クラゲからの超音波コラーゲン抽出
- クラゲコラーゲンは高品質なコラーゲンであり、I型、II型、III型、V型コラーゲンと類似した性質を示すが、ユニークなものである。
- 超音波抽出は純粋に機械的な技術であり、歩留まりを高め、プロセスを加速し、高分子量のコラーゲンを生成する。
超音波クラゲ抽出
クラゲはミネラルとタンパク質が豊富で、コラーゲンはこのゼラチン状の海洋生物の主要なタンパク質である。クラゲは海に豊富に存在する。しばしば疫病神のように見られているが、コラーゲン抽出にクラゲを使用することは、優れたコラーゲンを生成し、持続可能な天然源を使用し、クラゲの大発生を除去するという、両方の点で有益である。
超音波抽出は機械的な抽出方法であり、精密に制御され、処理される原料に適合させることができる。超音波抽出は、クラゲからコラーゲン、糖タンパク質、その他のタンパク質を分離するのに成功した。
一般的に、クラゲから単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、製薬業界にとって貴重な活性化合物である。
抽出には、クラゲ全体、中層（＝クラゲの傘の主要部分）、または口腔腕を使用することができる。
超音波抽出は、クラゲからコラーゲンを大量に生産するための効率的で迅速な技術である。
- 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
- 増収
- 高速処理
- 簡単な操作
超音波-酸 & 超音波-酵素抽出
超音波抽出は、クラゲから酸可溶性コラーゲン（ASC）を放出するために、様々な酸溶液と組み合わせて使用することができる。超音波キャビテーションは、細胞構造を破壊して酸を基質に流し込むことにより、クラゲ基質と酸溶液間の物質移動を促進する。これにより、コラーゲンだけでなく、他の標的タンパク質も液体中に移動する。
その後の工程で、残ったクラゲの基質を超音波下で酵素（ペプシンなど）で処理し、ペプシン可溶性コラーゲン（PSC）を分離する。超音波処理は酵素活性を高めることで知られている。この効果はペプシン凝集体の超音波分散と脱凝集に基づく。均質に分散された酵素は、物質移動のための表面積が増加し、酵素活性の上昇につながる。さらに、強力な超音波がコラーゲン線維を開き、コラーゲンが放出される。
超音波による酵素（ペプシン）抽出は、収率が高く、抽出工程が短いという研究結果がある。
コラーゲン製造用高性能超音波装置
Hielscher Ultrasonicsは、ラボ用からベンチトップ用、工業用スケールまで、強力な超音波システムを提供しています。最適な抽出出力を確保するため、厳しい条件下での信頼性の高い超音波処理を連続的に行うことができます。すべての工業用超音波プロセッサーは、非常に高い振幅を供給することができます。最大200µmまでの振幅を、24時間365日の連続運転で簡単に行うことができます。さらに高い振幅を実現するために、カスタマイズされた超音波ソノトロードをご用意しています。Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、高負荷や過酷な環境下でも24時間365日の稼働が可能です。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：
| バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 00.5〜1.5mL | n.a. | バイアルツイーター |
| 1〜500mL | 10～200mL/分 | UP100H |
| 10〜2000mL | 20～400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1～20L | 0.2～4L/分 | UIP2000hdT |
| 10～100L | 2～10L/分 | UIP4000hdT |
| n.a. | 10～100L/分 | uip16000 |
| n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
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文献／参考文献
- ニコラス・M.H.コンガ, ファティマ Md.Yusoff, B. Jamilah, Mahiran Basri, I. Maznah, Kim Wei Chan, Nurdin Armania, Jun Nishikawa (2018)：クラゲ（Acromitus hardenbergi）からのコラーゲン抽出の物理的誘導可溶化工程の増加による改善。Food Chemistry Vol.251, 15 June 2018.41-50.
- 任国艶、李巴芳、趙学、荘永良、厳明燕 (2008)：クラゲ（Rhopilema esculentum）口腔腕からの糖タンパク質抽出のための超音波支援抽出技術。中国農業工程学会論文集 2008-02.
- 任国艶, 李柏芳, 趙雪, 荘永良, 厳明燕, 胡侯, 張秀君, 陳麗 (2009)：クラゲ（Rhopilema esculentum）口腔腕からの高速液体クロマトグラフィーによる糖タンパク質の抽出法のスクリーニング。Journal of Ocean University of China 2009, Volume 8, Issue 1.83-88.
