ულტრაბგერითი კოლაგენის ექსტრაქცია
- კოლაგენი მდიდარია ცილებით და ფართოდ გამოიყენება მრავალრიცხოვან სამრეწველო დანიშნულებით, მაგ. საკვები, ფარმაცევტიკა, დანამატები და ა.შ.
- ულტრაბგერითი დამუშავება მარტივად შეიძლება გაერთიანდეს კოლაგენის ფერმენტულ ან მჟავიან ექსტრაქციასთან.
- ულტრაბგერის დანერგვა კოლაგენის ექსტრაქციის პროცესში იწვევს უფრო მაღალ გამოსავლიანობას და უფრო სწრაფ ექსტრაქციას.
ულტრაბგერითი ეფექტები კოლაგენის ექსტრაქციაზე
მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერა ფართოდ გამოიყენება მასათგადაცემის გასაუმჯობესებლად სველ პროცესებში, მაგ. ექსტრაქცია, სონოქიმია და ა.შ. კოლაგენის ექსტრაქცია (ასევე ცნობილი, როგორც კოლაგენის იზოლაცია) მნიშვნელოვნად შეიძლება გაუმჯობესდეს ულტრაბგერითი დამუშავებით. ულტრაბგერითი დამუშავება ეხმარება კოლაგენის სუბსტრატის დაშლისას, ახსნის კოლაგენის ფიბრილებს, რითაც ხელსაყრელი ხდება ფერმენტული ჰიდროლიზი ან მჟავით დამუშავება.
ულტრაბგერითი დახმარებით ფერმენტული ექსტრაქცია
ულტრაბგერითი დამუშავება ცნობილია ფერმენტული აქტივობის გაზრდის შესაძლებლობით. ეს ეფექტი ეფუძნება პეფსინის აგრეგატების ულტრაბგერით დისპერსიასა და დეაგლომერაციას. ჰომოგენურად დისპერგირებული ფერმენტები უზრუნველყოფენ მასათგადაცემისთვის გაზრდილ ზედაპირს, რაც კორელირებულია უფრო მაღალ ფერმენტულ აქტივობასთან. გარდა ამისა, მძლავრი ულტრაბგერითი ტალღები ახსნის კოლაგენის ფიბრილებს, რის შედეგადაც კოლაგენი გამოიყოფა.
ულტრაბგერითი პეფსინის ექსტრაქცია: პეფსინისა და ულტრაბგერითი დამუშავების კომბინაცია ზრდის კოლაგენის გამოსავლიანობას დაახლოებით 124%-მდე და მნიშვნელოვნად ამცირებს ექსტრაქციის დროს ტრადიციულ პეფსინის ჰიდროლიზთან შედარებით. ცირკულარული დიქროიზმის ანალიზმა, ატომურ-ძალის მიკროსკოპიამ და FTIR-მა დაადასტურეს, რომ ექსტრაქციული კოლაგენის სამმაგი სპირალის სტრუქტურა არ დაზიანებულა ულტრაბგერითი დამუშავების შედეგად და მთლიანობაში დარჩა. (Li et al. 2009) ეს ულტრაბგერით დახმარებით პეფსინის ექსტრაქციას საკვების მრეწველობისთვის ძალიან პრაქტიკულს ხდის, რადგან უზრუნველყოფს ცილის აღდგენის მაღალ მაჩვენებლებს მნიშვნელოვნად მოკლე დამუშავების დროში.
