クラゲからのコラーゲンの超音波抽出
- クラゲのコラーゲンは高品質なコラーゲンであり、独自の特徴を持ちながら、I型、II型、III型およびV型コラーゲンと類似した性質を示します。
- 超音波抽出は純粋に機械的な手法であり、収率を高め、プロセスを加速し、高分子量のコラーゲンを生成します。
クラゲからの超音波抽出
クラゲはミネラルとタンパク質に富み、コラーゲンはこれらのゼラチン状の海洋生物に含まれる主要なタンパク質です。クラゲは海洋にほぼ豊富に存在する資源です。しばしば厄介な存在と見なされるクラゲをコラーゲン抽出に利用することは、優れたコラーゲンを生成し、持続可能な天然資源を利用し、クラゲの大量発生を除去するという両面で有益です。
超音波抽出は機械的な抽出法であり、精密に制御して、処理する原料に合わせて調整できます。超音波抽出は、クラゲからコラーゲン、糖タンパク質およびその他のタンパク質を分離するために応用され、成功を収めています。
一般に、クラゲから分離されたタンパク質は強い抗酸化活性を示すため、食品、サプリメントおよび医薬品産業にとって価値のある活性化合物です。
抽出には、クラゲ全体、中膠（＝クラゲの傘の主要部分）、または口腕を使用できます。
超音波抽出は、クラゲからコラーゲンを大量に生成するための効率的かつ迅速な手法です。
- 食品／医薬品グレードのコラーゲン
- 高分子量
- アミノ酸組成
- 収率の向上
- 迅速な処理
- 操作が容易
超音波併用酸抽出および超音波併用酵素抽出
超音波抽出は、さまざまな酸溶液と組み合わせて、クラゲから酸可溶性コラーゲン（ASC）を遊離させるために使用できます。超音波キャビテーションは、細胞構造を破壊し、酸をクラゲの基質内に流入させることで、クラゲの基質と酸溶液の間の物質移動を促進します。これにより、コラーゲンとその他の目的タンパク質が液体中に移行します。
次の段階では、残ったクラゲの基質を超音波処理下で酵素（すなわちペプシン）により処理し、ペプシン可溶性コラーゲン（PSC）を分離します。超音波処理は、酵素活性を高める能力で知られています。この効果は、ペプシン凝集体の超音波による分散と解凝集に基づいています。均一に分散した酵素は物質移動のための表面積が増加し、これは酵素活性の向上と相関します。さらに、強力な超音波がコラーゲン原線維を開き、コラーゲンを遊離させます。
超音波を併用した酵素（ペプシン）抽出により、収率が高まり、抽出プロセスが短縮されることが研究で示されています。
コラーゲン製造用の高性能超音波処理装置
Hielscher Ultrasonicsは、ラボから卓上および産業規模まで、強力な超音波システムを提供しています。最適な抽出処理量を確保するため、厳しい条件下でも信頼性の高い超音波処理を連続して実施できます。すべての産業用超音波プロセッサーは、非常に高い振幅を実現できます。最大200µmの振幅で、24時間・週7日の連続運転を容易に行えます。さらに高い振幅に対応するため、カスタム仕様の超音波ソノトロードも用意されています。Hielscherの超音波装置は堅牢性に優れ、高負荷かつ厳しい環境でも24時間・週7日の運転が可能です。
以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 0.5–1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | より大きな流量 | クラスター構成の UIP16000 |
お問い合わせ／ご質問はこちら！
文献・参考資料
- Nicholas M.H. Khonga, Fatimah Md. Yusoff, B. Jamilah, Mahiran Basri, I. Maznah, Kim Wei Chan, Nurdin Armania, Jun Nishikawa (2018): 物理的に誘起される可溶化プロセスの増強によるクラゲ（Acromitus hardenbergi）からのコラーゲン抽出の改善。Food Chemistry Vol. 251, 15 June 2018. 41-50.
- Guoyan Ren, Bafang Li, Xue Zhao, Yongliang Zhuang, Mingyan Yan (2008): クラゲ（Rhopilema esculentum）の口腕から糖タンパク質を抽出するための超音波併用抽出技術。Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2008-02.
- Guoyan Ren, Bafang Li, Xue Zhao, Yongliang Zhuang, Mingyan Yan, Hu Hou, Xiukun Zhang, Li Chen (2009): 高速液体クロマトグラフィーによるクラゲ（Rhopilema esculentum）の口腕からの糖タンパク質抽出法のスクリーニング。Journal of Ocean University of China 2009, Volume 8, Issue 1. 83–88.
