Extracția colagenului cu ultrasunete

• Colagenul este bogat în proteine și este utilizat pe scară largă în numeroase aplicații industriale, de exemplu în industria alimentară, farmaceutică, aditivi etc.
• Sonicarea poate fi combinată cu ușurință cu extracția enzimatică sau acidă a colagenului.
• Implementarea ultrasunetelor în procesul de extracție a colagenului are ca rezultat randamente mai mari și o extracție mai rapidă.

Efectele ultrasunetelor asupra extracției colagenului

Ultrasunetele de intensitate ridicată sunt utilizate pe scară largă pentru îmbunătățirea transferului de masă în procesele umede, de exemplu extracție, sonochimie etc. Extracția colagenului (cunoscută și ca izolarea colagenului) poate fi îmbunătățită semnificativ prin tratament cu ultrasunete. Sonicarea ajută la scindarea substratului de colagen și deschide fibrilele de colagen, facilitând astfel hidroliza enzimatică sau tratamentul acid.

Extracție enzimatică asistată de ultrasunete

Sonicarea este cunoscută pentru capacitatea sa de a crește activitatea enzimatică. Acest efect se bazează pe dispersarea și dezaglomerarea cu ultrasunete a agregatelor de pepsină. Enzimele dispersate omogen oferă o suprafață mărită pentru transferul de masă, ceea ce este corelat cu o activitate enzimatică mai mare. În plus, undele ultrasonice puternice deschid fibrilele de colagen, astfel încât colagenul este eliberat.

Extracție cu pepsină asistată de ultrasunete: Pepsina combinată cu sonicarea crește randamentul de colagen până la aprox. 124% și scurtează semnificativ timpul de extracție în comparație cu hidroliza convențională cu pepsină. Analiza prin dicroism circular, microscopia de forță atomică și FTIR au demonstrat că structura de triplu helix a colagenului extras nu a fost afectată de sonicare și a rămas intactă. (Li et al. 2009) Acest lucru face ca extracția cu pepsină asistată de ultrasunete să fie foarte practică pentru industria alimentară, oferind rate crescute de recuperare a proteinelor într-un timp de procesare semnificativ mai scurt.

Într-un studiu comparativ al extracției cu ultrasunete vs. fără ultrasunete a colagenului din tendon bovin, tratamentul cu ultrasunete (20kHz, mod pulsat 20/20 sec.) s-a remarcat prin randament și eficiență mai mari. Extracția convențională a fost efectuată cu pepsină în acid acetic timp de 48 de ore. Extracția cu ultrasunete a fost efectuată în aceleași condiții, dar timpii de expunere la sonicare (3 până la 24 h) și la pepsină (24 până la 45 de ore) au fost variați, rezultând un total de 48 de ore de tratament. Extracția cu ultrasunete și pepsină a demonstrat o eficiență superioară a extracției colagenului, atingând un randament de 6,2%, în timp ce randamentul extracției convenționale a fost de 2,4%. Cele mai bune rezultate au fost obținute la un timp de extracție cu ultrasunete de 18 h. Colagenul extras a prezentat o structură elicoidală continuă nedeteriorată, o solubilitate bună și o stabilitate termică destul de ridicată. Aceasta înseamnă că extracția cu ultrasunete și pepsină a îmbunătățit eficiența extracției colagenului natural fără a deteriora calitatea colagenului rezultat. (Ran și Wang 2014)

Extracție cu papaină asistată de ultrasunete: Colagenul din solzii de pește poate fi extras eficient prin hidroliză cu papaină combinată cu un pretratament cu ultrasunete. Pentru extracția colagenului din solzi de pește cu ultrasunete și papaină, următorii parametri de proces au fost identificați ca optimi: durata pretratamentului cu ultrasunete de 4min, raportul dintre papaină și solzii de pește de 4%, temperatura de 60°C și timpul total de extracție de 5h. În aceste condiții optime, rata de extracție a colagenului a atins 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Extracție acidă asistată de ultrasunete

Într-un studiu realizat de Kim et al. (2012), extracția colagenului solubil în acid din pielea bibanului de mare japonez (Lateolabrax japonicus) a prezentat un randament crescut și un timp de extracție redus după tratamentul cu ultrasunete la o frecvență de 20 kHz în acid acetic 0,5 M. Extracția cu ultrasunete nu a modificat componentele principale ale colagenului, mai precis lanțurile α1, α2 și β.

