Ultrasone extractie van collageen uit kwallen
- Kwallencollageen is een hoogwaardig collageen dat uniek is, maar vergelijkbare eigenschappen vertoont als collageen van type I, II, III en type V.
- Ultrasone extractie is een puur mechanische techniek die de opbrengst verhoogt, het proces versnelt en collageen met een hoog molecuulgewicht produceert.
Ultrasone extractie uit kwallen
Kwallen zijn rijk aan mineralen en eiwitten, en collageen is een belangrijk eiwit in deze geleiachtige zeedieren. Kwallen vormen een bijna overvloedige bron in de oceanen. Hoewel kwallen vaak als een plaag worden beschouwd, biedt het gebruik ervan voor collageenextractie in beide opzichten voordelen: het levert uitstekend collageen op, benut een duurzame natuurlijke bron en verwijdert kwallenbloei.
Ultrasone extractie is een mechanische extractiemethode die nauwkeurig kan worden geregeld en aangepast aan de behandelde grondstof. Ultrasone extractie is met succes toegepast om collageen, glycoproteïnen en andere eiwitten uit kwallen te isoleren.
Over het algemeen vertonen uit kwallen geïsoleerde eiwitten een sterke antioxidatieve activiteit en zijn ze daarom waardevolle werkzame stoffen voor de voedingsmiddelen-, supplementen- en farmaceutische industrie.
Voor de extractie kunnen de hele kwal, de mesoglea (= het grootste deel van het kwallenscherm) of de mondarmen worden gebruikt.
Ultrasone extractie is een efficiënte en snelle techniek om collageen uit kwallen in grote hoeveelheden te produceren.
- collageen van voedingsmiddelenkwaliteit / farmaceutische kwaliteit
- hoog molecuulgewicht
- aminozuursamenstelling
- hogere opbrengsten
- snelle verwerking
- eenvoudig te bedienen
Ultrasone zure en ultrasone enzymatische extractie
Ultrasone extractie kan in combinatie met verschillende zuuroplossingen worden gebruikt om het in zuur oplosbare collageen (ASC) uit de kwallen vrij te maken. Ultrasone cavitatie bevordert de massaoverdracht tussen het kwallensubstraat en de zuuroplossing door celstructuren open te breken en de zuren het substraat in te spoelen. Daardoor worden het collageen en andere beoogde eiwitten naar de vloeistof overgebracht.
In een volgende stap wordt het resterende kwallensubstraat onder sonicatie met enzymen (d.w.z. pepsine) behandeld om het in pepsine oplosbare collageen (PSC) te isoleren. Sonicatie staat bekend om haar vermogen om de enzymactiviteit te verhogen. Dit effect berust op de ultrasone dispersie en deagglomeratie van de pepsineaggregaten. Homogeen gedispergeerde enzymen bieden een groter oppervlak voor massaoverdracht, wat samenhangt met een hogere enzymactiviteit. Bovendien openen de krachtige ultrasone golven de collageenfibrillen, zodat het collageen vrijkomt.
Onderzoek heeft aangetoond dat een ultrasoon ondersteunde enzymatische extractie (met pepsine) tot hogere opbrengsten en een korter extractieproces leidt.
Sonicatoren met hoge prestaties voor collageenproductie
Hielscher Ultrasonics levert krachtige ultrasone systemen op laboratorium-, tafelmodel- en industriële schaal. Om een optimale extractieopbrengst te garanderen, kan betrouwbare sonicatie onder veeleisende omstandigheden continu worden uitgevoerd. Alle industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden toegepast bij 24/7-bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7-bedrijf bij zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk.
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren bij benadering:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0,5 tot 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 tot 500mL | 10 tot 200mL/min | UP100H |
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | hoger | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Krachtige ultrasone processoren voor gebruik op laboratoriumschaal tot op pilotschaal en industriële schaal.