知っておくべき事実
コラーゲン
コラーゲンは三重らせん構造を持つ繊維状タンパク質で、細胞外マトリックスや結合組織に含まれる主要な不溶性の繊維状タンパク質である。コラーゲンには少なくとも16種類あるが、そのほとんど（約90％）はI型、II型、III型に属している。コラーゲンは骨、筋肉、皮膚、腱に存在する人体で最も豊富なタンパク質である。哺乳類では、全身のタンパク質の25～35％を占めている。以下のリストは、コラーゲンタイプが最も多く存在する組織の例である：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、ほとんどの組織の網状線維（肺、肝臓、脾臓など）、IV型-基底膜、V型-特に角膜ではI型コラーゲンと共分布していることが多い。このため、標準的な豊富なコラーゲン（コラーゲンI～V）を商業的に利用することが自然と有利になり、主にヒト、ウシ、ブタの組織から、従来の高収率製造プロセスによって単離・精製し、高品質のコラーゲン・バッチを得ることができた。(Silvaら, 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り、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から摂取することができます。コラーゲンは体内、特に皮膚、骨、結合組織に存在します。生体のコラーゲン産生は、加齢や喫煙、紫外線などの要因にさらされることで減少します。医療では、コラーゲンは創傷部位に新しい皮膚細胞を引き寄せるために、コラーゲン創傷被覆材に使用されることがある。
コラーゲンは再吸収されるので、サプリメントや医薬品に広く使われている。つまり、コラーゲンは分解され、変化し、体内に戻される。また、圧縮された固体や格子状のゲルに形成することもできる。コラーゲンの幅広い機能性と天然に存在する性質は、臨床的に汎用性が高く、様々な医療目的に適しています。医療用のコラーゲンは、ウシ、ブタ、ヒツジ、海洋生物から得ることができる。
動物からコラーゲンを分離する方法には、塩析法、アルカリ法、酸法、酵素法の4つがある。
酸法と酵素法は、高品質のコラーゲンを製造するために最も一般的に併用されている。コラーゲンの一部は酸可溶性コラーゲン（ASC）であり、他の一部はペプシン可溶性コラーゲン（PSC）であるため、酸処理の後に酵素によるペプシン抽出が行われる。酸によるコラーゲン抽出は、クロラ酢酸、クエン酸、乳酸などの有機酸を用いて行われる。ペプシン可溶性コラーゲン(PSC)を酸コラーゲン抽出の残存物から遊離させるために、未溶解物を酵素ペプシンで処理し、ペプシン可溶性コラーゲン(PSC)を分離する。PSCは一般的に0.5Mの酢酸と組み合わせて適用されます。ペプシンは、タンパク質鎖のN末端と非ヘリックスペプチドを切断することにより、コラーゲン構造を維持することができるため、一般的な酵素である。
コラーゲンは栄養補助食品（栄養補助食品）、化粧品、医薬品に使用されています。哺乳類と海洋性（魚類）のコラーゲンが市場に出回っており、どのような量でも購入することができます。クラゲコラーゲンは、ヒトの生体適合性があり、非哺乳類（脱病原性）の新しいコラーゲンです。クラゲコラーゲンは特定のタイプのコラーゲン（I-V型）には一致しませんが、I型、II型、V型コラーゲンの様々な特性を示します。
糖タンパク質
糖タンパク質はバクテリアからヒトまで多くの生物に存在し、さまざまな機能を持っている。短いオリゴ糖鎖を持つこれらのタンパク質は、多くの細胞内事象において、ホルモンやウイルスなどによる細胞表面の認識に関与している。さらに、細胞表面抗原は、細胞外マトリックス要素、消化管および泌尿生殖器のムチン分泌の役割を果たしている。アルブミン、分泌酵素、タンパク質を除く血漿中の球状タンパク質のほとんどは糖タンパク質構造を持っている。細胞膜はタンパク質、脂質および糖鎖分子から構成されている。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を与える。これらのタンパク質は膜から物質への移行に関与している。糖脂質と糖タンパク質の数と分布は細胞に特異性を与える。
糖タンパク質は、細胞の認識、細胞膜の選択的透過性、ホルモンの取り込みを担っている。糖タンパク質の糖鎖部分には主に7種類の単糖がある。これらの単糖は異なる配列と異なる結合構造で結合し、多数の糖鎖構造をもたらす。糖タンパク質は単一のN-結合オリゴ糖構造を含むこともあれば、2種類以上のオリゴ糖を含むこともある。N-結合型オリゴ糖は同じ構造でも異なっていてもよく、またO-結合型オリゴ糖も存在してもよい。オリゴ糖鎖の数はタンパク質や機能によって異なる。
糖鎖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ている。シアル酸が何らかの理由で破壊されると、膜のグリコカリックス構造が破壊され、細胞は所定の作業のほとんどを行うことができなくなる。また、構造糖タンパク質もある。フィブロネクチン、ラミニン、胎児性フィブロネクチンなどである。また、真核生物の糖タンパク質には、主にヘキソース型とアミノヘキソース型の単糖が存在する。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向上させ、細胞のシグナル伝達に関与している。