Estrazione di collagene a ultrasuoni

• Il collagene è ricco di proteine ed è ampiamente utilizzato in numerose applicazioni industriali, ad esempio in campo alimentare, farmaceutico, degli additivi, ecc.
• La sonicazione può essere facilmente combinata con l'estrazione enzimatica o acida del collagene.
• L'implementazione degli ultrasuoni nel processo di estrazione del collagene consente di ottenere rese più elevate e un'estrazione più rapida.

Effetti degli ultrasuoni sull'estrazione del collagene

Gli ultrasuoni ad alta intensità sono ampiamente utilizzati per migliorare il trasferimento di massa nei processi a umido, come l'estrazione, la sicochimica, ecc. L'estrazione (nota anche come isolamento del collagene) del collagene può essere significativamente migliorata con il trattamento a ultrasuoni. La sonicazione favorisce la scissione del substrato di collagene e apre le fibrille di collagene, facilitando così l'idrolisi enzimatica o il trattamento con acidi.

Estrazione enzimatica assistita dagli ultrasuoni

La sonicazione è nota per la sua capacità di aumentare l'attività enzimatica. Questo effetto si basa sulla dispersione e sulla deagglomerazione a ultrasuoni degli aggregati di pepsina. Gli enzimi omogeneamente dispersi offrono una maggiore superficie per il trasferimento di massa, che è correlata a una maggiore attività enzimatica. Inoltre, le potenti onde ultrasoniche aprono le fibrille di collagene in modo che il collagene venga rilasciato.

Estrazione di pepsina a ultrasuoni: La pepsina combinata con gli ultrasuoni aumenta la resa del collagene fino a circa il 124% e riduce significativamente il tempo di estrazione rispetto all'idrolisi convenzionale con pepsina. L'analisi del dicroismo circolare, la microscopia a forza atomica e la FTIR hanno dimostrato che la struttura a tripla elica del collagene estratto non è stata influenzata dalla sonicazione ed è rimasta intatta. (Li et al. 2009) Ciò rende l'estrazione di pepsina assistita da ultrasuoni molto pratica per l'industria alimentare, offrendo un maggiore tasso di recupero delle proteine in un tempo di lavorazione significativamente più breve.

In uno studio comparativo tra estrazione a ultrasuoni e non a ultrasuoni di collagene da tendini bovini, il trattamento a ultrasuoni (20kHz, modalità di impulso 20/20 sec.) ha convinto per la maggiore resa ed efficienza. L'estrazione convenzionale è stata eseguita con pepsina in acido acetico per 48 ore. L'estrazione a ultrasuoni è stata eseguita nelle stesse condizioni, ma sono stati variati i tempi di esposizione alla sonicazione (da 3 a 24 ore) e alla pepsina (da 24 a 45 ore), per un totale di 48 ore di trattamento. L'estrazione con ultrasuoni e pepsina ha mostrato un'efficienza superiore nell'estrazione del collagene, raggiungendo un rendimento del 6,2%, mentre il rendimento dell'estrazione convenzionale era del 2,4%. I risultati migliori sono stati ottenuti con un tempo di estrazione a ultrasuoni di 18 ore. Il collagene estratto ha mostrato una struttura a elica continua non danneggiata, una buona solubilità e una stabilità termica piuttosto elevata. Ciò significa che l'estrazione con ultrasuoni e pepsina ha migliorato l'efficienza dell'estrazione del collagene naturale senza danneggiare la qualità del collagene ottenuto. (Ran e Wang 2014)

Estrazione di papaina a ultrasuoni: Il collagene delle squame di pesce può essere estratto in modo efficiente mediante idrolisi con papaina combinata con un pretrattamento a ultrasuoni. Per l'estrazione con ultrasuoni e papaina del collagene dalle squame di pesce sono stati individuati come ottimali i seguenti parametri di processo: durata del pretrattamento a ultrasuoni di 4 minuti, rapporto tra papaina e squame di pesce del 4%, temperatura di 60°C e tempo totale di estrazione di 5 ore. In queste condizioni ottimali, il tasso di estrazione del collagene ha raggiunto il 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Estrazione acida assistita da ultrasuoni