შედარებით კვლევაში, რომელიც ეხებოდა კოლაგენის ექსტრაქციას ძროხის მყესში ულტრაბგერით და არაულტრაბგერით მეთოდებით, ულტრაბგერითი დამუშავება (20kHz, იმპულსური რეჟიმი 20/20 წმ.) დადებითად გამოირჩეოდა უფრო მაღალი გამოსავლიანობითა და ეფექტურობით. ტრადიციული ექსტრაქცია ჩატარდა პეფსინით ძმარმჟავაში 48 საათის განმავლობაში. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ჩატარდა იმავე პირობებში, მაგრამ ულტრაბგერითი დამუშავების (3-დან 24 სთ-მდე) და პეფსინის (24-დან 45 სთ-მდე) ექსპოზიციის დროები იცვლებოდა, რის შედეგადაც მიღებული იქნა ჯამური 48 საათიანი დამუშავება. ულტრაბგერით-პეფსინის ექსტრაქციამ აჩვენა კოლაგენის ექსტრაქციის უპირატესი ეფექტურობა, მიაღწია 6,2% გამოსავლიანობას, როდესაც ტრადიციული ექსტრაქციის გამოსავლიანობა იყო 2,4%. საუკეთესო შედეგები მიღებულ იქნა 18 სთ ულტრაბგერითი ექსტრაქციის დროის გამოყენებისას. ამოღებულმა კოლაგენმა აჩვენა დაუზიანებელი უწყვეტი სპირალის სტრუქტურა, კარგი ხსნადობა და საკმაოდ მაღალი თერმული სტაბილურობა. ეს ნიშნავს, რომ ულტრაბგერით-პეფსინის ექსტრაქციამ გააუმჯობესა ბუნებრივი კოლაგენის ექსტრაქციის ეფექტურობა მიღებული კოლაგენის ხარისხის დაზიანების გარეშე. (Ran and Wang 2014)
ულტრაბგერითი დახმარებით მჟავიანი ექსტრაქცია
Kim et al.-ის (2012) კვლევაში, მჟავაში ხსნადი კოლაგენის ექსტრაქციამ იაპონური ზღვის ბასის (Lateolabrax japonicus) კანისგან აჩვენა გაზრდილი გამოსავლიანობა და შემცირებული ექსტრაქციის დრო ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ 20 kHz სიხშირეზე 0,5 M ძმარმჟავაში. ულტრაბგერითმა ექსტრაქციამ არ შეცვალა კოლაგენის ძირითადი კომპონენტები, უფრო კონკრეტულად α1, α2 და β ჯაჭვები.
ცილის ექსტრაქცია კვერცხის ნაჭუჭიდან ულტრაბგერით
ულტრაბგერით წინასწარ დამუშავებულ ფერმენტულ ჰიდროლიზატებს უკეთესი ფუნქციური თვისებები ჰქონდათ. ქათმის კვერცხის ნაჭუჭისგან ფუნქციური ცილოვანი ჰიდროლიზატების ულტრაბგერითი ექსტრაქციისას გაუმჯობესდა ხსნადობა, ემულგირების, ქაფწარმოქმნისა და წყლის შეკავების თვისებები.
კვერცხის ნაჭუჭის მემბრანა უხვი ბუნებრივი რესურსია და შედგება დაახლოებით 64 ცილისგან, მათ შორის I, V და X ტიპის კოლაგენი, ლიზოციმი, ოსტეოპონტინი და სიალოპროტეინი. ეს კვერცხის ნაჭუჭებს ცილების ექსტრაქციისთვის საინტერესო საწყის მასალად აქცევს. ულტრაბგერითი ექსტრაქციის მეთოდით ცილის გამოყოფა და ფუნქციური თვისებები მნიშვნელოვნად შეიძლება გაუმჯობესდეს, რაც სწრაფ, ეფექტურ და ეკონომიურ პროცესს უზრუნველყოფს.
ულტრაბგერითი პროცესები: ლაბორატორიული დან მრეწველობით მასშტაბამდე
ულტრაბგერითი დახმარებით ტუტე ექსტრაქცია
ამ ცილების გამოსაყოფად და გასახსნელად
ცილის ექსტრაქციისას კვერცხის ნაჭუჭის მემბრანიდან, ულტრაბგერით-ტუტე დამუშავებამ გამოიწვია გახსნილი ცილის გამოსავალი, რომელიც კვერცხის ნაჭუჭის მემბრანის მთლიანი ცილის 100%-ს უახლოვდებოდა. ულტრაბგერითმა კავიტაციამ კვერცხის ნაჭუჭის მემბრანიდან უფრო დიდი ცილოვანი გროვები მოაშორა და მისი კომპონენტების გახსნას შეუწყო ხელი. ცილის სტრუქტურა და თვისებები ულტრაბგერითი დამუშავების შედეგად არ დაზიანებულა და მთლიანობაში დარჩა. ცილების ანტიოქსიდანტური თვისებები იგივე იყო ულტრაბგერითი დახმარებით ტუტე დამუშავებისა და ტრადიციული ექსტრაქციის შემთხვევაში.
