Extração de colagénio por ultra-sons

• O colagénio é rico em proteínas e é amplamente utilizado em diversas aplicações industriais, por exemplo, alimentos, produtos farmacêuticos, aditivos, etc.
• A sonicação pode ser facilmente combinada com a extração enzimática ou ácida do colagénio.
• A implementação de ultra-sons no processo de extração de colagénio resulta em rendimentos mais elevados e numa extração mais rápida.

Efeitos ultra-sónicos na extração de colagénio

Os ultra-sons de alta intensidade são amplamente utilizados para melhorar a transferência de massa em processos húmidos, por exemplo, extração, sonoquímica, etc. A extração (também conhecida como isolamento de colagénio) de colagénio pode ser significativamente melhorada por tratamento ultrassónico. Sonicação ajuda durante a clivagem do substrato de colagénio, abre as fibrilas de colagénio, assim hidrólise enzimática ou tratamento ácido são facilitadas.

Extração enzimática assistida por ultra-sons

A sonicação é conhecida pela sua capacidade de aumentar a atividade enzimática. Este efeito baseia-se na dispersão ultra-sónica e na desaglomeração dos agregados de pepsina. As enzimas homogeneamente dispersas oferecem uma maior superfície para a transferência de massa, o que está correlacionado com uma maior atividade enzimática. Além disso, as potentes ondas de ultra-sons abrem as fibrilas de colagénio para que o colagénio seja libertado.

Extração de pepsina por ultra-sons: Pepsina combinada a ultra-sons aumenta o rendimento de colagénio até cerca de 124% e encurta significativamente o tempo de extração em comparação com a hidrólise de pepsina convencional. A análise do dicroísmo circular, a microscopia de força atómica e o FTIR provaram que a estrutura da tripla hélice do colagénio extraído não foi afetada pela sonicação e permaneceu intacta. (Li et al. 2009) Isto faz com que a extração de pepsina ultrassonicamente assistida altamente prático para a indústria alimentar oferecendo taxas de recuperação de proteína aumentada em um tempo de processamento significativamente mais curto.

Num estudo comparativo de extração ultra-sónica vs. não ultra-sónica de colagénio do tendão bovino, o tratamento de ultra-sons (20kHz, modo de pulso 20/20 seg.) convenceu por maior rendimento e eficiência. A extração convencional foi realizada com pepsina em ácido acético durante 48 horas. A extração por ultra-sons foi realizada nas mesmas condições, mas os tempos de exposição à sonicação (3 a 24 h) e à pepsina (24 a 45 horas) foram variados, resultando num total de 48 horas de tratamento. A extração ultra-sónica-pepsina mostrou uma eficácia superior na extração de colagénio, 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 ultra-sônica usando de 18 h. O colágeno extraído mostrou uma estrutura de hélice contínua não danificada, boa solubilidade e estabilidade térmica bastante alta. Isso significa que uma extração ultra-sônica-pepsina melhorou a eficiência da extração de colágeno natural sem prejudicar a qualidade do colágeno resultante. (Ran e Wang 2014)

Extração de papaína por ultra-sons: O colagénio das escamas de peixe pode ser eficientemente extraído por hidrólise de papaína combinada com pré-tratamento ultrassónico. Para a extração ultra-sónica-papaína de colagénio a partir de escamas de peixe foram os seguintes parâmetros de processo encontrados como ideal: duração do pré-tratamento ultrassónico de 4min, proporção de papaína para escamas de peixe 4%, temperatura 60 ° C e tempo total de extração de 5h. Sob estas condições óptimas, a taxa de extração de colagénio atingiu 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Extração de ácido assistida por ultra-sons

Em um estudo realizado por Kim et al. (2012), a extração de colágeno solúvel em ácido da pele do robalo japonês (Lateolabrax japonicus) mostrou maior rendimento e tempo de extração reduzido após o tratamento ultra-sônico a uma freqüência de 20 kHz em ácido acético 0,5 M. A extração com ultra-sons não alterou os principais componentes do colagénio, mais especificamente as cadeias α1, α2 e β.

Extração ultra-sónica de proteínas a partir de cascas de ovos

Os hidrolisados enzimáticos pré-tratados por ultra-sons tinham melhores propriedades funcionais. Para a extração ultra-sónica de hidrolisados de proteínas funcionais a partir de casca de ovo de galinha, solubilidade, emulsionante, espuma e propriedades de retenção de água são melhorados.
A membrana da casca do ovo é um recurso natural abundante e é constituída por cerca de 64 proteínas, incluindo colagénio tipo I, V e X, lisozima, osteopontina e sialoproteína. Isto faz com que as cascas de ovo sejam uma matéria-prima interessante para a extração de proteínas. Com a extração por ultra-sons, a libertação de proteínas e a funcionalidade podem ser significativamente melhoradas, resultando num processo rápido, eficiente e económico.

Extração de álcalis assistida por ultra-sons

para extrair e solubilizar estas proteínas
Para a extração de proteínas da membrana da casca de ovo, o tratamento ultrassónico-alcalino resultou num rendimento proteico solubilizado próximo de 100% da proteína total da membrana da casca de ovo. A cavitação ultra-sónica separou as proteínas maiores da membrana da casca do ovo e facilitou a solubilização dos seus compostos. A estrutura e as propriedades das proteínas não foram danificadas pela sonicação e permaneceram intactas. As propriedades antioxidantes das proteínas foram as mesmas para o tratamento alcalino assistido por ultra-sons e extração convencional.

Extração de gelatina por ultra-sons

As peles de escamudo congeladas e secas ao ar foram tratadas com soluções salinas frias, alcalinas e ácidas para separar o tecido de colagénio e extrair a gelatina através da desnaturação do colagénio a 45°C durante quatro horas, com um tratamento de ultra-sons de potência como auxiliar de processamento. Foram avaliados o rendimento da gelatina, o pH, a transparência, a força do gel e as propriedades viscoelásticas, bem como a distribuição do peso molecular determinada pelo método PAGE-SDS. A gelatina extraída num banho de água a 45°C durante quatro horas foi utilizada como controlo. O tratamento com ultra-sons de potência aumentou o rendimento da extração em 11,1% em comparação com o controlo, enquanto a força do gel diminuiu 7%. A temperatura de gelificação também foi menor na gelatina extraída por ultrassom (4,2°C). Este comportamento está relacionado com as diferenças na distribuição do peso molecular das bobinas polipeptídicas nas gelatinas. A extração por ultra-sons de potência pode ser utilizada para aumentar a extração de gelatina de peles de peixe congeladas e secas ao ar. (Olson et al. 2005)

Sistemas industriais de ultra-sons

A Hielscher Ultrasonics fornece sistemas ultra-sónicos potentes, desde o laboratório até à bancada e à escala industrial. Para garantir uma saída de extração óptima, a sonicação fiável sob condições exigentes pode ser realizada continuamente. Todos os processadores ultra-sônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodos ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite uma operação 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.
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