Literatuur/referenties
- Nicholas M.H. Khonga, Fatimah Md. Yusoff, B. Jamilah, Mahiran Basri, I. Maznah, Kim Wei Chan, Nurdin Armania, Jun Nishikawa (2018): Improved collagen extraction from jellyfish (Acromitus hardenbergi) with increased physical-induced solubilization processes. Food Chemistry Vol. 251, 15 June 2018. 41-50.
- Guoyan Ren, Bafang Li, Xue Zhao, Yongliang Zhuang, Mingyan Yan (2008): Ultrasound-assisted extraction technology for the extraction of glycoprotein from jellyfish (Rhopilema esculentum) oral-arms. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2008-02.
- Guoyan Ren, Bafang Li, Xue Zhao, Yongliang Zhuang, Mingyan Yan, Hu Hou, Xiukun Zhang, Li Chen (2009): Screening of extraction methods for glycoproteins from jellyfish (Rhopilema esculentum) oral-arms by high performance liquid chromatography. Journal of Ocean University of China 2009, Volume 8, Issue 1. 83–88.
Wetenswaardigheden
Collageen
Collageen is een vezelig eiwit met een drievoudige helixstructuur en het belangrijkste onoplosbare vezelige eiwit in de extracellulaire matrix en in bindweefsel. Er zijn ten minste 16 typen collageen, maar het grootste deel (ca. 90%) behoort tot type I, type II en type III. Collageen is het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam en komt voor in botten, spieren, huid en pezen. Bij zoogdieren maakt het 25–35% van alle lichaamseiwitten uit. De volgende lijst geeft voorbeelden van weefsels waarin de collageentypen het meest voorkomen: type I – bot, lederhuid, pees, ligamenten, hoornvlies; type II – kraakbeen, glasachtig lichaam, nucleus pulposus; type III – huid, vaatwand, reticulaire vezels van de meeste weefsels (longen, lever, milt enz.); type IV – basaalmembranen; type V – komt vaak samen met collageen van type I voor, vooral in het hoornvlies. Dit bevorderde vanzelfsprekend de commerciële benutting van de gangbare, veelvoorkomende collagenen (collageen I–V), door deze te isoleren en te zuiveren, voornamelijk uit menselijke weefsels en weefsels van runderen en varkens, met conventionele productieprocessen met een hoge opbrengst, wat resulteert in hoogwaardige collageenbatches. (Silva et al., Mar. Drugs 2014, 12)
Endogeen collageen is een natuurlijk collageen dat door het lichaam wordt gesynthetiseerd, terwijl exogeen collageen synthetisch is en afkomstig kan zijn van een externe bron, zoals supplementen. Collageen komt in het lichaam voor, vooral in de huid, botten en bindweefsels. De collageenproductie in een organisme neemt af met de leeftijd en door blootstelling aan factoren zoals roken en UV-licht. In de geneeskunde kan collageen worden gebruikt in collageenwondverbanden om nieuwe huidcellen naar wondlocaties aan te trekken.
Collageen wordt veel gebruikt in supplementen en farmaceutische producten, omdat het kan worden geresorbeerd. Dit betekent dat het kan worden afgebroken, omgezet en weer in het lichaam kan worden opgenomen. Het kan ook worden gevormd tot gecomprimeerde vaste stoffen of rasterachtige gels. Het brede scala aan functies en het natuurlijke voorkomen maken het klinisch veelzijdig en geschikt voor uiteenlopende medische doeleinden. Voor medisch gebruik kan collageen worden verkregen uit runderen, varkens, schapen en mariene organismen.
Er zijn vier belangrijke methoden om collageen uit dieren te isoleren: uitzouten, alkalische extractie, zure extractie en enzymatische extractie.
