초음파 콜라겐 추출

• 콜라겐은 단백질이 풍부하며 식품, 제약, 첨가제 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
• 초음파 처리는 콜라겐의 효소 추출 또는 산 추출과 쉽게 결합할 수 있습니다.
• 콜라겐 추출 공정에 초음파를 도입하면 수율이 높아지고 추출 속도가 빨라집니다.

콜라겐 추출에 미치는 초음파의 영향

고강도 초음파는 추출, 초음파 화학 등 습식 공정에서 물질 전달을 개선하기 위해 널리 사용됩니다. 콜라겐 추출(콜라겐 분리라고도 함)은 초음파 처리를 통해 크게 개선할 수 있습니다. 초음파 처리는 콜라겐 기질의 절단을 돕고 콜라겐 원섬유를 풀어 주므로 효소 가수분해 또는 산 처리가 용이해집니다.

초음파 보조 효소 추출

초음파 처리는 효소 활성을 높이는 능력으로 알려져 있습니다. 이러한 효과는 초음파에 의한 펩신 응집체의 분산과 해체에 기반합니다. 균일하게 분산된 효소는 물질 전달에 이용할 수 있는 표면적이 더 넓으며, 이는 효소 활성 증가와 관련이 있습니다. 또한 강력한 초음파는 콜라겐 원섬유를 풀어 주어 콜라겐이 방출되도록 합니다.

초음파 펩신 추출: 펩신과 초음파 처리를 결합하면 기존 펩신 가수분해에 비해 콜라겐 수율이 최대 약 124%까지 증가하고 추출 시간이 크게 단축됩니다. 원편광 이색성 분석, 원자힘 현미경 분석 및 FTIR을 통해 추출된 콜라겐의 삼중 나선 구조가 초음파 처리의 영향을 받지 않고 온전하게 유지되었음이 입증되었습니다. (Li et al. 2009) 따라서 초음파 보조 펩신 추출은 훨씬 짧은 처리 시간에 더 높은 단백질 회수율을 제공하므로 식품 산업에서 실용성이 매우 높습니다.

소의 힘줄에서 콜라겐을 추출할 때 초음파 추출과 비초음파 추출을 비교한 연구에서 초음파 처리(20kHz, 펄스 모드 20/20초)는 더 높은 수율과 효율을 보여 주었습니다. 기존 추출은 아세트산에서 펩신을 사용하여 48시간 동안 수행했습니다. 초음파 추출은 동일한 조건에서 수행하되, 초음파 처리 시간(3–24 h)과 펩신 처리 시간(24–45시간)을 달리하여 총 처리 시간이 48시간이 되도록 했습니다. 초음파–펩신 추출은 콜라겐 추출 효율이 우수하여 수율이 6.2%에 도달한 반면, 기존 추출의 수율은 2.4%였습니다. 초음파 추출 시간이 18 h일 때 가장 좋은 결과를 얻었습니다. 추출된 콜라겐은 손상되지 않은 연속적인 나선 구조, 우수한 용해도 및 상당히 높은 열적 안정성을 보였습니다. 이는 초음파–펩신 추출이 얻어진 콜라겐의 품질을 손상시키지 않으면서 천연 콜라겐의 추출 효율을 개선했음을 의미합니다. (Ran and Wang 2014)

초음파 보조 산 추출

Kim et al. (2012)의 연구에서는 농어(Lateolabrax japonicus)의 껍질에서 산 가용성 콜라겐을 추출할 때 0.5 M 아세트산에서 주파수 20 kHz로 초음파 처리한 후 수율이 증가하고 추출 시간이 단축되었습니다. 초음파 추출은 콜라겐의 주요 구성 요소, 구체적으로 α1, α2 및 β 사슬을 변화시키지 않았습니다.

달걀 껍데기에서 단백질의 초음파 추출

초음파로 전처리한 효소 가수분해물은 더 우수한 기능적 특성을 보였습니다. 닭 난각에서 기능성 단백질 가수분해물을 초음파로 추출하면 용해성, 유화성, 기포 형성성 및 보수성이 향상됩니다.
난각막은 풍부한 천연 자원으로, I형, V형 및 X형 콜라겐, 라이소자임, 오스테오폰틴, 시알로단백질을 포함하여 약 64종의 단백질로 구성되어 있습니다. 따라서 난각은 단백질 추출을 위한 흥미로운 원료입니다. 초음파 추출은 단백질의 방출과 기능성을 크게 향상시켜 빠르고 효율적이며 경제적인 공정을 구현할 수 있습니다.

초음파 보조 알칼리 추출

이 단백질들을 추출하고 가용화하기 위해
난각막에서 단백질을 추출할 때 초음파와 알칼리를 함께 처리하면 난각막 전체 단백질의 거의 100%에 해당하는 가용화 단백질 수율을 얻었습니다. 초음파 캐비테이션은 난각막에서 큰 단백질 덩어리들을 분리하고 그 구성 성분의 가용화를 촉진했습니다. 단백질의 구조와 특성은 초음파 처리로 손상되지 않고 온전히 유지되었습니다. 단백질의 항산화 특성은 초음파 보조 알칼리 처리와 기존 추출에서 동일했습니다.

초음파 젤라틴 추출

냉동 및 공기 건조한 명태 껍질을 차가운 식염수, 알칼리 용액 및 산 용액으로 처리하여 콜라겐 조직을 분리하고, 고출력 초음파 처리를 공정 보조 수단으로 사용하여 45°C에서 네 시간 동안 콜라겐을 변성시켜 젤라틴을 추출했습니다. 젤라틴 수율, pH, 투명도, 겔 강도 및 점탄성 특성과 함께 PAGE-SDS 방법으로 측정한 분자량 분포를 평가했습니다. 45°C 수조에서 네 시간 동안 추출한 젤라틴을 대조군으로 사용했습니다. 고출력 초음파 처리는 대조군에 비해 추출 수율을 11.1% 증가시킨 반면, 겔 강도는 7% 감소했습니다. 초음파로 추출한 젤라틴은 겔화 온도도 더 낮았습니다(4.2°C). 이러한 거동은 젤라틴 내 폴리펩타이드 코일의 분자량 분포 차이와 관련이 있습니다. 고출력 초음파 추출은 냉동 및 공기 건조한 생선 껍질에서 젤라틴 추출량을 늘리는 데 사용할 수 있습니다. (Olson et al. 2005)

산업용 초음파 시스템

Hielscher Ultrasonics는 실험실 규모부터 벤치탑 및 산업 규모까지 강력한 초음파 시스템을 공급합니다. 최적의 추출 성과를 보장하기 위해 까다로운 조건에서도 신뢰할 수 있는 초음파 처리를 연속적으로 수행할 수 있습니다. 모든 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로도 24/7 연속 운전을 쉽게 수행할 수 있습니다. 더 높은 진폭이 필요한 경우 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함 덕분에 고부하 및 까다로운 환경에서도 24/7 운전이 가능합니다.
공정 요구 사항을 알려주시려면 지금 문의해 주세요! 귀하의 공정에 적합한 초음파 시스템을 기꺼이 추천해 드리겠습니다!