Extracția colagenului cu ultrasunete
- Colagenul este bogat în proteine și este utilizat pe scară largă în diverse aplicații industriale, de exemplu alimente, farmaceutice, aditivi etc.
- Sonicare poate fi ușor combinată cu extracția enzimatică sau acidă a colagenului.
- Punerea în aplicare a ultrasunetelor în procesul de extracție a colagenului are ca rezultat randamente mai mari și extracție mai rapidă.
Efecte cu ultrasunete asupra extracției de colagen
Ultrasunetele de înaltă intensitate sunt utilizate pe scară largă pentru a îmbunătăți transferul de masă în procesele umede, de exemplu extracția, sonochimia etc. Extracția (cunoscută și sub numele de izolare a colagenului) de colagen poate fi îmbunătățită semnificativ prin tratamentul cu ultrasunete. Sonicare ajutoare în timpul scindării substratului de colagen, deschide fibrilele de colagen, astfel hidroliza enzimatică sau tratamentul acid sunt facilitate.
Extracție enzimatică asistată ultrasonically
Sonicare este cunoscut pentru capacitatea sa de a crește activitatea enzimatică. Acest efect se bazează pe dispersia cu ultrasunete și dezaglomerarea agregatelor de pepsină. Enzimele dispersate omogen oferă o suprafață crescută pentru transferul de masă, care este corelată cu o activitate enzimatică mai mare. În plus, undele puternice cu ultrasunete deschid fibrilele de colagen, astfel încât colagenul este eliberat.
Extracția pepsinei cu ultrasunete: Pepsina combinată ultrasonication crește randamentul colagenului până la aproximativ 124% și scurtează semnificativ timpul de extracție în comparație cu hidroliza convențională a pepsinei. Analiza dicroismului circular, microscopia forței atomice și FTIR au demonstrat că structura triplă helix a colagenului extras nu a fost afectată de sonicare și a rămas intactă. (Li și colab. 2009) Acest lucru face ca extracția de pepsină asistată ultrasonically să fie extrem de practică pentru industria alimentară, oferind rate crescute de recuperare a proteinelor într-un timp de procesare semnificativ mai scurt.
Într-un studiu comparativ de extracție cu ultrasunete vs. non-ultrasunete de colagen din tendonul bovin, tratamentul cu ultrasunete (20kHz, modul puls 20/20 sec.) convins de randament mai mare și eficiență. Extracția convențională a fost efectuată cu pepsină în acid acetic timp de 48 de ore. Extracția cu ultrasunete a fost efectuată extracție în aceleași condiții, dar timpii de expunere la sonicare (3 la 24 h) și pepsină (24 la 45 ore) au fost variate, rezultând un total de 48 ore de tratament. Extracția cu ultrasunete-pepsină a arătat o eficiență superioară a extracției de colagen, atingând un randament de 6,2%, când randamentul convențional de extracție a fost de 2,4%. Cele mai bune rezultate au fost obținute la un timp de extracție cu ultrasunete folosind 18 h. Colagenul extras a prezentat o structură elicoidală continuă nedeteriorată, solubilitate bună și stabilitate termică destul de ridicată. Aceasta înseamnă că o extracție cu ultrasunete-pepsină a îmbunătățit eficiența extracției colagenului natural fără a afecta calitatea colagenului rezultat. (Ran și Wang 2014)
Ultrasonically asistat de extracție acidă
Într-un studiu realizat de Kim et al. (2012), extracția colagenului solubil în acid din pielea bibanului de mare japonez (Lateolabrax japonicus) a arătat un randament crescut și un timp redus de extracție după tratamentul cu ultrasunete la o frecvență de 20 kHz în acid acetic 0,5 M. Extracția cu ultrasunete nu a modificat componentele majore ale colagenului, mai precis lanțurile α1, α2 și β.
Extracția cu ultrasunete de proteine din coji de ou
Ultrasonically pre-tratate hidrolizate enzimatice au avut proprietăți funcționale mai bune. Pentru extracția cu ultrasunete a hidrolizatelor de proteine funcționale din coaja de ou de pui, solubilitatea, emulsionarea, spumarea și proprietățile de menținere 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, lizozimă, osteopontină și sialoproteină. Acest lucru face ca cojile de ouă să fie o materie primă interesantă pentru extracția proteinelor. Cu extracție cu ultrasunete, eliberarea de proteine și funcționalitatea pot fi îmbunătățite semnificativ, rezultând într-un proces rapid, eficient și economic.
