Ultrasone collageenextractie

• Collageen is rijk aan eiwitten en wordt veel gebruikt in uiteenlopende industriële toepassingen, zoals voeding, farmaceutische producten, additieven enz.
• Sonicatie kan eenvoudig worden gecombineerd met enzymatische extractie of zure extractie van collageen.
• De toepassing van ultrasoon geluid in het collageenextractieproces leidt tot hogere opbrengsten en snellere extractie.

Ultrasone effecten op collageenextractie

Ultrasoon geluid met hoge intensiteit wordt veel gebruikt om de massaoverdracht in natte processen te verbeteren, zoals extractie, sonochemie enz. De extractie van collageen (ook bekend als collageenisolatie) kan aanzienlijk worden verbeterd door ultrasone behandeling. Sonicatie ondersteunt de splitsing van het collageensubstraat en opent de collageenfibrillen, waardoor enzymatische hydrolyse of zuurbehandeling wordt vergemakkelijkt.

Ultrasoon ondersteunde enzymatische extractie

Sonicatie staat bekend om haar vermogen om de enzymactiviteit te verhogen. Dit effect is gebaseerd 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.

Ultrasone pepsine-extractie: Pepsine in combinatie met sonicatie verhoogt de collageenopbrengst tot ongeveer 124% en verkort de extractietijd aanzienlijk ten opzichte van conventionele pepsinehydrolyse. Analyse met circulair dichroïsme, atoomkrachtmicroscopie en FTIR toonde aan dat de drievoudige helixstructuur van het geëxtraheerde collageen niet door sonicatie werd aangetast en intact bleef. (Li et al. 2009) Dit maakt ultrasoon ondersteunde pepsine-extractie zeer praktisch voor de voedingsindustrie, met een hogere eiwitterugwinning in een aanzienlijk kortere verwerkingstijd.

In een vergelijkend onderzoek naar ultrasone en niet-ultrasone extractie van collageen uit runderpezen overtuigde de ultrasone behandeling (20kHz, pulsmodus 20/20 sec.) door een hogere opbrengst en efficiëntie. De conventionele extractie werd gedurende 48 uur uitgevoerd met pepsine in azijnzuur. De ultrasone extractie werd onder dezelfde omstandigheden uitgevoerd, maar de blootstellingsduur aan sonicatie (3 tot 24 h) en pepsine (24 tot 45 uur) werd gevarieerd, wat resulteerde in een totale behandelingsduur van 48 uur. De extractie met ultrasoon geluid en pepsine vertoonde een superieure efficiëntie bij de collageenextractie en bereikte een opbrengst van 6,2%, terwijl de opbrengst van de conventionele extractie 2,4% bedroeg. De beste resultaten werden bereikt bij een ultrasone extractietijd van 18 h. Het geëxtraheerde collageen vertoonde een onbeschadigde, doorlopende helixstructuur, een goede oplosbaarheid en een vrij hoge thermische stabiliteit. Dit betekent dat extractie met ultrasoon geluid en pepsine de efficiëntie van de extractie van natuurlijk collageen verbeterde zonder de kwaliteit van het verkregen collageen aan te tasten. (Ran and Wang 2014)

Ultrasone papaïne-extractie: Collageen uit visschubben kan efficiënt worden geëxtraheerd door papaïnehydrolyse in combinatie met ultrasone voorbehandeling. Voor de extractie van collageen uit visschubben met ultrasoon geluid en papaïne bleken de volgende procesparameters optimaal: een ultrasone voorbehandelingsduur van 4min, een verhouding van papaïne tot visschubben van 4%, een temperatuur van 60°C en een totale extractietijd van 5h. Onder deze optimale omstandigheden bereikte het extractiepercentage van collageen 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Ultrasoon ondersteunde zure extractie

In een onderzoek van Kim et al. (2012) vertoonde de extractie van in zuur oplosbaar collageen uit de huid van de Japanse zeebaars (Lateolabrax japonicus) een hogere opbrengst en een kortere extractietijd na ultrasone behandeling bij een frequentie van 20 kHz in 0,5 M azijnzuur. Extractie met ultrasoon geluid veranderde de belangrijkste bestanddelen van het collageen niet, meer specifiek de α1-, α2- en β-ketens.

Ultrasone extractie van eiwitten uit eierschalen

Ultrasoon voorbehandelde enzymatische hydrolysaten hadden betere functionele eigenschappen. Bij de ultrasone extractie van functionele eiwithydrolysaten uit kippeneierschalen worden de oplosbaarheid, het emulgerend vermogen, het schuimvormend vermogen en het waterbindend vermogen verbeterd.
Eierschaalmembraan is een overvloedig beschikbare natuurlijke grondstof en bestaat uit ongeveer 64 eiwitten, waaronder collageen van type I, V en X, lysozym, osteopontine en sialoproteïne. Dit maakt eierschalen tot een interessante grondstof voor de extractie van eiwitten. Met ultrasone extractie kunnen de vrijgave en functionaliteit van eiwitten aanzienlijk worden verbeterd, wat resulteert in een snel, efficiënt en economisch proces.

Ultrasoon ondersteunde alkalische extractie

om deze eiwitten te extraheren en oplosbaar te maken
Bij de eiwitextractie uit eierschaalmembraan resulteerde de ultrasone alkalische behandeling in een opbrengst aan oplosbaar gemaakte eiwitten van bijna 100% van het totale eiwitgehalte van het eierschaalmembraan. Ultrasone cavitatie maakte grotere eiwitklonten los van het eierschaalmembraan en vergemakkelijkte het oplosbaar maken van de bestanddelen ervan. De eiwitstructuur en de eigenschappen werden niet door sonicatie aangetast en bleven intact. De antioxiderende eigenschappen van de eiwitten waren hetzelfde bij de ultrasoon ondersteunde alkalische behandeling en de conventionele extractie.

Ultrasone gelatine-extractie

Bevroren en aan de lucht gedroogde huiden van koolvis werden behandeld met koude zoutoplossingen, alkalische oplossingen en zure oplossingen om collageenweefsel te scheiden en gelatine te extraheren door denaturatie van collageen bij 45°C gedurende vier uur, met een behandeling met krachtig ultrasoon geluid als proceshulpmiddel. De gelatineopbrengst, pH, helderheid, gelsterkte en visco-elastische eigenschappen werden geëvalueerd, evenals de molecuulgewichtsverdeling, bepaald met de PAGE-SDS-methode. Gelatine die gedurende vier uur in een waterbad bij 45°C werd geëxtraheerd, werd als controle gebruikt. De behandeling met krachtig ultrasoon geluid verhoogde de extractieopbrengst met 11,1% ten opzichte van de controle, terwijl de gelsterkte met 7% afnam. De geleringstemperatuur was ook lager bij gelatine die met ultrasoon geluid was geëxtraheerd (4,2°C). Dit gedrag hangt samen met verschillen in de molecuulgewichtsverdeling van polypeptidekluwens in gelatines. Extractie met krachtig ultrasoon geluid kan worden gebruikt om de gelatine-extractie uit bevroren en aan de lucht gedroogde vishuiden te verhogen. (Olson et al. 2005)

Industriële ultrasone systemen

Hielscher Ultrasonics levert krachtige ultrasone systemen op laboratoriumschaal, voor tafelopstellingen en op industriële schaal. Om een optimale extractieopbrengst te waarborgen, 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 tijdens 24/7-bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn ultrasone sonotrodes op maat beschikbaar. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7-bedrijf mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
Neem vandaag nog contact met ons op en laat ons weten welke eisen uw proces stelt! Wij adviseren u graag over een geschikt ultrasoon systeem voor uw proces!