知っておきたい知識
コラーゲン
コラーゲンは三重らせん構造を持つ線維性タンパク質であり、細胞外マトリックスおよび結合組織における主要な不溶性線維性タンパク質です。コラーゲンには少なくとも16種類ありますが、その大部分（約90%）はI型、II型およびIII型に属します。コラーゲンは人体で最も豊富なタンパク質であり、骨、筋肉、皮膚および腱に存在します。哺乳類では、全身のタンパク質の25–35%を占めます。以下に、各型のコラーゲンが最も豊富に存在する組織の例を示します。I型 – 骨、真皮、腱、靭帯、角膜；II型 – 軟骨、硝子体、髄核；III型 – 皮膚、血管壁、ほとんどの組織（肺、肝臓、脾臓など）の細網線維；IV型 – 基底膜；V型 – I型コラーゲンと同じ場所に分布することが多く、特に角膜で見られます。このことは、一般的で豊富なコラーゲン（コラーゲンI–V）を、主にヒト、ウシおよびブタの組織から、従来の高収率の製造プロセスで分離・精製し、高品質なコラーゲンのバッチを得ることによる商業的利用を、自然と促進しました。(Silva et al., Mar. Drugs 2014, 12)
内因性コラーゲンは体内で合成される天然のコラーゲンである一方、外因性コラーゲンは合成されたもので、サプリメントなどの外部供給源に由来する場合があります。コラーゲンは体内、特に皮膚、骨および結合組織に存在します。生体内のコラーゲン生成は、加齢や、喫煙、紫外線などの要因への曝露によって減少します。医療では、コラーゲン創傷被覆材にコラーゲンを使用し、新しい皮膚細胞を創傷部位に誘導することができます。
コラーゲンは再吸収されるため、サプリメントや医薬品に広く使用されています。これは、分解、変換され、再び体内に取り込まれることを意味します。また、圧縮された固体や格子状のゲルに成形することもできます。幅広い機能と天然に存在する性質により、臨床上の汎用性が高く、さまざまな医療目的に適しています。医療用途では、ウシ、ブタ、ヒツジおよび海洋生物からコラーゲンを得ることができます。
動物からコラーゲンを分離する主要な方法には、塩析法、アルカリ法、酸法および酵素法の四種類があります。
高品質なコラーゲンの製造には、酸法と酵素法を組み合わせる方法が最も一般的に使用されています。コラーゲンの一部は酸可溶性コラーゲン（ASC）であり、別の部分はペプシン可溶性コラーゲン（PSC）であるため、酸処理の後にペプシンによる酵素抽出を行います。酸によるコラーゲン抽出には、クロロ酢酸、クエン酸または乳酸などの有機酸を使用します。酸によるコラーゲン抽出プロセスの残留物からペプシン可溶性コラーゲン（PSC）を遊離させるため、未溶解の物質を酵素ペプシンで処理し、ペプシン可溶性コラーゲン（PSC）を分離します。PSCは通常、0.5Mの酢酸と組み合わせて使用されます。ペプシンは、タンパク質鎖のN末端および非らせんペプチドに対して切断を行うことでコラーゲン構造を維持できるため、一般的に使用される酵素です。
コラーゲンは栄養補助食品（ニュートラシューティカル）、化粧品および医療に使用されています。哺乳類由来および海洋生物（魚）由来のコラーゲンは市場で入手でき、任意の数量で購入できます。クラゲのコラーゲンは新しい形態のコラーゲンであり、ヒトに対して生体適合性があり、非哺乳類由来（無疾患）です。クラゲのコラーゲンは、特定のコラーゲン型（I–V型）のいずれにも一致しませんが、I型、II型およびV型コラーゲンのさまざまな性質を示します。
糖タンパク質
糖タンパク質は細菌からヒトまで多くの生物に存在し、さまざまな機能を持ちます。短いオリゴ糖鎖を持つこれらのタンパク質は、多くの細胞現象において、ホルモン、ウイルスおよびその他の物質による細胞表面の認識に関与します。さらに、細胞表面抗原は、細胞外マトリックスの構成要素、消化管および泌尿生殖器系のムチン分泌として機能します。アルブミン、分泌酵素およびタンパク質を除く、血漿中のほぼすべての球状タンパク質は糖タンパク質構造を持ちます。細胞膜はタンパク質、脂質および炭水化物の分子で構成されています。一方、細胞膜における糖タンパク質の役割は、タンパク質の数と分布に影響します。これらのタンパク質は、膜から物質への移行に関与します。糖脂質と糖タンパク質の数および分布が、細胞の特異性を与えます。
糖タンパク質は、細胞の認識、細胞膜の選択的透過性およびホルモンの取り込みを担います。糖タンパク質の炭水化物部分には、主に7種類の単糖があります。これらの単糖は異なる配列と異なる結合構造で組み合わさり、多数の糖鎖構造を生み出します。糖タンパク質は単一のN結合型オリゴ糖構造を含む場合も、複数の種類のオリゴ糖を含む場合もあります。N結合型オリゴ糖は同じ構造または異なる構造を持つ場合があり、O結合型オリゴ糖の中に存在する場合もあります。オリゴ糖鎖の数は、タンパク質と機能によって異なります。
糖衣の構成要素である糖タンパク質中のシアル酸は、細胞の認識に重要な役割を果たします。何らかの理由でシアル酸が破壊されると、膜の糖衣構造が損なわれ、細胞は定められた機能の大部分を果たせなくなります。また、構造を担う糖タンパク質もあります。これらにはフィブロネクチン、ラミニン、胎児性フィブロネクチンがあり、それぞれ体内で異なる役割を持ちます。また、真核生物の糖タンパク質には、主にヘキソースおよびアミノヘキソース型の単糖が含まれます。これらはタンパク質のフォールディングを助け、タンパク質の安定性を高めることができ、細胞シグナル伝達にも関与します。