Kolagēna ekstrakcija ar ultraskaņu

• Kolagēns ir bagāts ar olbaltumvielām un tiek plaši izmantots daudzās rūpnieciskās lietojuma jomās, piemēram, pārtikā, farmācijā, piedevās u. c.
• Apstrādi ar ultraskaņu var viegli apvienot ar kolagēna ekstrakciju, izmantojot enzīmus vai skābi.
• Ultraskaņas ieviešana kolagēna ekstrakcijas procesā nodrošina lielāku iznākumu un ātrāku ekstrakciju.

Ultraskaņas ietekme uz kolagēna ekstrakciju

Augstas intensitātes ultraskaņu plaši izmanto masas pārneses uzlabošanai mitrajos procesos, piemēram, ekstrakcijā, sonoķīmijā u. c. Kolagēna ekstrakciju (pazīstama arī kā kolagēna izolēšana) var būtiski uzlabot ar apstrādi ar ultraskaņu. Apstrāde ar ultraskaņu veicina kolagēna substrāta šķelšanu un atver kolagēna fibrillas, tādējādi atvieglojot enzimātisko hidrolīzi vai apstrādi ar skābi.

Ekstrakcija ar enzīmiem ultraskaņas iedarbībā

Apstrāde ar ultraskaņu ir pazīstama ar spēju palielināt enzīmu aktivitāti. Šīs iedarbības pamatā ir pepsīna agregātu disperģēšana un deaglomerācija ar ultraskaņu. Viendabīgi disperģēti enzīmi nodrošina lielāku virsmu masas pārnesei, kas ir saistīta ar augstāku enzīmu aktivitāti. Turklāt spēcīgie ultraskaņas viļņi atver kolagēna fibrillas, tādējādi atbrīvojot kolagēnu.

Ekstrakcija ar pepsīnu ultraskaņas iedarbībā: Pepsīns kombinācijā ar apstrādi ar ultraskaņu palielina kolagēna iznākumu līdz aptuveni 124% un būtiski saīsina ekstrakcijas laiku salīdzinājumā ar parasto pepsīna hidrolīzi. Cirkulārā dihroisma analīze, atomspēku mikroskopija un FTIR pierādīja, ka apstrāde ar ultraskaņu neietekmēja ekstrahētā kolagēna trīskāršās spirāles struktūru un tā saglabājās neskarta. (Li et al. 2009) Tas padara ekstrakciju ar pepsīnu ultraskaņas iedarbībā ļoti praktiski izmantojamu pārtikas rūpniecībā, nodrošinot lielāku olbaltumvielu atgūšanas pakāpi ievērojami īsākā apstrādes laikā.

Salīdzinošā pētījumā par kolagēna ekstrakciju no liellopu cīpslām ar ultraskaņu un bez tās apstrāde ar ultraskaņu (20kHz, impulsu režīms 20/20 sec.) uzrādīja lielāku iznākumu un efektivitāti. Parastā ekstrakcija tika veikta ar pepsīnu etiķskābē 48 stundas. Ekstrakcija ar ultraskaņu tika veikta tādos pašos apstākļos, bet apstrādes ilgums ar ultraskaņu (no 3 līdz 24 h) un pepsīnu (no 24 līdz 45 stundām) tika mainīts, kopējam apstrādes ilgumam sasniedzot 48 stundas. Ekstrakcija ar ultraskaņu un pepsīnu uzrādīja augstāku kolagēna ekstrakcijas efektivitāti, sasniedzot 6,2% iznākumu, savukārt parastās ekstrakcijas iznākums bija 2,4%. Vislabākie rezultāti tika sasniegti, veicot ekstrakciju ar ultraskaņu 18 h. Ekstrahētajam kolagēnam bija nebojāta, nepārtraukta spirālveida struktūra, laba šķīdība un samērā augsta termiskā stabilitāte. Tas nozīmē, ka ekstrakcija ar ultraskaņu un pepsīnu uzlaboja dabīgā kolagēna ekstrakcijas efektivitāti, nekaitējot iegūtā kolagēna kvalitātei. (Ran and Wang 2014)

Ekstrakcija ar papaīnu ultraskaņas iedarbībā: Kolagēnu no zivju zvīņām var efektīvi ekstrahēt ar papaīna hidrolīzi, kas apvienota ar priekšapstrādi ar ultraskaņu. Kolagēna ekstrakcijai no zivju zvīņām ar ultraskaņu un papaīnu par optimāliem tika atzīti šādi procesa parametri: priekšapstrādes ar ultraskaņu ilgums 4min, papaīna attiecība pret zivju zvīņām 4%, temperatūra 60°C un kopējais ekstrakcijas laiks 5h. Šajos optimālajos apstākļos kolagēna ekstrakcijas pakāpe sasniedza 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Ekstrakcija ar skābi ultraskaņas iedarbībā

