Extração ultrassônica de colágeno
- O colágeno é rico em proteínas e é amplamente utilizado em várias aplicações industriais, por exemplo, alimentos, produtos farmacêuticos, aditivos, etc.
- A sonicação pode ser facilmente combinada com a extração enzimática ou ácida de colágeno.
- A implementação do ultrassom no processo de extração de colágeno resulta em maiores rendimentos e extração mais rápida.
Efeitos ultrassônicos na extração de colágeno
O ultrassom de alta intensidade é amplamente utilizado para melhorar a transferência de massa em processos úmidos, por exemplo, extração, sonoquímica, etc. A extração (também conhecida como isolamento de colágeno) do colágeno pode ser significativamente melhorada pelo tratamento ultrassônico. A sonicação auxilia durante a clivagem do substrato de colágeno, abre as fibrilas de colágeno, facilitando assim a hidrólise enzimática ou o tratamento ácido.
Extração enzimática assistida por ultrassom
A sonicação é conhecida por sua capacidade de aumentar a atividade enzimática. Este efeito é baseado na dispersão ultrassônica e desaglomeração dos agregados de pepsina. Enzimas homogeneamente dispersas oferecem uma superfície aumentada para transferência de massa, que está correlacionada a uma maior atividade enzimática. Além disso, as poderosas ondas de ultrassom abrem as fibrilas de colágeno para que o colágeno seja liberado.
Extração ultrassônica de pepsina: A pepsina combinada com a ultrassonografia aumenta o rendimento de colágeno em até aprox. 124% e reduz significativamente o tempo de extração em comparação com a hidrólise convencional da pepsina. A análise de dicroísmo circular, microscopia de força atômica e FTIR comprovaram que a estrutura da tripla hélice do colágeno extraído não foi afetada pela sonicação e permaneceu intacta. (Li et al. 2009) Isso torna a extração de pepsina assistida por ultrassom altamente prática para a indústria alimentícia, oferecendo maiores taxas de recuperação de proteínas em um tempo de processamento significativamente menor.
Em um estudo comparativo de extração ultrassônica vs. não ultrassônica de colágeno do tendão bovino, o tratamento com ultrassom (20kHz, modo de pulso 20/20 seg.) convenceu por maior rendimento e eficiência. A extração convencional foi realizada com pepsina em ácido acético por 48 horas. A extração ultrassônica foi realizada nas mesmas condições, porém os tempos de exposição à sonicação (3 a 24 h) e à pepsina (24 a 45 horas) foram variados, resultando em um total de 48 horas de tratamento. A extração ultrassônica de pepsina apresentou eficiência superior na extração de colágeno, atingindo um rendimento de 6,2%, quando o rendimento da extração convencional foi de 2,4%. Os melhores resultados foram alcançados em um tempo de extração ultrassônica usando de 18 h. O colágeno extraído apresentou uma estrutura de hélice contínua intacta, boa solubilidade e estabilidade térmica bastante alta. Isso significa que uma extração ultrassônica de pepsina melhorou a eficiência da extração de colágeno natural sem prejudicar a qualidade do colágeno resultante. (Ran e Wang 2014)
Extração ácida assistida por ultrassom
Em um estudo de Kim et al. (2012), a extração de colágeno solúvel em ácido da pele do robalo japonês (Lateolabrax japonicus) mostrou aumento do rendimento e redução do tempo de extração após o tratamento ultrassônico na frequência de 20 kHz em ácido acético 0,5 M. A extração com ultrassom não alterou os principais componentes do colágeno, mais especificamente as cadeias α1, α2 e β.
Extração ultrassônica de proteína de cascas de ovo
Os hidrolisados enzimáticos pré-tratados por ultrassom apresentaram melhores propriedades funcionais. Para a extração ultrassônica de hidrolisados de proteínas funcionais da casca do ovo de galinha, as propriedades de solubilidade, emulsificação, formação de espuma e retenção de água são aprimoradas.
