Ultraskaņas kolagēna ekstrakcija
- Kolagēns ir bagāts ar olbaltumvielām un tiek plaši izmantots daudzveidīgos rūpnieciskos lietojumos, piemēram, pārtikā, farmācijā, piedevās utt.
- Ultraskaņas apstrādi var viegli kombinēt ar kolagēna fermentatīvo vai skābes ekstrakciju.
- Ultraskaņas ieviešana kolagēna ekstrakcijas procesā rada augstāku ražu un ātrāku ekstrakciju.
Ultraskaņas ietekme uz kolagēna ekstrakciju
Augstas intensitātes ultraskaņa tiek plaši izmantota, lai uzlabotu masas pārnesi mitros procesos, piemēram, ekstrakcijā, sonoķīmijā utt. Kolagēna ekstrakciju (pazīstams arī kā kolagēna izolācija) var ievērojami uzlabot ar ultraskaņas apstrādi. Ultraskaņas apstrāde palīdz kolagēna substrāta šķelšanās laikā, atver kolagēna fibrilus, tādējādi tiek atvieglota fermentatīvā hidrolīze vai skābes apstrāde.
Ultrasoniski atbalstīta fermentatīva ekstrakcija
Ultraskaņas apstrāde ir pazīstama ar spēju palielināt fermentu aktivitāti. Šis efekts ir balstīts uz pepsīna agregātu ultraskaņas dispersiju un deagglomerāciju. Homogēni disperģētie fermenti piedāvā palielinātu virsmu masas pārnesei, kas ir saistīta ar augstāku fermentu aktivitāti. Turklāt spēcīgie ultraskaņas viļņi atver kolagēna fibrilus, lai kolagēns tiktu atbrīvots.
Ultraskaņas pepsīna ekstrakcija: Pepsīns apvieno ultrasonication palielina kolagēna ražu līdz aptuveni 124% un ievērojami saīsina ekstrakcijas laiku salīdzinājumā ar parasto pepsīna hidrolīzi. Apļveida dikroisma analīze, atomu spēka mikroskopija un FTIR pierādīja, ka ekstrahētā kolagēna trīskāršās spirāles struktūru ultraskaņas apstrāde neietekmēja un palika neskarta. (Li et al. 2009) Tas padara ultrasoniski atbalstīto pepsīna ekstrakciju ļoti praktisku pārtikas rūpniecībai, piedāvājot paaugstinātu olbaltumvielu atgūšanas ātrumu ievērojami īsākā apstrādes laikā.
Salīdzinošā pētījumā par ultraskaņas un ne-ultraskaņas kolagēna ekstrakciju no liellopu cīpslas, ultraskaņas apstrāde (20kHz, impulsa režīms 20/20 sek.), ko pārliecina augstāka raža un efektivitāte. Parastā ekstrakcija tika veikta ar pepsīnu etiķskābē 48 stundas. Ultraskaņas ekstrakcija tika veikta ekstrakciju tādos pašos apstākļos, bet iedarbības laiki ultraskaņas apstrādei (3 līdz 24 stundas) un pepsīnam (24 līdz 45 stundas) bija dažādi, kā rezultātā kopumā tika ārstētas 48 stundas. Ultraskaņas-pepsīna ekstrakcija parādīja izcilu kolagēna ekstrakcijas efektivitāti, sasniedzot 6,2% ražu, kad parastā ekstrakcijas raža bija 2,4%. Vislabākie rezultāti tika sasniegti ultraskaņas ekstrakcijas laikā, izmantojot 18 h. Ekstrahētais kolagēns uzrādīja nebojātu nepārtrauktas spirāles struktūru, labu šķīdību un diezgan augstu termisko stabilitāti. Tas nozīmē, ka ultraskaņas-pepsīna ekstrakcija uzlaboja dabiskā kolagēna ekstrakcijas efektivitāti, nesabojājot iegūtā kolagēna kvalitāti. (Skrēja un Vanags 2014)
Ultraskaņas skābes ekstrakcija
(2012) pētījumā skābē šķīstošā kolagēna ekstrakcija no Japānas jūras asaru ādas (Lateolabrax japonicus) parādīja palielinātu ražu un samazinātu ekstrakcijas laiku pēc ultraskaņas apstrādes ar frekvenci 20 kHz 0,5 M etiķskābē. Ekstrakcija ar ultraskaņu nemainīja galvenās kolagēna sastāvdaļas, konkrētāk, α1, α2 un β ķēdes.
Olbaltumvielu ultraskaņas ekstrakcija no olu čaumalām
Ultrasoniski iepriekš apstrādātiem fermentatīviem hidrolizātiem bija labākas funkcionālās īpašības. Funkcionālo olbaltumvielu hidrolizātu ultraskaņas ekstrakcijai no vistas olu čaumalas uzlabojas šķīdība, emulgācijas, putošanas un ūdens turēšanas īpašības.
