超音波によるコラーゲン抽出

• コラーゲンはタンパク質に富み、食品、医薬品、添加剤など、多様な産業用途で広く使用されています。
• 超音波処理は、コラーゲンの酵素抽出や酸抽出と容易に組み合わせることができます。
• コラーゲン抽出プロセスに超音波を導入すると、収率が向上し、抽出が速くなります。

コラーゲン抽出に対する超音波の効果

高強度超音波は、抽出やソノケミストリーなどの湿式プロセスで物質移動を改善するために広く使用されています。コラーゲンの抽出（コラーゲンの単離とも呼ばれます）は、超音波処理によって大幅に改善できます。超音波処理はコラーゲン基質の切断を助け、コラーゲン細線維を開くことで、酵素加水分解や酸処理を促進します。

超音波支援酵素抽出

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、物質移動に利用できる表面積が増大し、これが酵素活性の向上と関連しています。さらに、強力な超音波がコラーゲン細線維を開き、コラーゲンを放出させます。

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と、コラーゲンの収率が最大約124%まで高まり、従来のペプシン加水分解と比較して抽出時間が大幅に短縮されます。円二色性分析、原子間力顕微鏡観察および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の影響を受けず、損なわれずに維持されていることが実証されました。(Li et al. 2009) このため、超音波支援ペプシン抽出は食品産業におい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回収率を高めることができます。

ウシの腱からのコラーゲン抽出について、超音波を使用する場合と使用しない場合を比較した研究では、超音波処理（20kHz、パルスモード20/20 sec.）が、より高い収率と効率を示しました。従来の抽出は、酢酸中でペプシンを用いて48時間行われました。超音波抽出も同じ条件で行われましたが、超音波処理への曝露時間（3–24 h）とペプシンへの曝露時間（24–45時間）を変化させ、総処理時間は48時間としました。超音波ペプシン抽出はコラーゲン抽出効率に優れ、従来の抽出収率が2.4%であったのに対し、6.2%の収率に達しました。最良の結果は、超音波抽出時間を18 hとした場合に得られました。抽出されたコラーゲンは、損傷のない連続したらせん構造、良好な溶解性、かなり高い熱安定性を示しました。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します。(Ran and Wang 2014)

超音波支援酸抽出

Kim et al. (2012)の研究では、スズキ（Lateolabrax japonicus）の皮から酸可溶性コラーゲンを抽出する際に、0.5 M酢酸中で周波数20 kHzの超音波処理を行うと、収率が向上し、抽出時間が短縮されました。超音波を用いた抽出は、コラーゲンの主要成分、具体的にはα1、α2およびβ鎖を変化させませんでした。

卵殻からのタンパク質の超音波抽出

超音波前処理を行った酵素加水分解物は、より優れた機能特性を示しました。鶏卵の卵殻から機能性タンパク質加水分解物を超音波抽出すると、溶解性、乳化性、起泡性および保水性が改善されます。
卵殻膜は豊富に存在する天然資源であり、I型、V型およびX型コラーゲン、リゾチーム、オステオポンチン、シアロタンパク質など、約64種類のタンパク質から構成されています。このため、卵殻はタンパク質抽出の原料として注目されています。超音波抽出により、タンパク質の放出と機能性を大幅に改善でき、迅速で効率的かつ経済的なプロセスが実現します。

超音波支援アルカリ抽出

これらのタンパク質を抽出し、可溶化するために
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って、卵殻膜の総タンパク質量の100%に近い可溶化タンパク質収率が得られました。超音波キャビテーションは、大きなタンパク質の塊を卵殻膜から剥離し、その成分の可溶化を促進しました。タンパク質の構造と特性は超音波処理によって損なわれず、維持されました。タンパク質の抗酸化特性は、超音波支援アルカリ処理と従来の抽出で同じでした。

超音波によるゼラチン抽出

凍結および風乾したスケトウダラの皮を、冷たい食塩水、アルカリ溶液および酸溶液で処理してコラーゲン組織を分離し、処理補助として高出力超音波処理を用いながら45°Cで四時間コラーゲンを変性させ、ゼラチンを抽出しました。ゼラチンの収率、pH、透明度、ゲル強度、粘弾性特性、およびPAGE-SDS法で測定した分子量分布を評価しました。45°Cの水浴中で四時間かけて抽出したゼラチンを対照としました。高出力超音波処理により、対照と比較して抽出収率が11.1%増加した一方、ゲル強度は7%低下しました。超音波抽出したゼラチンでは、ゲル化温度も低くなりました（4.2°C）。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ます。高出力超音波抽出は、凍結および風乾した魚の皮からのゼラチン抽出量を増やすために使用できます。(Olson et al. 2005)

産業用超音波システム

Hielscher Ultrasonicsは、ラボから卓上、産業規模まで、強力な超音波システムを提供しています。最適な抽出成果を確保するために、厳しい条件下でも信頼性の高い超音波処理を連続して行うことができます。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、24/7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に、特注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であり、高負荷や厳しい環境下での24/7運転が可能です。
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