Ultrasone collageenextractie

• Collageen is rijk aan eiwitten en wordt veel gebruikt in allerlei industriële toepassingen, zoals voeding, farmaceutica, additieven enz.
• Sonificatie kan gemakkelijk worden gecombineerd met enzymatische of zuurextractie van collageen.
• De toepassing van ultrasoon in het collageenextractieproces resulteert in een hogere opbrengst en snellere extractie.

Ultrasone effecten op collageenextractie

Ultrasoon geluid met hoge intensiteit wordt op grote schaal gebruikt om de massaoverdracht in natte processen te verbeteren, bijv. extractie, sonochemie enz. De extractie (ook bekend als collageenisolatie) van collageen kan aanzienlijk worden verbeterd door ultrasone behandeling. Sonicatie helpt bij het splijten van het collageensubstraat, opent de collageenfibrillen en vergemakkelijkt zo enzymatische hydrolyse of zuurbehandeling.

Ultrasonisch ondersteunde enzymatische extractie

Sonificatie staat erom bekend dat het de enzymactiviteit kan verhogen. Dit effect is gebaseerd op de ultrasone dispersie en deagglomeratie van de pepsineaggregaten. Homogeen gedispergeerde enzymen bieden een groter oppervlak voor massaoverdracht, wat gecorreleerd is aan een hogere enzymactiviteit. Bovendien openen de krachtige ultrasone golven de collageenfibrillen zodat het collageen vrijkomt.

Ultrasone Pepsine-extractie: Pepsine in combinatie met ultrasone trillingen verhoogt de opbrengst van collageen tot ongeveer 124% en verkort de extractietijd aanzienlijk in vergelijking met de conventionele pepsinehydrolyse. Circulaire dichroïsmeanalyse, atomaire krachtmicroscopie en FTIR toonden aan dat de drievoudige helixstructuur van het geëxtraheerde collageen niet werd beïnvloed door sonicatie en intact bleef. (Li et al. 2009) Dit maakt de ultrasoon geassisteerde pepsine-extractie zeer praktisch voor de voedingsmiddelenindustrie en biedt een hoger eiwitherstelpercentage in een aanzienlijk kortere verwerkingstijd.

In een vergelijkende studie tussen ultrasone en niet-ultrasone extractie van collageen uit boviene pees overtuigde de ultrasone behandeling (20 kHz, pulsmodus 20/20 sec.) door een hogere opbrengst en efficiëntie. De conventionele extractie werd uitgevoerd met pepsine in azijnzuur gedurende 48 uur. De ultrasone extractie werd uitgevoerd onder dezelfde omstandigheden, maar de blootstellingstijden aan sonicatie (3 tot 24 uur) en pepsine (24 tot 45 uur) werden gevarieerd, wat resulteerde in een totaal van 48 uur behandeling. De ultrasoon-pepsine extractie liet een superieure efficiëntie van collageenextractie zien, waarbij een opbrengst van 6,2% werd bereikt, terwijl de conventionele extractieopbrengst 2,4% was. De beste resultaten werden bereikt bij een ultrasone extractietijd van 18 uur. Het geëxtraheerde collageen vertoonde een onbeschadigde continue helixstructuur, een goede oplosbaarheid en een vrij hoge thermische stabiliteit. Dit betekent dat een ultrasoon-pepsine extractie de efficiëntie van de extractie van natuurlijk collageen verbeterde zonder de kwaliteit van het resulterende collageen te schaden. (Ran en Wang 2014)

Ultrasoon ondersteunde zuurextractie

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

Ultrasone extractie van eiwit uit eierschalen

Ultrasoon voorbehandelde enzymatische hydrolysaten hadden betere functionele eigenschappen. Voor de ultrasone extractie van functionele eiwithydrolysaten uit kippeneierschalen zijn de oplosbaarheid, emulgerende, schuimende en watervasthoudende eigenschappen verbeterd.
Het membraan van eierschalen is een overvloedige natuurlijke bron en bestaat uit ongeveer 64 eiwitten, waaronder collageen 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 het vrijkomen van eiwitten en de functionaliteit aanzienlijk worden verbeterd, wat resulteert in een snel, efficiënt en economisch proces.

Ultrasoon ondersteunde alkali-extractie

om deze eiwitten te extraheren en op te lossen
Voor de eiwitextractie uit eierschaalmembraan resulteerde de ultrasoon-alkalibehandeling in een opgelost eiwitrendement van bijna 100% van het totale eiwit uit eierschaalmembraan. Ultrasone cavitatie maakte grotere eiwitklonten los van het eierschaalmembraan en bevorderde de oplosbaarheid van de bestanddelen. De eiwitstructuur en -eigenschappen werden niet beschadigd door sonicatie en bleven intact. De antioxiderende eigenschappen van de eiwitten waren hetzelfde voor de ultrasoon-ondersteunde alkalische behandeling en de conventionele extractie.

Ultrasone gelatine-extractie

Bevroren en luchtgedroogde koolvishuiden werden behandeld met koude zoutoplossing, alkalische en zure oplossingen om collageenweefsel te scheiden en gelatine te extraheren door collageendenaturatie bij 45°C gedurende vier uur met een krachtige ultrasone behandeling als hulpmiddel bij de verwerking. De gelatineopbrengst, pH, helderheid, gelsterkte en visco-elastische eigenschappen en de molecuulgewichtverdeling bepaald met de PAGE-SDS-methode werden geëvalueerd. Gelatine geëxtraheerd in een waterbad bij 45°C gedurende vier uur werd gebruikt als controle. De behandeling met ultrageluid verhoogde de extractieopbrengst met 11,1% vergeleken met de controle, terwijl de gelsterkte met 7% afnam. De gelatietemperatuur was ook lager in met ultrageluid geëxtraheerde gelatine (4,2°C). Dit gedrag is gerelateerd aan verschillen in de molecuulgewichtverdeling van polypeptidespiralen in gelatines. Krachtige ultrasone extractie kan worden gebruikt om de gelatine-extractie uit bevroren en luchtgedroogde vissenhuiden te verhogen. (Olson et al. 2005)

industriële ultrasone systemen

Hielscher Ultrasonics levert krachtige ultrasone systemen van laboratorium tot bench-top en industriële schaal. Om een optimaal extractievermogen te garanderen, kan betrouwbare sonicatie onder veeleisende omstandigheden continu worden uitgevoerd. Alle industriële ultrasoonprocessoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden verkrijgbaar. De robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maakt een 24/7 werking mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
Neem vandaag nog contact met ons op met uw procesvereisten! Wij adviseren u graag over een geschikt ultrasoon systeem voor uw proces!