Olu čaumalas membrāna ir bagātīgs dabas resurss un sastāv no aptuveni 64 olbaltumvielām, tostarp I, V un X tipa kolagēna, lizocīma, osteopontīna un sialoproteīna. Tas padara olu čaumalas par interesantu izejvielu proteīnu ekstrakcijai. Ar ultraskaņas ekstrakciju olbaltumvielu izdalīšanos un funkcionalitāti var ievērojami uzlabot, kā rezultātā tiek panākts ātrs, efektīvs un ekonomisks process.
Ultraskaņas procesi: No Lab līdz Rūpniecības Mērogs
Ultrasoniski atbalstīta sārmu ekstrakcija
lai ekstrahētu un šķīdinātu šos proteīnus
Olbaltumvielu ekstrakcijai no olu čaumalas membrānas apstrāde ar ultraskaņu-sārmu izraisīja izšķīdinātu olbaltumvielu ražu, kas ir tuvu 100% no kopējā olu čaumalas membrānas proteīna. Ultraskaņas kavitācija atdalīja lielākus proteīnus no olu čaumalas membrānas un veicināja tās savienojumu šķīdību. Olbaltumvielu struktūra un īpašības netika bojātas ar ultraskaņu un palika neskartas. Olbaltumvielu antioksidantu īpašības bija vienādas ultraskaņas sārmu apstrādei un parastajai ekstrakcijai.
Ultraskaņas želatīna ekstrakcija
Saldētas un gaisā žāvētas polloka ādas tika apstrādātas ar aukstiem sāls šķīduma, sārma un skābes šķīdumiem, lai atdalītu kolagēna audus un ekstraktu želatīnu ar kolagēna denaturāciju 45 ° C temperatūrā četras stundas ar jaudas ultraskaņas apstrādi kā pārstrādes palīglīdzekli. Novērtēja želatīna iznākumu, pH, dzidrumu, gēla stiprumu un viskoelastīgās īpašības, kā arī molekulu masu sadalījumu, kas noteikts ar PAGE-SDS metodi. Kā kontroli izmantoja želatīnu, kas ekstrahēts ūdens vannā 45 °C temperatūrā četras stundas. Jaudas ultraskaņas apstrāde palielināja ekstrakcijas ražu par 11.1%, salīdzinot ar kontroli, bet gēla stiprums samazinājās par 7%. Gelatācijas temperatūra bija zemāka arī ultraskaņas ekstrahētajā želatīnā (4,2 ° C). Šī uzvedība ir saistīta ar atšķirībām polipeptīdu spoļu molekulmasu sadalījumā želatīnā. Jaudas ultraskaņas ekstrakciju var izmantot, lai palielinātu želatīna ekstrakciju no saldētām un gaisā žāvētām zivju ādām. (Olsons u.c. 2005)
rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas
Hielscher Ultrasonics piegādā jaudīgas ultraskaņas sistēmas no laboratorijas līdz galda un rūpnieciskajam mērogam. Lai nodrošinātu optimālu ekstrakcijas jaudu, nepārtraukti var veikt uzticamu ultraskaņu prasīgos apstākļos. Visi rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj 24/7 darboties lieljaudas režīmā un prasīgā vidē.
Lūdzu, sazinieties ar mums jau šodien ar savām procesa prasībām! Mēs ar prieku ieteiksim jums piemērotu ultraskaņas sistēmu jūsu procesam!
Hielscher ultraskaņas lieljaudas homogenizatori ir pieejami jebkuram procesa mērogam – no laboratorijas līdz ražošanai.
Literatūra/Atsauces
- Álvarez, Carlos; Lēlu, Paulīne; Linča, Sāra A.; Tiwari, Brijesh K. (2018): Optimizēta olbaltumvielu atgūšana no makreles veselām zivīm, izmantojot secīgu skābju/sārmu izoelektrisko šķīdības nokrišņu (ISP) ekstrakciju (ISP) ar ultraskaņas palīdzību. LWT – Pārtikas zinātne un tehnoloģija, 88. sējums, 2018. gada februāris. 210-216.
- Džains, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): Funkcionālo olbaltumvielu hidrolizātu ekstrakcijas optimizācija no vistas olu čaumalas membrānas (ESM) ar ultraskaņas ekstrakciju (AAE) un fermentatīvo hidrolīzi. LWT – Pārtikas zinātne un tehnoloģija, 69. sējums, 2016. gada jūnijs. 295-302.
- Kims, H.K.; Kims, J.H.; Kims, Dž.Dž.; Parks, H.J.; Lee, N.H. (2012): Ultraskaņas ārstēšanas ietekme uz kolagēna ekstrakciju no jūras asaru ādas Lateolabrax japonicus. Zivsaimniecības zinātnes 78. sējums, 78. izdevums; 2013. 485-490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Ultraskaņas apstarošana kolagēna fermentatīvajā ekstrakcijā. Ultrasonics Sonochemistry 16. sējums, 5. izdevums; 2009. 605-609.
