超音波コラーゲン抽出

• コラーゲンはタンパク質が豊富で、食品、医薬品、添加物など、さまざまな工業用途に広く使用されている。
• 超音波処理は、コラーゲンの酵素抽出や酸抽出と簡単に組み合わせることができる。
• コラーゲン抽出プロセスに超音波を導入することで、より高い収率と迅速な抽出が可能になる。

コラーゲン抽出における超音波効果

高強度超音波は、抽出、ソノケミストリーなどの湿式プロセスにおける物質移動を改善するために広く使用されている。コラーゲンの抽出（コラーゲンの単離としても知られる）は、超音波処理によって著しく改善される。超音波処理はコラーゲン基質の切断を助け、コラーゲン線維を開き、酵素加水分解や酸処理を容易にします。

超音波アシスト酵素抽出法

超音波処理には酵素活性を高める効果があることが知られている。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。

超音波ペプシン抽出： ペプシンと超音波処理を組み合わせることで、従来のペプシン加水分解と比較して、コラーゲンの収量が約124%まで増加し、抽出時間が大幅に短縮された。円偏光二色性分析、原子間力顕微鏡、FTIRにより、抽出されたコラーゲンの三重らせん構造は超音波処理による影響を受けず、無傷のままであることが証明された（Li et al.(Liら、2009年) このことから、超音波アシストによるペプシン抽出は、食品産業にとって非常に実用的であり、大幅に短い処理時間でタンパク質の回収率を高めることができる。

牛腱からのコラーゲンの超音波抽出と非超音波抽出の比較試験では、超音波処理（20kHz、パルスモード20/20秒）の方が収量と効率が高かった。従来の抽出は、酢酸中のペプシンを用いて48時間行った。超音波抽出は同じ条件で抽出を行ったが、超音波処理（3～24時間）とペプシン（24～45時間）への曝露時間を変え、合計48時間の処理を行った。超音波-ペプシン抽出は優れたコラーゲン抽出効率を示し、従来の抽出収率が2.4%であったのに対し、収率は6.2%に達した。抽出されたコラーゲンは、損傷を受けていない連続らせん構造、良好な溶解性、かなり高い熱安定性を示した。これは、超音波-ペプシン抽出が、得られるコラーゲンの品質を損なうことなく、天然コラーゲンの抽出効率を改善したことを意味する。(Ran and Wang 2014）

超音波アシスト酸抽出

Kimら（2012）による研究では、スズキ（Lateolabrax japonicus）の皮膚から酸可溶性コラーゲンを抽出したところ、0.5 M酢酸中、周波数20 kHzの超音波処理により、収量の増加と抽出時間の短縮が見られた。超音波による抽出は、コラーゲンの主要成分、特にα1、α2、β鎖に変化を与えなかった。

卵殻からのタンパク質の超音波抽出

超音波による前処理を施した酵素加水分解物は、より優れた機能性を有していた。鶏卵殻からの機能性タンパク質加水分解物の超音波抽出では、溶解性、乳化性、起泡性、保水性が改善された。
卵殻膜は豊富な天然資源であり、I型、V型、X型コラーゲン、リゾチーム、オステオポンチン、シアロプロテインなど約64種類のタンパク質から構成されている。このため、卵殻はタンパク質を抽出するための興味深い原料になる。超音波抽出により、タンパク質の放出と機能性が大幅に改善され、迅速かつ効率的で経済的なプロセスとなる。

超音波アシストアルカリ抽出

これらのタンパク質を抽出し、可溶化する
卵殻膜からのタンパク質抽出では、超音波-アルカリ処理により、全卵殻膜タンパク質の100%に近い可溶化タンパク質収量が得られた。超音波キャビテーションは、卵殻膜から大きなタンパク質の塊を剥離し、その化合物の可溶化を促進した。タンパク質の構造と特性は超音波処理によって損傷されず、無傷のままであった。タンパク質の抗酸化特性は、超音波アシストアルカリ処理と従来の抽出で同じであった。

超音波ゼラチン抽出

スケトウダラの冷凍皮と風乾皮を生理食塩水、アルカリ水溶液、酸水溶液で処理し、コラーゲン組織を分離し、コラーゲン変性によりゼラチンを抽出した。ゼラチン収量、pH、透明度、ゲル強度、粘弾性特性、PAGE-SDS法による分子量分布を評価した。対照として、45℃の水浴中で4時間抽出したゼラチンを用いた。パワー超音波処理により、抽出収率はコントロールと比較して11.1%増加したが、ゲル強度は7%低下した。ゲル化温度も超音波抽出ゼラチンの方が低かった（4.2℃）。この挙動は、ゼラチン中のポリペプチドコイルの分子量分布の違いに関連している。パワー超音波抽出は、冷凍および風乾魚皮からのゼラチン抽出を増加させるために使用できる。(Olson et al.）

産業用超音波システム

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