In uno studio di Kim et al. (2012), l'estrazione di collagene solubile in acido dalla pelle di spigola giapponese (Lateolabrax japonicus) ha mostrato un aumento della resa e una riduzione del tempo di estrazione dopo il trattamento a ultrasuoni a una frequenza di 20 kHz in acido acetico 0,5 M. L'estrazione con ultrasuoni non ha alterato i componenti principali del collagene, in particolare le catene α1, α2 e β.

Estrazione a ultrasuoni di proteine dai gusci d'uovo

Gli idrolizzati enzimatici pretrattati con ultrasuoni presentano migliori proprietà funzionali. L'estrazione a ultrasuoni di idrolizzati proteici funzionali dal guscio dell'uovo di pollo ha migliorato le proprietà di solubilità, emulsione, schiumatura e tenuta dell'acqua.
La membrana del guscio d'uovo è una risorsa naturale abbondante ed è composta da circa 64 proteine, tra cui il collagene di tipo I, V e X, il lisozima, l'osteopontina e la sialoproteina. Ciò rende i gusci d'uovo una materia prima interessante per l'estrazione delle proteine. Con l'estrazione a ultrasuoni, il rilascio e la funzionalità delle proteine possono essere migliorati in modo significativo, con un processo rapido, efficiente ed economico.

Estrazione alcalina assistita dagli ultrasuoni

per estrarre e solubilizzare queste proteine
Per l'estrazione di proteine dalla membrana del guscio d'uovo, il trattamento con ultrasuoni e alcali ha portato a una resa proteica solubilizzata vicina al 100% della proteina totale della membrana del guscio d'uovo. La cavitazione ultrasonica ha staccato dalla membrana del guscio d'uovo i grumi di proteine più grandi e ha facilitato la solubilizzazione dei suoi composti. La struttura e le proprietà delle proteine non sono state danneggiate dalla sonicazione e sono rimaste intatte. Le proprietà antiossidanti delle proteine erano le stesse sia nel trattamento alcalino assistito da ultrasuoni che nell'estrazione convenzionale.

Estrazione di gelatina a ultrasuoni

Le pelli di merluzzo congelate ed essiccate all'aria sono state trattate con soluzioni saline fredde, alcaline e acide per separare il tessuto collagene ed estrarre la gelatina mediante denaturazione del collagene a 45°C per quattro ore con un trattamento a ultrasuoni di potenza come ausilio alla lavorazione. Sono stati valutati la resa della gelatina, il pH, la chiarezza, la forza del gel e le proprietà viscoelastiche, nonché la distribuzione del peso molecolare determinata con il metodo PAGE-SDS. La gelatina estratta in un bagno d'acqua a 45°C per quattro ore è stata utilizzata come controllo. Il trattamento con ultrasuoni di potenza ha aumentato la resa di estrazione dell'11,1% rispetto al controllo, mentre la resistenza del gel è diminuita del 7%. Anche la temperatura di gelificazione era più bassa nella gelatina estratta con gli ultrasuoni (4,2°C). Questo comportamento è legato alle differenze nella distribuzione del peso molecolare delle bobine polipeptidiche nelle gelatine. L'estrazione con ultrasuoni può essere utilizzata per aumentare l'estrazione di gelatina da pelli di pesce congelate ed essiccate all'aria. (Olson et al. 2005)

sistemi industriali a ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics fornisce potenti sistemi a ultrasuoni da laboratorio, da banco e su scala industriale. Per garantire una resa di estrazione ottimale, è possibile eseguire una sonicazione affidabile in condizioni difficili in modo continuo. Tutti i processori industriali a ultrasuoni sono in grado di fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24 e 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente di operare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
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