Extracția cu ultrasunete a proteinelor din coji de ou

Hidrolizatele enzimatice pretratate cu ultrasunete au avut proprietăți funcționale mai bune. În cazul extracției cu ultrasunete a hidrolizatelor proteice funcționale din coaja de ou de găină, proprietățile de solubilitate, emulsionare, spumare și reținere a apei sunt îmbunătățite.
Membrana cojii de ou este o resursă naturală abundentă și constă din aproximativ 64 de proteine, inclusiv colagen de tip I, V și X, lizozim, osteopontină și sialoproteină. Acest lucru face din cojile de ou o materie primă interesantă pentru extracția proteinelor. Prin extracția cu ultrasunete, eliberarea și funcționalitatea proteinelor pot fi îmbunătățite semnificativ, rezultând un proces rapid, eficient și economic.

Extracție alcalină asistată de ultrasunete

pentru extragerea și solubilizarea acestor proteine
Pentru extracția proteinelor din membrana cojii de ou, tratamentul cu ultrasunete și alcalii a condus la un randament de proteine solubilizate apropiat de 100% din totalul proteinelor membranei cojii de ou. Cavitația ultrasonică a desprins aglomerări mai mari de proteine de pe membrana cojii de ou și a facilitat solubilizarea compușilor acesteia. Structura și proprietățile proteinelor nu au fost deteriorate de sonicare și au rămas intacte. Proprietățile antioxidante ale proteinelor au fost aceleași pentru tratamentul alcalin asistat de ultrasunete și pentru extracția convențională.

Extracția gelatinei cu ultrasunete

Pieile de polac congelate și uscate la aer au fost tratate cu soluții saline reci, alcaline și acide pentru separarea țesutului colagenic și extragerea gelatinei prin denaturarea colagenului la 45°C timp de patru ore, cu un tratament cu ultrasunete de putere ca adjuvant de procesare. Au fost evaluate randamentul gelatinei, pH-ul, claritatea, rezistența gelului și proprietățile viscoelastice, precum și distribuția masei moleculare determinată prin metoda PAGE-SDS. Gelatina extrasă într-o baie de apă la 45°C timp de patru ore a fost utilizată drept control. Tratamentul cu ultrasunete de putere a crescut randamentul de extracție cu 11,1% față de control, în timp ce rezistența gelului a scăzut cu 7%. Temperatura de gelifiere a fost, de asemenea, mai scăzută la gelatina extrasă cu ultrasunete (4,2°C). Acest comportament este legat de diferențele în distribuția masei moleculare a ghemurilor polipeptidice din gelatine. Extracția cu ultrasunete de putere poate fi utilizată pentru a crește extracția gelatinei din pieile de pește congelate și uscate la aer. (Olson et al. 2005)

Sisteme industriale cu ultrasunete

Hielscher Ultrasonics furnizează sisteme puternice cu ultrasunete de la scară de laborator și de banc până la scară industrială. Pentru a asigura un randament optim al extracției, sonicarea fiabilă în condiții solicitante poate fi efectuată continuu. Toate procesoarele industriale cu ultrasunete pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute cu ușurință în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, sunt disponibile sonotrode ultrasonice personalizate. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intens și în medii solicitante.
Vă rugăm să ne contactați astăzi cu cerințele procesului dumneavoastră! Vă vom recomanda cu plăcere un sistem cu ultrasunete potrivit pentru procesul dumneavoastră!