ულტრაბგერითი ჟელატინის ექსტრაქცია
გაყინული და ჰაერზე გაშრობილი პოლოკის კანები დამუშავდა ცივი მარილხსნარით, ტუტე და მჟავა ხსნარებით კოლაგენის ქსოვილის გამოსაყოფად და ჟელატინის ექსტრაქციისთვის კოლაგენის დენატურაციის გზით 45°C-ზე ოთხი საათის განმავლობაში, ამასთან დამხმარე საშუალებად გამოყენებული იყო ძლიერი ულტრაბგერითი დამუშავება. შეფასდა ჟელატინის გამოსავალი, pH, გამჭვირვალობა, გელის სიმტკიცე და ვისკოელასტიური თვისებები, ასევე მოლეკულური მასის განაწილება, რომელიც დადგენილი იყო PAGE-SDS მეთოდით. საკონტროლოდ გამოიყენებოდა ჟელატინი, რომელიც ექსტრაქციისთვის წყლის აბაზანაში 45°C-ზე ოთხი საათის განმავლობაში დამუშავდა. ძლიერმა ულტრაბგერითმა დამუშავებამ ექსტრაქციის გამოსავალი 11,1%-ით გაზარდა საკონტროლო ნიმუშთან შედარებით, ხოლო გელის სიმტკიცე 7%-ით შემცირდა. გელწარმოქმნის ტემპერატურაც უფრო დაბალი იყო ულტრაბგერითი ექსტრაქციით მიღებულ ჟელატინში (4,2°C). ეს ქცევა დაკავშირებულია ჟელატინებში პოლიპეპტიდური სპირალების მოლეკულური მასის განაწილების განსხვავებებთან. ძლიერი ულტრაბგერითი ექსტრაქცია შეიძლება გამოვიყენოთ გაყინული და ჰაერზე გაშრობილი თევზის კანებიდან ჟელატინის ექსტრაქციის გასაზრდელად. (Olson et al. 2005)
მრეწველობითი ულტრაბგერითი სისტემები
Hielscher Ultrasonics აწვდის მძლავრ ულტრაბგერით სისტემებს ლაბორატორიულიდან, სამაგიდე და მრეწველობითი მასშტაბის ჩათვლით. ოპტიმალური ექსტრაქციის გამოსავლის უზრუნველსაყოფად, შესაძლებელია ულტრაბგერითი დამუშავების უწყვეტი და საიმედო განხორციელება რთულ პირობებში. ყველა მრეწველობითი ულტრაბგერითი პროცესორს შეუძლია ძალიან მაღალი ამპლიტუდების მიწოდება. 200µm-მდე ამპლიტუდები მარტივად შეიძლება უწყვეტად იყოს ექსპლუატაციაში 24/7 რეჟიმში. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად დამზადებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა საშუალებას იძლევა 24/7 რეჟიმში მუშაობისა მძიმე და რთულ გარემო პირობებში.
გთხოვთ, დღესვე დაგვიკავშირდეთ თქვენი პროცესის მოთხოვნებით! ჩვენ სიამოვნებით გირჩევთ შესაბამის ულტრაბგერით სისტემას თქვენი პროცესისთვის!
Hielscher-ის ულტრაბგერითი მაღალი სიმძლავრის ჰომოგენიზატორები ხელმისაწვდომია ნებისმიერი პროცესის მასშტაბისთვის – ლაბორატორიულიდან წარმოებამდე.