De zure en enzymatische methoden worden meestal in combinatie gebruikt voor de productie van hoogwaardig collageen. Omdat delen van het collageen in zuur oplosbaar collageen (ASC) zijn en andere delen in pepsine oplosbaar collageen (PSC), wordt de zuurbehandeling gevolgd door een enzymatische extractie met pepsine. De zure collageenextractie wordt uitgevoerd met organische zuren zoals chloorazijnzuur, citroenzuur of melkzuur. Om in pepsine oplosbaar collageen (PSC) vrij te maken uit het resterende materiaal van het zure collageenextractieproces, wordt het onopgeloste materiaal behandeld met het enzym pepsine om het in pepsine oplosbare collageen (PSC) te isoleren. PSC wordt gewoonlijk toegepast in combinatie met 0,5M azijnzuur. Pepsine is een veelgebruikt enzym, omdat het een collageenstructuur kan behouden door splitsing aan het N-terminale uiteinde van de eiwitketen en het niet-helixvormige peptide.
Collageen wordt gebruikt in voedingssupplementen (nutraceuticals), cosmetische producten en de geneeskunde. Collageen van zoogdieren en marien collageen (van vissen) zijn op de markt verkrijgbaar en kunnen in alle hoeveelheden worden gekocht. Kwallencollageen is een nieuwe vorm van collageen die biocompatibel is met de mens en niet van zoogdieren afkomstig is (ziektevrij). Kwallencollageen komt niet overeen met een bepaald type collageen (type I–V), maar vertoont de verschillende eigenschappen van de collageentypen I, II en V.
Glycoproteïnen
Glycoproteïnen komen voor in veel organismen, van bacteriën tot mensen, en hebben verschillende functies. Deze eiwitten met korte oligosacharideketens zijn bij veel cellulaire gebeurtenissen betrokken bij de herkenning van het celoppervlak door hormonen, virussen en andere stoffen. Daarnaast dienen antigenen op het celoppervlak als mucinesecretie van het extracellulaire matrixelement, het maag-darmkanaal en het urogenitale stelsel. Vrijwel alle globulaire eiwitten in plasma, behalve albumine, uitgescheiden enzymen en eiwitten, hebben een glycoproteïnestructuur. Het celmembraan bestaat uit eiwit-, lipide- en koolhydraatmoleculen. De rol van glycoproteïnen in het celmembraan heeft daarentegen invloed op het aantal en de verdeling van eiwitten. Deze eiwitten zijn betrokken bij de overgang van membraan naar stof. Het aantal en de verdeling van glycolipiden en glycoproteïnen geven de cel specificiteit.
Glycoproteïnen zijn verantwoordelijk voor de herkenning van cellen, de selectieve permeabiliteit van het celmembraan en de opname van hormonen. Er zijn 7 hoofdtypen monosachariden in het koolhydraatgedeelte van glycoproteïnen. Deze monosachariden combineren in verschillende volgordes en met verschillende bindingsstructuren, wat resulteert in een groot aantal structuren van koolhydraatketens. Een glycoproteïne kan één N-gebonden oligosacharidestructuur bevatten of meer dan één type oligosacharide bevatten. De N-gebonden oligosachariden kunnen dezelfde of verschillende structuren hebben of kunnen ook aanwezig zijn in O-gebonden oligosachariden. Het aantal oligosacharideketens varieert afhankelijk van het eiwit en de functie.
Siaalzuren in glycoproteïnen, een onderdeel van de glycocalyx, spelen een belangrijke rol bij de herkenning van cellen. Als de siaalzuren om welke reden dan ook worden vernietigd, wordt de glycocalyxstructuur van het membraan verstoord en kan de cel de meeste van de genoemde taken niet uitvoeren. Er zijn ook enkele structurele glycoproteïnen. Dit zijn fibronectinen, lamininen en foetale fibronectinen, die allemaal verschillende taken in het lichaam hebben. Ook in eukaryote glycoproteïnen komen enkele monosachariden voor, voornamelijk van het type hexose en aminohexose. Ze kunnen helpen bij de eiwitvouwing, de stabiliteit van het eiwit verbeteren en zijn betrokken bij celsignalering.