուցներով և լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերական բազմազան կիրառություններում, օրինակ՝ սննդի, դեղագործության, հավելանյութերի և այլ ոլորտներում։
- Ուլտրաձայնային մշակումը կարելի է հեշտությամբ համատեղել կոլագենի ֆերմենտային կամ թթվային արդյունահանման հետ։
- Կոլագենի արդյունահանման գործընթացում ուլտրաձայնի ներդրումն ապահովում է ավելի բարձր ելքեր և ավելի արագ արդյունահանում։
Ուլտրաձայնի ազդեցությունը կոլագենի արդյունահանման վրա
Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնը լայնորեն օգտագործվում է խոնավ միջավայրում ընթացող գործընթացներում, օրինակ՝ արդյունահանման, սոնոքիմիայի և այլ գործընթացներում զանգվածափոխանակությունը բարելավելու համար։ Կոլագենի արդյունահանումը (հայտնի է նաև որպես կոլագենի առանձնացում) կարող է զգալիորեն բարելավվել ուլտրաձայնային մշակմամբ։ Ուլտրաձայնային մշակումը նպաստում է կոլագենային սուբստրատի ճեղքմանը և բացում է կոլագենի ֆիբրիլները՝ այդպիսով հեշտացնելով ֆերմենտային հիդրոլիզը կամ թթվային մշակումը։
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ ֆերմենտային արդյունահանում
Ուլտրաձայնային մշակումը հայտնի է ֆերմենտների ակտիվությունը բարձրացնելու իր ունակությամբ։ Այս ազդեցությունը հիմնված է պեպսինի ագրեգատների ուլտրաձայնային դիսպերսման և դեագլոմերացման վրա։ Համասեռ դիսպերսված ֆերմենտներն ապահովում են զանգվածափոխանակության ավելի մեծ մակերես, ինչը փոխկապակցված է ֆերմենտների ավելի բարձր ակտիվության հետ։ Բացի այդ, հզոր ուլտրաձայնային ալիքները բացում են կոլագենի ֆիբրիլները՝ ազատելով կոլագենը։
Պեպսինով ուլտրաձայնային արդյունահանում. Ուլտրաձայնային մշակման հետ համակցված պեպսինը կոլագենի ելքը բարձրացնում է մինչև մոտ 124% և զգալիորեն կրճատում արդյունահանման տևողությունը՝ համեմատած պեպսինով սովորական հիդրոլիզի հետ։ Շրջանային դիքրոիզմի վերլուծությունը, ատոմային ուժային մանրադիտակությունը և FTIR մեթոդով հետազոտությունը հաստատել են, որ արդյունահանված կոլագենի եռակի պարուրաձև կառուցվածքը չի տուժել ուլտրաձայնային մշակումից և մնացել է անվնաս։ (Li et al. 2009) Սա ուլտրաձայնի օժանդակությամբ պեպսինային արդյունահանումը դարձնում է խիստ գործնական սննդի արդյունաբերության համար՝ ապահովելով սպիտակուցի կորզման ավելի բարձր ցուցանիշներ մշակման զգալիորեն ավելի կարճ ժամանակահատվածում։
Տավարի ջլից կոլագենի ուլտրաձայնային և առանց ուլտրաձայնի արդյունահանման համեմատական հետազոտությունում ուլտրաձայնային մշակումը (20kHz, իմպուլսային ռեժիմ՝ 20/20 sec.) աչքի է ընկել ավելի բարձր ելքով և արդյունավետությամբ։ Սովորական արդյունահանումն իրականացվել է քացախաթթվում պեպսինով՝ 48 ժամ տևողությամբ։ Ուլտրաձայնային արդյունահանումն իրականացվել է նույն պայմաններում, սակայն ուլտրաձայնային մշակման (3-ից 24 h) և պեպսինի ազդեցության (24-ից 45 ժամ) տևողությունները փոփոխվել են՝ արդյունքում ապահովելով ընդհանուր 48 ժամ մշակում։ Ուլտրաձայնային և պեպսինային համակցված արդյունահանումը ցուցաբերել է կոլագենի արդյունահանման ավելի բարձր արդյունավետություն՝ հասնելով 6,2% ելքի, մինչդեռ սովորական արդյունահանման ելքը եղել է 2,4%։ Լավագույն արդյունքները ստացվել են ուլտրաձայնային արդյունահանման 18 h տևողության դեպքում։ Արդյունահանված կոլագենն ունեցել է չվնասված անընդհատ պարուրաձև կառուցվածք, լավ լուծելիություն և բավական բարձր ջերմային կայունություն։ Սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային և պեպսինային համակցված արդյունահանումը բարելավել է բնական կոլագենի արդյունահանման արդյունավետությունը՝ առանց ստացված կոլագենի որակը վնասելու։ (Ran and Wang 2014)