ლიტერატურა/წყაროები
- Álvarez, Carlos; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah A.; Tiwari, Brijesh K. (2018): მთლიანი სკუმბრიიდან ცილის გამოყოფის ოპტიმიზაცია ულტრაბგერით ხელშეწყობილი ექსტრაქციისას თანმიმდევრული მჟავა და ტუტე იზოელექტრული ხსნადობის გაზრდისა და დალექვის (ISP) გამოყენებით. LWT – Food Science and Technology Vol. 88, February 2018. 210-216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): ქათმის კვერცხის ნაჭუჭის მემბრანიდან (ESM) ფუნქციური ცილოვანი ჰიდროლიზატების ექსტრაქციის ოპტიმიზაცია ულტრაბგერით ხელშეწყობილი ექსტრაქციისა (UAE) და ფერმენტული ჰიდროლიზის გამოყენებით. LWT – Food Science and Technology Vol. 69, June 2016. 295-302.
- Kim, H.K.; Kim, Y.H.; Kim, Y.J.; Park, H.J.; Lee, N.H. (2012): ულტრაბგერითი დამუშავების ეფექტები კოლაგენის ექსტრაქციაზე ზღვის ბასის Lateolabrax japonicus კანიდან. Fisheries Science, ტომი 78, ნომერი 78; 2013. 485-490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): ულტრაბგერითი დასხივება კოლაგენის ფერმენტულ ექსტრაქციაში. Ultrasonics Sonochemistry, ტომი 16, ნომერი 5; 2009. 605-609.
- Olson, DA, Avena Bustillos, RD, Olsen, CW, Chiou, B., Yee, E., Bower, CK, Bechtel, PJ, Pan, Z., Mc Hugh, TH (2005): სიმძლავრის ულტრაბგერის შეფასება. გადამამუშავებელი დამხმარე საშუალება თევზის ჟელატინის მოპოვებისთვის. შეხვედრის რეზიუმე No71C-26. IFT ყოველწლიური შეხვედრა. ივლისი 2005. New Orleans, LA.
- Ran, X.G.; Wang, L.Y. (2014): ულტრაბგერითი და პეფსინით დამუშავების ერთობლივი გამოყენება კოლაგენის ექსტრაქციისთვის ხორცის მრეწველობის ქვეპროდუქტებიდან. Journal of the Science of Food and Agriculture 94(3), 2014. 585-590.
- Schmidt, M.M.; Dornelles, R.C.P.; Mello, R.O.; Kubota, E.H.; Mazutti, M.A.; Kempka, A.P.; Demiate, I.M. (2016): Collagen extraction process. International Food Research Journal 23(3), 2016. 913-922.
- Siritientong, Tippawan; ბონანი, ვალტერი; მოტა, ანტონელა; მილიარესი, კლაუდიო; Aramwit, Pornanong (2016): Bombyx mori აბრეშუმის დაძაბვისა და ექსტრაქციის დრო სერიცინის მოლეკულურ და ბიოლოგიურ მახასიათებლებზე. ბიომეცნიერება, ბიოტექნოლოგია და ბიოქიმია ტ. 80, ისს. 2, 2016. 241-249.
- Zeng, J.N.; Jiang, B.Q.; Xiao, Z.Q., Li, S.H. (2011): თევზის ქერცლებიდან კოლაგენის მოპოვება პაპაინით ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავებისას. Advanced Materials Research, ტომი 366, 2011. 421-424.