Kim et al. (2012) pētījumā skābē šķīstoša kolagēna ekstrakcija no Japānas jūras asara (Lateolabrax japonicus) ādas uzrādīja lielāku iznākumu un īsāku ekstrakcijas laiku pēc apstrādes ar ultraskaņu 20 kHz frekvencē 0,5 M etiķskābē. Ekstrakcija ar ultraskaņu nemainīja kolagēna galvenās sastāvdaļas, konkrētāk, α1, α2 un β ķēdes.

Olbaltumvielu ekstrakcija no olu čaumalām ar ultraskaņu

Ar ultraskaņu iepriekš apstrādātiem fermentatīvajiem hidrolizātiem bija labākas funkcionālās īpašības. Ekstrahējot funkcionālos olbaltumvielu hidrolizātus no vistu olu čaumalām ar ultraskaņu, uzlabojas šķīdība, emulģēšanas, putošanas un ūdens saistīšanas īpašības.
Olu čaumalu membrāna ir bagātīgi pieejams 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 olbaltumvielu ekstrakcijai. Ekstrakcija ar ultraskaņu var ievērojami uzlabot olbaltumvielu izdalīšanos un funkcionālās īpašības, nodrošinot ātru, efektīvu un ekonomisku procesu.

Ekstrakcija ar sārmu un ultraskaņas palīdzību

lai ekstrahētu un solubilizētu šīs olbaltumvielas
Ekstrahējot olbaltumvielas no olu čaumalu membrānas, apstrāde ar ultraskaņu un sārmu nodrošināja solubilizēto olbaltumvielu iznākumu, kas bija tuvs 100% no kopējā olu čaumalu membrānas olbaltumvielu daudzuma. Ultraskaņas kavitācija atdalīja lielākus olbaltumvielu sakopojumus no olu čaumalu membrānas un veicināja tās sastāvdaļu solubilizāciju. Apstrāde ar ultraskaņu nebojāja olbaltumvielu struktūru un īpašības, un tās saglabājās neskartas. Olbaltumvielu antioksidatīvās īpašības bija vienādas gan sārmainajā apstrādē ar ultraskaņas palīdzību, gan tradicionālajā ekstrakcijā.

Želatīna ekstrakcija ar ultraskaņu

Saldētas un gaisā žāvētas pollaku ādas apstrādāja ar aukstiem sāls, sārmu un skābju šķīdumiem, lai atdalītu kolagēna audus un ekstrahētu želatīnu, denaturējot kolagēnu 45°C temperatūrā četras stundas un izmantojot apstrādi ar lielas jaudas ultraskaņu kā procesa palīglīdzekli. Tika novērtēts želatīna iznākums, pH, dzidrums, gēla stiprība un viskoelastīgās īpašības, kā arī molekulmasas sadalījums, ko noteica ar PAGE-SDS metodi. Kā kontroles paraugu izmantoja želatīnu, kas ekstrahēts ūdens vannā 45°C temperatūrā četras stundas. Apstrāde ar lielas jaudas ultraskaņu palielināja ekstrakcijas iznākumu par 11,1% salīdzinājumā ar kontroles paraugu, savukārt gēla stiprība samazinājās par 7%. Ar ultraskaņu ekstrahētajam želatīnam bija arī zemāka gelēšanas temperatūra (4,2°C). Šī uzvedība ir saistīta ar atšķirībām polipeptīdu kamolu molekulmasas sadalījumā želatīnos. Ekstrakciju ar lielas jaudas ultraskaņu var izmantot, lai palielinātu želatīna ieguvi no saldētām un gaisā žāvētām zivju ādām. (Olson et al. 2005)

Rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas

Hielscher Ultrasonics piegādā jaudīgas ultraskaņas sistēmas laboratorijas, galda iekārtu un rūpnieciskajam mērogam. Lai nodrošinātu optimālu ekstrakcijas iznākumu, uzticamu apstrādi ar ultraskaņu var veikt nepārtraukti arī sarežģītos apstākļos. Visi rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz pat 200µm var viegli uzturēt nepārtrauktā 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejamas individuāli pielāgotas ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturīgā konstrukcija ļauj tām darboties 24/7 lielas slodzes režīmā un sarežģītos vides apstākļos.
Sazinieties ar mums jau šodien un dariet zināmas sava procesa prasības! Mēs labprāt ieteiksim jūsu procesam piemērotu ultraskaņas sistēmu!