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ թթվային արդյունահանում
Kim և համահեղինակների (2012) հետազոտությունում ճապոնական ծովային պերճի (Lateolabrax japonicus) մաշկից թթվալույծ կոլագենի արդյունահանման ժամանակ արձանագրվել են ելքի աճ և արդյունահանման տևողության կրճատում՝ 0,5 M քացախաթթվում 20 kHz հաճախականությամբ ուլտրաձայնային մշակումից հետո։ Ուլտրաձայնով արդյունահանումը չի փոխել կոլագենի հիմնական բաղադրիչները, ավելի կոնկրետ՝ α1, α2 և β շղթաները։
Ձվի կեղևից սպիտակուցի ուլտրաձայնային արդյունահանում
Ուլտրաձայնով նախապես մշակված ֆերմենտային հիդրոլիզատներն ունեին ավելի լավ ֆունկցիոնալ հատկություններ։ Հավի ձվի կեղևից ֆունկցիոնալ սպիտակուցային հիդրոլիզատների ուլտրաձայնային արդյունահանման դեպքում բարելավվում են լուծելիությունը, էմուլգացման, փրփրագոյացման և ջուրը պահելու հատկությունները։
Ձվի կեղևի թաղանթը առատ բնական պաշար է և բաղկացած է մոտ 64 սպիտակուցից, այդ թվում՝ I, V և X տիպերի կոլագենից, լիզոցիմից, օստեոպոնտինից և սիալոպրոտեինից։ Սա ձվի կեղևը դարձնում է հետաքրքիր հումք սպիտակուցների արդյունահանման համար։ Ուլտրաձայնային արդյունահանմամբ կարելի է զգալիորեն բարելավել սպիտակուցների անջատումն ու ֆունկցիոնալությունը՝ ապահովելով արագ, արդյունավետ և տնտեսապես շահավետ գործընթաց։
Ուլտրաձայնային գործընթացներ՝ լաբորատոր մասշտաբից մինչև արդյունաբերական մասշտաբ
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ ալկալային արդյունահանում
այս սպիտակուցներն արդյունահանելու և լուծելի դարձնելու համար
Ձվի կեղևի թաղանթից սպիտակուցների արդյունահանման դեպքում ուլտրաձայնային–ալկալային մշակմամբ ստացվել է լուծելի դարձված սպիտակուցի ելք, որը մոտ էր ձվի կեղևի թաղանթի ընդհանուր սպիտակուցի 100%-ին։ Ուլտրաձայնային կավիտացիան ձվի կեղևի թաղանթից անջատել է սպիտակուցների ավելի խոշոր կուտակումները և հեշտացրել դրա միացությունների լուծելիացումը։ Ուլտրաձայնային մշակումը չի վնասել սպիտակուցների կառուցվածքն ու հատկությունները, և դրանք մնացել են անփոփոխ։ Սպիտակուցների հակաօքսիդանտային հատկությունները նույնն էին ուլտրաձայնի օժանդակությամբ ալկալային մշակման և ավանդական արդյունահանման դեպքում։
Ժելատինի ուլտրաձայնային արդյունահանում
Մինտայի սառեցված և օդում չորացված մաշկը մշակվել է սառը աղային, ալկալային և թթվային լուծույթներով՝ կոլագենային հյուսվածքն առանձնացնելու և չորս ժամ շարունակ 45°C ջերմաստիճանում կոլագենի բնափոխմամբ ժելատին արդյունահանելու համար՝ որպես մշակման օժանդակ միջոց կիրառելով հզոր ուլտրաձայնային մշակում։ Գնահատվել են ժելատինի ելքը, pH-ը, թափանցիկությունը, գելի ամրությունը և մածուցիկաառաձգական հատկությունները, ինչպես նաև PAGE-SDS մեթոդով որոշված մոլեկուլային զանգվածների բաշխումը։ Որպես ստուգիչ նմուշ օգտագործվել է ջրային բաղնիքում 45°C ջերմաստիճանում չորս ժամ շարունակ արդյունահանված ժելատինը։ Հզոր ուլտրաձայնային մշակումը ստուգիչ նմուշի համեմատ արդյունահանման ելքն ավելացրել է 11,1%-ով, մինչդեռ գելի ամրությունը նվազել է 7%-ով։ Ուլտրաձայնով արդյունահանված ժելատինի գելացման ջերմաստիճանը նույնպես ավելի ցածր էր (4,2°C)։ Այս վարքագիծը կապված է ժելատիններում պոլիպեպտիդային կծիկների մոլեկուլային զանգվածների բաշխման տարբերությունների հետ։ Հզոր ուլտրաձայնային արդյունահանումը կարող է կիրառվել ձկների սառեցված և օդում չորացված մաշկից ժելատինի արդյունահանումն ավելացնելու համար։ (Olson et al. 2005)