საინტერესო ფაქტები
კოლაგენი
კოლაგენი არის მთავარი სტრუქტურული ცილა ცხოველთა სხეულის სხვადასხვა შემაერთებელ ქსოვილში უჯრედგარე სივრცეში. როგორც შემაერთებელი ქსოვილის მთავარი კომპონენტი, ის არის ყველაზე გავრცელებული ცილა ძუძუმწოვრებში,[1] და მთლიანი სხეულის ცილოვანი შემცველობის 25%-დან 35%-ს შეადგენს. კოლაგენი შედგება ამინომჟავებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან გადახვეულია სამმაგი სპირალების წარმოქმნისთვის, რათა წარმოიქმნას გაგრძელებული ფიბრილები. კოლაგენის ყველაზე მაღალი რაოდენობა წარმოდგენილია ბოჭკოვან ქსოვილებში, როგორიცაა მყესები, იოგები და კანი. არსებობს კოლაგენის სამი ტიპი, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდება:
ტიპის I კოლაგენი: უზრუნველყოფს ცილის 90%-ს კანში, თმებში, ფრჩხილებში, ორგანოებში, ძვლებში და იოგებში
ტიპის II კოლაგენი: უზრუნველყოფს ცილის 50-60%-ს ხრტილში, კოლაგენის 85-90%-ს სახსრის ხრტილში
ტიპის III კოლაგენი: უზრუნველყოფს ცილებს ბოჭკოვან ცილაში ძვალში, ხრტილში, დენტინში, მყესში და სხვა შემაერთებელ ქსოვილებში
კოლაგენი ორგანიზმში
კოლაგენის სამივე ტიპი შედგება სხვადასხვა ცილებისგან, რომლებიც ორგანიზმში სხვადასხვა ფუნქციას ასრულებენ. კოლაგენის I და III ტიპები ორივე არის კანის, კუნთების, ძვლების, თმის და ფრჩხილების მთავარი კომპონენტები. ისინი საჭიროა მათი ჯანმრთელობის, ზრდის და აღდგენისთვის. კოლაგენის II ტიპი ძირითადად გვხვდება ხრტილებში და სახსრებში.
I და III ტიპის კოლაგენი ორივე შეიცავს 19 ამინომჟავას, რომლებიც ითვლება აუცილებელ ამინომჟავებად. ისინი წარმოიქმნება ფიბრობლასტების (შემაერთებელი ქსოვილის უჯრედები) და ოსტეობლასტების (ძვალს ქმნის უჯრედები) მიერ. კოლაგენის I და III ტიპებში მთავარი ცილებია გლიცინი, პროლინი, ალანინი და ჰიდროქსიპროლინი. III ტიპი არის ბოჭკოვანი სკლეროპროტეინი.
გლიცინი არის ამინომჟავა კოლაგენში ყველაზე მაღალი რაოდენობით. პროლინი არის არააუცილებელი ამინომჟავა, რომელიც შეიძლება სინთეზირდეს გლიცინიდან და მონაწილეობს სახსრებისა და მყესების ფორმირებაში. ჰიდროქსიპროლინი არის ამინომჟავა, რომელიც ხელს უწყობს კოლაგენის სტაბილურობას. ალანინი არის ამინომჟავა, რომელიც მნიშვნელოვანია ცილების ბიოსინთეზისთვის.
I და III ტიპების მსგავსად, II ტიპის კოლაგენიც ქმნის ფიბრილებს. კოლაგენის ეს ფიბრილური ქსელი მნიშვნელოვანია ხრტილში, რადგან ის უზრუნველყოფს პროტეოგლიკანების შეკავებას. გარდა ამისა, ის ქსოვილს გაჭიმვის სიმტკიცეს ანიჭებს.
წყაროები და გამოყენება
კოლაგენი არის ბოჭკოვანი ცილა, რომელიც დიდი რაოდენობითაა წარმოდგენილი ძუძუმწოვრების, მაგ. ძროხის, ღორის შემაერთებელ ქსოვილში. კოლაგენის უმეტესობა ექსტრაქციას ექვემდებარება
ღორის კანისა და ძვლებისგან და ძროხის წყაროებიდან. კოლაგენის ექსტრაქციის ალტერნატიული წყაროა თევზი და ფრინველი. კოლაგენი ფართოდ გამოიყენება საკვებში, დიეტურ დამატებებში, ფარმაცევტიკაში/მედიცინაში და კოსმეტიკაში სხვა პროდუქტებთან ერთად. კოლაგენის ექსტრაქცია მზარდი ბიზნესია, რადგან ეს ცილა შეიძლება ჩაანაცვლოს სინთეზური აგენტები სხვადასხვა სამრეწველო პროცესში.