Ultradźwiękowa ekstrakcja kolagenu

• Kolagen jest bogaty w białka i jest szeroko stosowany w wielu zastosowaniach przemysłowych, np. w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, dodatkach itp.
• Sonikację można łatwo połączyć z enzymatyczną lub kwasową ekstrakcją kolagenu.
• Wdrożenie ultradźwięków do procesu ekstrakcji kolagenu skutkuje wyższą wydajnością i szybszą ekstrakcją.

Wpływ ultradźwięków na ekstrakcję kolagenu

Ultradźwięki o wysokiej intensywności są szeroko stosowane w celu poprawy przenoszenia masy w procesach mokrych, np. ekstrakcji, sonochemii itp. Ekstrakcja (znana również jako izolacja kolagenu) kolagenu może być znacznie poprawiona przez obróbkę ultradźwiękową. Sonikacja pomaga podczas rozszczepiania substratu kolagenowego, otwiera włókna kolagenowe, ułatwiając w ten sposób hydrolizę enzymatyczną lub obróbkę kwasem.

Ekstrakcja enzymatyczna wspomagana ultradźwiękami

Sonikacja jest znana ze swojej zdolności do zwiększania aktywności enzymu. Efekt ten opiera się na ultradźwiękowej dyspersji i deaglomeracji agregatów pepsyny. Jednorodnie zdyspergowane enzymy oferują zwiększoną powierzchnię do przenoszenia masy, co jest skorelowane z wyższą aktywnością enzymu. Ponadto silne fale ultradźwiękowe otwierają włókna kolagenowe, dzięki czemu kolagen jest uwalniany.

Ultradźwiękowa ekstrakcja pepsyny: Pepsyna w połączeniu z ultradźwiękami zwiększa wydajność kolagenu do ok. 124% i znacznie skraca czas ekstrakcji w porównaniu z konwencjonalną hydrolizą pepsyną. Analiza dichroizmu kołowego, mikroskopia sił atomowych i FTIR wykazały, że struktura potrójnej helisy ekstrahowanego kolagenu nie została naruszona przez sonikację i pozostała nienaruszona. (Li et al. 2009) To sprawia, że ultradźwiękowo wspomagana ekstrakcja pepsyny jest wysoce praktyczna dla przemysłu spożywczego, oferując zwiększone wskaźniki odzysku białka w znacznie krótszym czasie przetwarzania.

W badaniu porównawczym ekstrakcji ultradźwiękowej i nieultradźwiękowej kolagenu ze ścięgna bydlęcego, obróbka ultradźwiękowa (20 kHz, tryb impulsowy 20/20 sek.) przekonała wyższą wydajnością i wydajnością. Konwencjonalną ekstrakcję przeprowadzono za pomocą pepsyny w kwasie octowym przez 48 godzin. Ekstrakcję ultradźwiękową przeprowadzono w tych samych warunkach, ale czasy ekspozycji na sonikację (od 3 do 24 godzin) i pepsynę (od 24 do 45 godzin) były zróżnicowane, co dało łącznie 48 godzin leczenia. Ekstrakcja ultradźwiękowo-pepsyną wykazała wyższą skuteczność ekstrakcji kolagenu, osiągając wydajność 6,2%, podczas gdy konwencjonalna wydajność ekstrakcji wynosiła 2,4%. Najlepsze wyniki osiągnięto przy ultradźwiękowym czasie ekstrakcji wynoszącym 18 godzin. Ekstrahowany kolagen wykazywał nieuszkodzoną ciągłą strukturę helisy, dobrą rozpuszczalność i dość wysoką stabilność termiczną. oznacza to, że ekstrakcja ultradźwiękowo-pepsyną poprawiła wydajność ekstrakcji naturalnego kolagenu bez uszkadzania jakości powstałego kolagenu. (Ran i Wang 2014)

Ultradźwiękowa ekstrakcja papainy: Kolagen z rybich łusek może być skutecznie ekstrahowany przez hydrolizę papainy w połączeniu z ultradźwiękową obróbką wstępną. Dla ultradźwiękowo-papainowej ekstrakcji kolagenu z rybich łusek następujące parametry procesu uznano za optymalne: ultradźwiękowy czas trwania obróbki wstępnej 4 min, stosunek papainy do rybich łusek 4%, temperatura 60°C i całkowity czas ekstrakcji 5 godzin. W tych optymalnych warunkach szybkość ekstrakcji kolagenu osiągnęła 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Ekstrakcja kwasem wspomagana ultradźwiękami