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային համակարգեր
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մատակարարում է հզոր ուլտրաձայնային համակարգեր՝ լաբորատորից մինչև սեղանադիր և արդյունաբերական մասշտաբներ։ Արդյունահանման օպտիմալ արտադրողականությունն ապահովելու համար բարդ պայմաններում հնարավոր է շարունակաբար իրականացնել հուսալի ուլտրաձայնային մշակում։ Բոլոր արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով աշխատանքը հեշտությամբ կարելի է շարունակաբար իրականացնել 24/7 ռեժիմով։ Էլ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են անհատական պատվերով պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 ռեժիմով աշխատել մեծ ծանրաբեռնվածությամբ և բարդ միջավայրերում։
Կապվե՛ք մեզ հետ այսօր և ներկայացրե՛ք ձեր գործընթացի պահանջները։ Մենք սիրով կառաջարկենք ձեր գործընթացին համապատասխան ուլտրաձայնային համակարգ։
Hielscher ընկերության բարձր հզորության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները հասանելի են գործընթացի ցանկացած մասշտաբի համար՝ լաբորատորիայից մինչև արտադրություն։
Գրականություն/հղումներ
- Álvarez, Carlos; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah A.; Tiwari, Brijesh K. (2018): Ամբողջական սկումբրիայից սպիտակուցի կորզման օպտիմալացում՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ հաջորդական թթվային/ալկալային իզոէլեկտրական լուծելիացման–նստեցման (ISP) արդյունահանման կիրառմամբ։ LWT – Food Science and Technology, հատոր 88, February 2018. 210–216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): Հավի ձվի կեղևի թաղանթից (ESM) ֆունկցիոնալ սպիտակուցային հիդրոլիզատների արդյունահանման օպտիմալացում՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ արդյունահանմամբ (UAE) և ֆերմենտային հիդրոլիզով։ LWT – Food Science and Technology, հատոր 69, June 2016. 295–302.
- Kim, H.K.; Kim, Y.H.; Kim, Y.J.; Park, H.J.; Lee, N.H. (2012): Ուլտրաձայնային մշակման ազդեցությունը Lateolabrax japonicus ծովային պերկեսի մաշկից կոլագենի արդյունահանման վրա։ Fisheries Science, հատոր 78, համար 78; 2013. 485–490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Ուլտրաձայնային ճառագայթումը կոլագենի ֆերմենտային էքստրակցիայի ընթացքում։ Ultrasonics Sonochemistry, հատոր 16, թողարկում 5; 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): Բարձր հզորության ուլտրաձայնի գնահատումը որպես ձկան ժելատինի էքստրակցիայի օժանդակ մշակման միջոց։ Գիտաժողովի ամփոփագիր № 71C-26։ IFT տարեկան գիտաժողով։ July 2005. Նոր Օռլեան, LA.
- Ran, X.G.; Wang, L.Y. (2014): Ուլտրաձայնային և պեպսինային մշակման համատեղ կիրառումը մսարդյունաբերության կողմնակի արտադրանքներից կոլագենի էքստրակցիայի համար։ 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): Կոլագենի էքստրակցիայի գործընթացը։ International Food Research Journal 23(3), 2016. 913–922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Walter; Motta, Antonella; Migliaresi, Claudio; Aramwit, Pornanong (2016): Bombyx mori մետաքսի ցեղագծի և էքստրակցիայի տևողության ազդեցությունը սերիցինի մոլեկուլային և կենսաբանական բնութագրերի վրա։ Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, հատոր 80, թողարկում 2, 2016. 241–249.
- Zeng, J.N.; Jiang, B.Q.; Xiao, Z.Q., Li, S.H. (2011): Ձկան թեփուկներից կոլագենի էքստրակցիան պապաինով՝ ուլտրաձայնային նախամշակման պայմաններում։ Advanced Materials Research, հատոր 366, 2011. 421–424.