Procese cu ultrasunete: Din Laborator spre industrial Cântar
Ultrasonically asistat alcaline de extracție
extragerea și solubilizarea acestor proteine
Pentru extracția proteinelor din membrana cojii de ouă, tratamentul cu ultrasunete-alcaline a dus la un randament de proteine solubilizat aproape de 100% din proteina totală a membranei de coajă de ouă. Cavitație cu ultrasunete detașat proteine mai mari aglomerări din membrana coajă de ou și a facilitat solubilizarea compușilor săi. 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 cu ultrasunete și extracția convențională.
Extracția gelatinei cu ultrasunete
Piei de pollock congelate și uscate la aer au fost tratate cu soluție salină rece, alcalină și acidă pentru a separa țesutul de colagen și a extrage gelatina prin denaturarea colagenului la 45 ° C timp de patru ore cu un tratament cu ultrasunete de putere ca ajutor de procesare. Au fost evaluate randamentul gelatinei, pH-ul, claritatea, rezistența gelului și proprietățile vâscoelastice, precum și distribuția greutății moleculare determinate prin metoda PAGE-SDS. Gelatina extrasă într-o baie de apă la 45 ° C timp de patru ore a fost utilizată ca control. Tratamentul cu ultrasunete de putere a crescut randamentul de extracție cu 11,1% comparativ cu controlul, în timp ce rezistența gelului a scăzut cu 7%. Temperatura de gelare a fost, de asemenea, mai scăzută în gelatina extrasă cu ultrasunete (4,2 ° C). Acest comportament este legat de diferențele în distribuția greutății moleculare a bobinelor polipeptidice din gelatine. Extracția cu ultrasunete de putere poate fi utilizată pentru a crește extracția gelatinei din piei de pește congelate și uscate la aer. (Olson și colab. 2005)
Sisteme industriale cu ultrasunete
Hielscher Ultrasonics furnizează sisteme cu ultrasunete puternice de la laborator la banc-top și scară industrială. Pentru a asigura o ieșire optimă de extracție, sonicare fiabilă în condiții solicitante poate fi efectuată continuu. Toate procesoarele industriale cu ultrasunete pot livra amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Vă rugăm să ne contactați astăzi cu cerințele dvs. de proces! Vom fi bucuroși să vă recomandăm un sistem cu ultrasunete adecvat pentru procesul dumneavoastră!
Hielscher omogenizatoare cu ultrasunete de mare putere sunt disponibile pentru orice scară de proces – de la laborator la producție.
Literatură/Referințe
- Álvarez, Carlos; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah A .; Tiwari, Brijesh K. (2018): Recuperarea optimizată a proteinelor din pește întreg de macrou prin utilizarea extracției secvențiale a precipitațiilor de solubilizare izoelectrică (ISP) cu acid secvențial / alcalin asistată de ultrasunete. LWT – Știința și tehnologia alimentară Vol. 88, februarie 2018. 210-216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): Optimizarea extracției hidrolizatelor funcționale de proteine din membrana de coajă de ou de pui (ESM) prin extracție asistată cu ultrasunete (EAU) și hidroliză enzimatică. LWT – Știința și tehnologia alimentară Vol. 69, iunie 2016. 295-302.
- Kim, H.K.; Kim, YH .; Kim, YJ .; Park, H.J.; Lee, N.H. (2012): Efectele tratamentului cu ultrasunete asupra extracției colagenului din piei de bas de mare Lateolabrax japonicus. Știința pescuitului, volumul 78, numărul 78; 2013. 485-490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Iradierea cu ultrasunete în extracția enzimatică a colagenului. Ultrasonics Sonochemistry volumul 16, numărul 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): Evaluarea ultrasunetelor de putere ca ajutor de procesare pentru extracția gelatinei de pește. Rezumatul întâlnirii nr. 71C-26. Reuniunea anuală IFT. Iulie 2005. New Orleans, Los Angeles.