W badaniu przeprowadzonym przez Kim et al. (2012), ekstrakcja rozpuszczalnego w kwasie kolagenu ze skóry japońskiego okonia morskiego (Lateolabrax japonicus) wykazała zwiększoną wydajność i skrócony czas ekstrakcji po obróbce ultradźwiękowej przy częstotliwości 20 kHz w 0,5 M kwasie octowym. Ekstrakcja ultradźwiękami nie zmieniła głównych składników kolagenu, w szczególności łańcuchów α1, α2 i β.

Ultradźwiękowa ekstrakcja białka ze skorupek jaj

Hydrolizaty enzymatyczne poddane wstępnej obróbce ultradźwiękowej miały lepsze właściwości funkcjonalne. W przypadku ekstrakcji ultradźwiękowej funkcjonalnych hydrolizatów białkowych ze skorupy jaja kurzego, rozpuszczalność, emulgowanie, pienienie i właściwości zatrzymywania wody ulegają poprawie.
Błona skorupek jaj jest bogatym zasobem naturalnym i składa się z około 64 białek, w tym kolagenu typu I, V i X, lizozymu, osteopontyny i sialoproteiny. To sprawia, że skorupki jaj są interesującym surowcem do ekstrakcji białek. Dzięki ekstrakcji ultradźwiękowej uwalnianie białka i funkcjonalność można znacznie poprawić, co skutkuje szybkim, wydajnym i ekonomicznym procesem.

Ekstrakcja alkaliczna wspomagana ultradźwiękami

do ekstrakcji i solubilizacji tych białek
W przypadku ekstrakcji białka z błony skorupy jaja kurzego, obróbka ultradźwiękowo-alkaliczna spowodowała uzyskanie rozpuszczonego białka o wydajności zbliżonej do 100% całkowitego białka błony skorupy jaja kurzego. Kawitacja ultradźwiękowa oderwała większe grudki białka od błony skorupy jaja i ułatwiła solubilizację jego związków. Struktura i właściwości białka nie zostały uszkodzone przez sonikację i pozostały nienaruszone. Właściwości przeciwutleniające białek były takie same w przypadku obróbki alkalicznej wspomaganej ultradźwiękami i konwencjonalnej ekstrakcji.

Ultradźwiękowa ekstrakcja żelatyny

Zamrożone i wysuszone na powietrzu skóry mintaja poddano działaniu zimnych roztworów soli, zasad i kwasów w celu oddzielenia tkanki kolagenowej i ekstrakcji żelatyny poprzez denaturację kolagenu w temperaturze 45°C przez cztery godziny z zastosowaniem ultradźwięków jako środka wspomagającego przetwarzanie. Oceniono wydajność żelatyny, pH, klarowność, wytrzymałość żelu i właściwości lepkosprężyste, a także rozkład masy cząsteczkowej określony metodą PAGE-SDS. Jako kontrolę zastosowano żelatynę ekstrahowaną w łaźni wodnej w temperaturze 45°C przez cztery godziny. Obróbka ultradźwiękowa mocy zwiększyła wydajność ekstrakcji o 11,1% w porównaniu z kontrolą, podczas gdy wytrzymałość żelu spadła o 7%. Temperatura żelowania była również niższa w żelatynie ekstrahowanej ultradźwiękami (4,2 ° C). To zachowanie jest związane z różnicami w rozkładzie masy cząsteczkowej cewek polipeptydowych w żelatynach. Ekstrakcja ultradźwiękowa mocy może być wykorzystana do zwiększenia ekstrakcji żelatyny z mrożonych i suszonych powietrzem skór rybich. (Olson et al. 2005)

przemysłowe systemy ultradźwiękowe

Hielscher Ultrasonics dostarcza wydajne systemy ultradźwiękowe od laboratoryjnych po stacjonarne i przemysłowe. Aby zapewnić optymalną wydajność ekstrakcji, niezawodna sonikacja w wymagających warunkach może być wykonywana w sposób ciągły. Wszystkie przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe. Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Skontaktuj się z nami już dziś i przedstaw swoje wymagania procesowe! Z przyjemnością polecimy Ci odpowiedni system ultradźwiękowy dla Twojego procesu!