A membrana da casca do ovo é um recurso natural abundante e consiste em cerca de 64 proteínas, incluindo colágeno tipo I, V e X, lisozima, osteopontina e sialoproteína. Isso torna a casca do ovo uma matéria-prima interessante para a extração de proteínas. Com a extração ultrassônica, a liberação e a funcionalidade da proteína podem ser significativamente melhoradas, resultando em um processo rápido, eficiente e econômico.
Processos ultrassônicos: A partir de labrador Para Industrial Escala
Extração alcalina assistida por ultrassom
para extrair e solubilizar essas proteínas
Para a extração proteica da membrana da casca do ovo, o tratamento ultrassônico-alcalino resultou em um rendimento proteico solubilizado próximo a 100% da proteína total da membrana da casca do ovo. A cavitação ultrassônica separou aglomerados de proteínas maiores da membrana da casca do ovo e facilitou a solubilização de seus compostos. A estrutura e as propriedades da proteína não foram danificadas pela sonicação e permaneceram intactas. As propriedades antioxidantes das proteínas foram as mesmas para o tratamento alcalino assistido por ultrassom e extração convencional.
Extração ultrassônica de gelatina
As peles de escamudo congeladas e secas ao ar foram tratadas com soluções salinas frias, alcalinas e ácidas para separar o tecido colágeno e extrair a gelatina por desnaturação do colágeno a 45 ° C por quatro horas com um tratamento de ultrassom potente como auxiliar de processamento. Foram avaliados o rendimento da gelatina, pH, clareza, resistência do gel e propriedades viscoelásticas, bem como a distribuição do peso molecular determinada pelo método PAGE-SDS. A gelatina extraída em banho-maria a 45°C por quatro horas foi utilizada como controle. O tratamento com ultrassom de potência aumentou o rendimento da extração em 11,1% em comparação com o controle, enquanto a força do gel diminuiu 7%. A temperatura de gelificação também foi menor na gelatina extraída por ultrassom (4,2°C). Esse comportamento está relacionado a diferenças na distribuição do peso molecular das bobinas polipeptídicas em gelatinas. A extração por ultrassom pode ser usada para aumentar a extração de gelatina de peles de peixe congeladas e secas ao ar. (Olson et al. 2005)
Sistemas ultrassônicos industriais
A Hielscher Ultrasonics fornece poderosos sistemas ultrassônicos de laboratório a bancada e escala industrial. Para garantir uma saída de extração ideal, a sonicação confiável sob condições exigentes pode ser realizada continuamente. Todos os processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.
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Literatura/Referências
- Álvarez, Carlos; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah A.; Tiwari, Brijesh K. (2018): Recuperação otimizada de proteínas de peixes inteiros de cavala usando extração sequencial de precipitação de solubilização isoelétrica (ISP) de ácido / alcalina assistida por ultrassom. LWT – Ciência e Tecnologia de Alimentos Vol. 88, fevereiro de 2018. 210-216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): Otimização da extração de hidrolisados de proteínas funcionais da membrana da casca do ovo de galinha (ESM) por extração assistida por ultrassom (EAU) e hidrólise enzimática. LWT – Ciência e Tecnologia de Alimentos Vol. 69, junho de 2016. 295-302.
- Kim, H.K.; Kim, Y.H.; Kim, Y.J.; Oliveira, H.J.; Lee, N.H. (2012): Efeitos do tratamento ultrassônico na extração de colágeno de peles do robalo Lateolabrax japonicus. Ciência da Pesca Volume 78, Edição 78; 2013. 485-490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Irradiação ultrassônica na extração enzimática de colágeno. Ultrasonics Sonochemistry Volume 16, Edição 5; 2009. 605-609.
- Olson, D.A., Avena Bustillos, R.D., Olsen, C.W., Chiou, B., Yee, E., Bower, C.K., Bechtel, P.J., Pan, Z., Mc Hugh, T.H. (2005): Avaliação do ultrassom de potência como auxiliar de processamento para extração de gelatina de peixe. Resumo da reunião nº 71C-26. Reunião Anual do IFT. Julho de 2005. Nova Orleans, LA.