- Ran, X.G.; Wang, NY (2014): Utilizarea tratamentului cu ultrasunete și pepsină în tandem pentru extracția colagenului din subprodusele industriei cărnii. Jurnalul Științei Alimentației și Agriculturii 94 (3), 2014. 585-590.
- Schmidt, M.M.; Dornelles, R.C.P.; Mello, R.O.; Kubota, E.H.; Mazutti, M.A.; Kempka, A.P.; Demiate, I.M. (2016): Procesul de extracție a colagenului. Jurnalul internațional de cercetare alimentară 23 (3), 2016. 913-922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Walter; Motta, Antonella; Migliaresi, Claudio; Aramwit, Pornanong (2016): Efectele tulpinii de mătase Bombyx mori și timpul de extracție asupra caracteristicilor moleculare și biologice ale sericinei. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Vol. 80 , Iss. 2, 2016. 241-249.
- Zeng, J.N.; Jiang, î.Hr.; Xiao, Z.Q., Li, SH (2011): Extracția colagenului din solzi de pește cu papaină sub pretratare cu ultrasunete. Cercetare avansată a materialelor, volumul 366, 2011. 421-424.
Fapte care merită știute
Colagen
Colagenul este principala proteină structurală din spațiul extracelular din diferitele țesuturi conjunctive din corpurile animale. Ca principală componentă a țesutului conjunctiv, este cea mai abundentă proteină la mamifere,[1] reprezentând între 25% și 35% din conținutul de proteine al întregului corp. Colagenul constă din aminoacizi înfășurați împreună pentru a forma triple-helice pentru a forma fibrile alungite. Cele mai mari cantități de colagen sunt prezente în țesuturile fibroase, cum ar fi tendoanele, ligamentele și pielea. Există trei tipuri de colagen care trebuie distinse:
Colagen de tip I: Oferă 90% din proteine în piele, păr, unghii, organe, oase, ligamente
Colagen de tip II: asigură 50-60% din proteine în cartilaj, 85-90% din colagen în cartilajul articular
Colagen de tip III: furnizează proteine proteinelor fibroase din oase, cartilaj, dentină, tendon și alte țesuturi conjunctive
Colagenul din organism
Fiecare dintre cele trei tipuri de colagen este compus din proteine diferite care îndeplinesc scopuri diferite în organism. Tipurile de colagen I și III sunt ambele componente principale ale pielii, mușchilor, oaselor, părului și unghiilor. Ele sunt necesare pentru sănătatea, creșterea și reconstrucția lor. Colagenul de tip II se găsește în cea mai mare parte în cartilaj și articulații.
Colagenul de tip I și III conține ambele 19 aminoacizi care sunt considerați aminoacizi esențiali. Acestea sunt produse de fibroblaste (celule din țesuturile conjunctive) și osteoblaste (celule care fac oase). Cele mai importante proteine din colagenul de tip I și III includ glicina, prolina, alanina și hidroxiprolina. Tipul III este o scleroproteină fibroasă.
Glicina este aminoacidul cu cea mai mare cantitate de colagen. Prolina este un aminoacid neesențial, care poate fi sintetizat din glicină și contribuie la articulații și tendoane. Hidroxiprolina este un aminoacid care contribuie la stabilitatea colagenului. Alanina este un aminoacid important pentru biosinteza proteinelor.
La fel ca tipul I și III, colagenul de tip II formează fibrile. Această rețea fibrilară de colagen este importantă în cartilaj, deoarece permite prinderea proteoglicanilor. În plus, oferă rezistență la tracțiune țesutului.
Surse și utilizări
Colagenul este o proteină fibroasă care este prezentă din abundență în țesutul conjunctiv al mamiferelor, de exemplu bovine, porcine. Majoritatea colagenului este extras
din piei și oase de porcine și din surse bovine. O sursă alternativă pentru extracția colagenului sunt peștii și păsările. Colagenul este utilizat pe scară largă în alimente, suplimente alimentare, produse farmaceutice / medicale și produse cosmetice, printre alte produse. Extracția colagenului este o afacere în creștere, deoarece această proteină poate înlocui agenții sintetici în diferite procese industriale.