Օգտակար տեղեկություններ
Կոլագեն
Կոլագենը կենդանիների մարմնի տարբեր շարակցական հյուսվածքների արտաբջջային տարածության հիմնական կառուցվածքային սպիտակուցն է։ Որպես շարակցական հյուսվածքի հիմնական բաղադրիչ՝ այն կաթնասունների օրգանիզմում ամենաառատ սպիտակուցն է[1]՝ կազմելով ամբողջ օրգանիզմի սպիտակուցների պարունակության 25%-ից մինչև 35%-ը։ Կոլագենը բաղկացած է ամինաթթուներից, որոնք միահյուսվում են՝ առաջացնելով եռակի պարույրներ, որոնցից ձևավորվում են երկարավուն ֆիբրիլներ։ Կոլագենի ամենամեծ քանակությունները առկա են այնպիսի թելքավոր հյուսվածքներում, ինչպիսիք են ջլերը, կապանները և մաշկը։ Տարբերակվում են կոլագենի երեք տեսակներ.
I տիպի կոլագեն. ապահովում է մաշկի, մազերի, եղունգների, օրգանների, ոսկրերի և կապանների սպիտակուցների 90%-ը
II տիպի կոլագեն. ապահովում է աճառի սպիտակուցների 50–60%-ը և հոդաճառի կոլագենի 85–90%-ը
III տիպի կոլագեն. սպիտակուցներ է մատակարարում ոսկրի, աճառի, դենտինի, ջլի և այլ շարակցական հյուսվածքների թելքավոր սպիտակուցին
Կոլագենը օրգանիզմում
Կոլագենի երեք տեսակներից յուրաքանչյուրը կազմված է տարբեր սպիտակուցներից, որոնք օրգանիզմում տարբեր գործառույթներ են կատարում։ I և III տիպերի կոլագենները մաշկի, մկանների, ոսկրերի, մազերի և եղունգների հիմնական բաղադրիչներն են։ Դրանք անհրաժեշտ են դրանց առողջության, աճի և վերականգնման համար։ II տիպի կոլագենը հիմնականում հանդիպում է աճառում և հոդերում։
I և III տիպերի կոլագեններից յուրաքանչյուրը պարունակում է 19 ամինաթթու, որոնք համարվում են անփոխարինելի ամինաթթուներ։ Դրանք արտադրվում են ֆիբրոբլաստների (շարակցական հյուսվածքների բջիջների) և օստեոբլաստների (ոսկրեր ձևավորող բջիջների) կողմից։ I և III տիպերի կոլագենների կարևորագույն սպիտակուցներից են գլիցինը, պրոլինը, ալանինը և հիդրօքսիպրոլինը։ III տիպը թելքավոր սկլերոպրոտեին է։
Գլիցինը կոլագենում ամենամեծ քանակությամբ պարունակվող ամինաթթուն է։ Պրոլինը փոխարինելի ամինաթթու է, որը կարող է սինթեզվել գլիցինից և նպաստում է հոդերին ու ջլերին։ Հիդրօքսիպրոլինը ամինաթթու է, որը նպաստում է կոլագենի կայունությանը։ Ալանինը սպիտակուցների կենսասինթեզի համար կարևոր ամինաթթու է։
Ինչպես I և III տիպերը, այնպես էլ II տիպի կոլագենը ձևավորում է ֆիբրիլներ։ Կոլագենի այս ֆիբրիլային ցանցը կարևոր է աճառում, քանի որ այն հնարավորություն է տալիս պահելու պրոտեոգլիկանները։ Բացի այդ, այն հյուսվածքին հաղորդում է ձգման նկատմամբ ամրություն։
Աղբյուրները և կիրառությունները
Կոլագենը թելքավոր սպիտակուց է, որն առատորեն առկա է կաթնասունների, օրինակ՝ խոշոր եղջերավոր անասունների և խոզերի շարակցական հյուսվածքում։ Կոլագենի մեծ մասն արդյունահանվում է
խոզերի մաշկից ու ոսկրերից և խոշոր եղջերավոր անասուններից ստացվող աղբյուրներից։ Կոլագենի էքստրակցիայի այլընտրանքային աղբյուրներ են ձկներն ու թռչունները։ Կոլագենը լայնորեն կիրառվում է սննդամթերքում, սննդային հավելումներում, դեղագործական/բժշկական արտադրանքներում և կոսմետիկ միջոցներում, ինչպես նաև այլ արտադրանքներում։ Կոլագենի էքստրակցիան զարգացող բիզնես է, քանի որ այս սպիտակուցը կարող է փոխարինել սինթետիկ նյութերին տարբեր արդյունաբերական գործընթացներում։