- Ran, X.G.; Wang, L.Y. (2014): Uso de tratamento ultrassônico e pepsina em conjunto para extração de colágeno de subprodutos da indústria de carnes. Jornal da Ciência da Alimentação e Agricultura 94(3), 2014. 585-590.
- Schmidt, M.M.; Dornelles, R.C.P.; Oliveira, R.O.; Kubota, E.H.; Mazutti, M.A.; Kempka, AP; Demiate, I.M. (2016): Processo de extração de colágeno. Revista Internacional de Pesquisa Alimentar 23(3), 2016. 913-922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Walter; Motta, Antonella; Migliaresi, Claudio; Aramwit, Pornanong (2016): Os efeitos da cepa de seda Bombyx mori e do tempo de extração nas características moleculares e biológicas da sericina. Biociência, Biotecnologia e Bioquímica Vol. 80, Iss. 2, 2016. 241-249.
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Fatos, vale a pena conhecer
colagénio
O colágeno é a principal proteína estrutural no espaço extracelular nos vários tecidos conjuntivos do corpo animal. Como o principal componente do tecido conjuntivo, é a proteína mais abundante em mamíferos,[1] representando de 25% a 35% do conteúdo de proteína de todo o corpo. O colágeno consiste em aminoácidos enrolados juntos para formar triplas-hélices para formar fibrilas alongadas. As maiores quantidades de colágeno estão presentes em tecidos fibrosos, como tendões, ligamentos e pele. Existem três tipos de colágeno a serem distinguidos:
Colágeno tipo I: Fornece 90% de proteína na pele, cabelo, unhas, órgãos, ossos, ligamentos
Colágeno tipo II: fornece 50-60% de proteína na cartilagem, 85-90% de colágeno na cartilagem articular
Colágeno tipo III: fornece proteínas para proteínas fibrosas em ossos, cartilagens, dentina, tendões e outros tecidos conjuntivos
Colágeno no corpo
Cada um dos três tipos de colágeno é composto por diferentes proteínas que cumprem diferentes propósitos no corpo. Os colágenos tipos I e III são os principais componentes da pele, músculos, ossos, cabelos e unhas. Eles são necessários para sua saúde, crescimento e reconstrução. O colágeno tipo II é encontrado principalmente na cartilagem e nas articulações.
O colágeno do tipo I e III contém 19 aminoácidos que são considerados aminoácidos essenciais. Eles são produzidos por fibroblastos (células nos tecidos conjuntivos) e osteoblastos (células que produzem ossos). As proteínas mais importantes no colágeno tipo I e III incluem glicina, prolina, alanina e hidroxiprolina. O tipo III é uma escleroproteína fibrosa.
A glicina é o aminoácido com maior quantidade de colágeno. A prolina é um aminoácido não essencial, que pode ser sintetizado a partir da glicina e contribui para as articulações e tendões. A hidroxiprolina é um aminoácido que contribui para a estabilidade do colágeno. A alanina é um aminoácido importante para a biossíntese de proteínas.
Como o tipo I e III, o colágeno tipo II forma fibrilas. Essa rede fibrilar de colágeno é importante na cartilagem, pois permite o aprisionamento de proteoglicanos. Além disso, fornece resistência à tração ao tecido.
Fontes e usos
O colágeno é uma proteína fibrosa abundantemente presente no tecido conjuntivo de mamíferos, por exemplo, bovinos, suínos. A maior parte do colágeno é extraída
de peles e ossos de suínos e de origem bovina. Uma fonte alternativa para a extração de colágeno são peixes e aves. O colágeno é amplamente utilizado em alimentos, suplementos dietéticos, produtos farmacêuticos/médicos e cosméticos, entre outros produtos. A extração de colágeno é um negócio em crescimento, uma vez que essa proteína pode substituir agentes sintéticos em diversos processos industriais.