- Olson, D.A., Avena Bustillos, R.D., Olsen, C.W., Chiou, B., Yee, E., Bower, C.K., Bechtel, P.J., Pan, Z., Mc Hugh, T.H. (2005): Jaudas ultraskaņas novērtēšana kā apstrādes palīglīdzeklis zivju želatīna ekstrakcijai. Tikšanās anotācija Nr. 71C-26. IFT ikgadējā sanāksme. 2005. gada jūlijs. Ņūorleāna, LA.
- Skrēja, X.G.; Wang, L.Y. (2014): Ultraskaņas un pepsīna apstrādes izmantošana tandēmā kolagēna ekstrakcijai no gaļas rūpniecības blakusproduktiem. Pārtikas un lauksaimniecības zinātnes žurnāls 94(3), 2014. 585-590.
- Šmits, M.M.; Dornelles, R.C.P.; Mello, R.O.; Kubota, E.H.; Mazutti, M.A.; Kempka, A.P.; Demiate, I.M. (2016): Kolagēna ekstrakcijas process. Starptautiskais pārtikas pētījumu žurnāls 23(3), 2016. 913-922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Valters; Motta, Antonella; Migliaresi, Klaudio; Aramwit, Pornanong (2016): Bombyx mori zīda celma un ekstrakcijas laika ietekme uz sericīna molekulārajām un bioloģiskajām īpašībām. Biozinātne, biotehnoloģija un bioķīmija 80. sējums , Iss. 2, 2016. 241-249.
- Zengs, J.N.; Dzjans, B.Q.; Xiao, Z.Q., Li, S.H. (2011): Kolagēna ekstrakcija no zivju svariem ar papaīnu ultraskaņas pirmapstrādē. Progresīvo materiālu izpēte, 366. sējums, 2011. gads. 421-424.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Kolagēna
Kolagēns ir galvenais strukturālais proteīns ekstracelulārajā telpā dažādos saistaudos dzīvnieku ķermeņos. Kā saistaudu galvenā sastāvdaļa tā ir visbiežāk sastopamā olbaltumviela zīdītājiem,[1] kas veido no 25% līdz 35% no visa ķermeņa olbaltumvielu satura. Kolagēns sastāv no aminoskābēm, kas savītas kopā, veidojot trīskāršas helikas, veidojot iegarenas fibrilas. Vislielākais kolagēna daudzums ir šķiedrainos audos, piemēram, cīpslās, saitēs un ādā. Izšķir trīs kolagēna veidus:
I tipa kolagēns: nodrošina 90% olbaltumvielu ādā, matos, nagos, orgānos, kaulos, saitēs
II tipa kolagēns: nodrošina 50-60% olbaltumvielu skrimšļos, 85-90% kolagēna locītavu skrimšļos
III tipa kolagēns: nodrošina olbaltumvielas šķiedru olbaltumvielām kaulos, skrimšļos, dentīnā, cīpslās un citos saistaudos
Kolagēns organismā
Katrs no trim kolagēna veidiem sastāv no dažādiem proteīniem, kas organismā pilda dažādus mērķus. Gan I, gan III tipa kolagēns ir ādas, muskuļu, kaulu, matu un nagu galvenās sastāvdaļas. Tie ir nepieciešami viņu veselībai, izaugsmei un atjaunošanai. II tipa kolagēns galvenokārt atrodams skrimšļos un locītavās.
Gan I, gan III tipa kolagēns satur 19 aminoskābes, kuras uzskata par neaizvietojamām aminoskābēm. Tos ražo fibroblasti (šūnas saistaudos) un osteoblasti (šūnas, kas veido kaulus). Svarīgākie I un III tipa kolagēna proteīni ir glicīns, prolīns, alanīns un hidroksiprolīns. III tips ir šķiedru skleroproteīns.
Glicīns ir aminoskābe ar vislielāko kolagēna daudzumu. Prolīns ir nebūtiska aminoskābe, ko var sintezēt no glicīna un kas veicina locītavas un cīpslas. Hidroksiprolīns ir aminoskābe, kas veicina kolagēna stabilitāti. Alanīns ir aminoskābe, kas ir svarīga proteīnu biosintēzei.
Tāpat kā I un III tips, arī II tipa kolagēns veido fibrilus. Šis fibrilārais kolagēna tīkls ir svarīgs skrimšļos, jo tas ļauj iekļūt proteoglikāniem. Turklāt tas nodrošina audu stiepes izturību.
Avoti un lietojumi
Kolagēns ir šķiedrains proteīns, kas bagātīgi sastopams zīdītāju, piemēram, liellopu, cūku, saistaudos. Lielākā daļa kolagēna tiek ekstrahēta
no cūku ādām un kauliem un no liellopu avotiem. Alternatīvs kolagēna ekstrakcijas avots ir zivis un vistas. Kolagēns tiek plaši izmantots pārtikā, uztura bagātinātājos, farmācijā / medicīnā un kosmētikā, kā arī citos produktos. Kolagēna ekstrakcija ir augošs bizness, jo šis proteīns var aizstāt sintētiskos līdzekļus dažādos rūpnieciskos procesos.