Ультразвуковая экстракция коллагена из медуз
- Коллаген медуз – высококачественный коллаген, который уникален, но обладает свойствами, сходными со свойствами коллагена типов I, II, III и V.
- Ультразвуковая экстракция – исключительно механический метод, который повышает выход, ускоряет процесс и позволяет получать коллаген с высокой молекулярной массой.
Ультразвуковая экстракция из медуз
Медузы богаты минералами и белками, а коллаген является одним из основных белков этих желеобразных морских существ. Медузы – почти изобильный источник, встречающийся в океанах. Медуз часто воспринимают как бедствие, однако их использование для экстракции коллагена приносит пользу в обоих отношениях: позволяет получать превосходный коллаген, использовать устойчивый природный источник и устранять массовые скопления медуз.
Ультразвуковая экстракция – механический метод экстракции, который можно точно контролировать и адаптировать к обрабатываемому сырью. Ультразвуковая экстракция успешно применяется для выделения коллагена, гликопротеинов и других белков из медуз.
В целом белки, выделенные из медуз, проявляют выраженную антиоксидантную активность и поэтому являются ценными активными соединениями для пищевой промышленности, производства пищевых добавок и фармацевтической промышленности.
Для экстракции можно использовать медузу целиком, мезоглею (= основную часть зонтика медузы) или ротовые лопасти.
Ультразвуковая экстракция – эффективный и быстрый метод получения коллагена из медуз в больших количествах.
- коллаген пищевого / фармацевтического качества
- высокая молекулярная масса
- аминокислотный состав
- повышенный выход
- быстрая обработка
- простота эксплуатации
Ультразвуковая кислотная и ультразвуковая ферментативная экстракция
Ультразвуковую экстракцию можно использовать в сочетании с различными растворами кислот для высвобождения кислоторастворимого коллагена (ASC) из медуз. Ультразвуковая кавитация способствует массопереносу между субстратом из медуз и раствором кислоты, разрушая клеточные структуры и обеспечивая проникновение кислот в субстрат. Благодаря этому коллаген и другие целевые белки переходят в жидкость.
На следующем этапе оставшийся субстрат из медуз обрабатывают ферментами (то есть пепсином) при обработке ультразвуком для выделения пепсинорастворимого коллагена (PSC). Обработка ультразвуком известна своей способностью повышать активность ферментов. Этот эффект основан на ультразвуковом диспергировании и деагломерации агрегатов пепсина. Равномерно диспергированные ферменты обеспечивают увеличенную поверхность для массопереноса, что связано с более высокой активностью ферментов. Кроме того, мощные ультразвуковые волны раскрывают коллагеновые фибриллы, благодаря чему коллаген высвобождается.
Исследования показали, что ферментативная экстракция с использованием пепсина при содействии ультразвука обеспечивает более высокий выход и сокращает продолжительность процесса экстракции.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для производства коллагена
Hielscher Ultrasonics поставляет мощные ультразвуковые системы для лабораторного, настольного и промышленного масштаба. Для обеспечения оптимального выхода экстракции надёжная обработка ультразвуком в сложных условиях может выполняться непрерывно. Все промышленные ультразвуковые процессоры способны обеспечивать очень высокие амплитуды. При амплитудах до 200µm можно легко работать непрерывно в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
В приведённой ниже таблице указана приблизительная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | больше | комплекс из UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Мощные ультразвуковые процессоры для работы в лабораторном масштабе, а также в опытно-промышленном и промышленном масштабе.
Литература и источники
- Nicholas M.H. Khonga, Fatimah Md. Yusoff, B. Jamilah, Mahiran Basri, I. Maznah, Kim Wei Chan, Nurdin Armania, Jun Nishikawa (2018): Улучшенная экстракция коллагена из медуз (Acromitus hardenbergi) с усилением процессов солюбилизации, вызванных физическим воздействием. Food Chemistry, том 251, 15 June 2018. 41–50.
- Guoyan Ren, Bafang Li, Xue Zhao, Yongliang Zhuang, Mingyan Yan (2008): Технология экстракции с использованием ультразвука для извлечения гликопротеина из ротовых лопастей медуз (Rhopilema esculentum). Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2008-02.
- Guoyan Ren, Bafang Li, Xue Zhao, Yongliang Zhuang, Mingyan Yan, Hu Hou, Xiukun Zhang, Li Chen (2009): Скрининг методов экстракции гликопротеинов из ротовых лопастей медуз (Rhopilema esculentum) с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. Journal of Ocean University of China 2009, том 8, выпуск 1. 83–88.
Полезные сведения
Коллаген
Коллаген – фибриллярный белок со структурой тройной спирали и основной нерастворимый фибриллярный белок внеклеточного матрикса и соединительной ткани. Существует не менее 16 типов коллагена, однако большинство из них (приблизительно 90%) относятся к типам I, II и III. Коллаген – самый распространённый белок в организме человека, содержащийся в костях, мышцах, коже и сухожилиях. У млекопитающих он составляет 25–35% всего белка организма. Следующий список содержит примеры тканей, в которых соответствующие типы коллагена наиболее распространены: тип I – кости, дерма, сухожилия, связки, роговица; тип II – хрящ, стекловидное тело, пульпозное ядро; тип III – кожа, стенки сосудов, ретикулярные волокна большинства тканей (лёгких, печени, селезёнки и т. д.); тип IV – базальные мембраны; тип V – часто встречается совместно с коллагеном типа I, особенно в роговице. Это естественным образом способствовало коммерческому использованию обычных распространённых коллагенов (коллагенов I–V) посредством их выделения и очистки, преимущественно из тканей человека, крупного рогатого скота и свиней, с применением традиционных производственных процессов с высоким выходом, позволяющих получать партии высококачественного коллагена. (Silva et al., Mar. Drugs 2014, 12)
Эндогенный коллаген – природный коллаген, синтезируемый организмом, тогда как экзогенный коллаген является синтетическим и может поступать из внешнего источника, например из пищевых добавок. Коллаген присутствует в организме, особенно в коже, костях и соединительных тканях. Выработка коллагена в организме снижается с возрастом и под воздействием таких факторов, как курение и ультрафиолетовое излучение. В медицине коллаген можно использовать в коллагеновых раневых повязках для привлечения новых клеток кожи к участкам ран.
Коллаген широко используется в пищевых добавках и фармацевтических препаратах, поскольку он способен резорбироваться. Это означает, что он может расщепляться, преобразовываться и вновь усваиваться организмом. Ему также можно придавать форму уплотнённых твёрдых материалов или гелей с решётчатой структурой. Широкий спектр функций и естественное присутствие в организме делают его универсальным в клиническом применении и подходящим для различных медицинских целей. Для медицинского применения коллаген может быть получен из крупного рогатого скота, свиней, овец и морских организмов.
Существует четыре основных метода выделения коллагена из животных: высаливание, щелочной, кислотный и ферментативный методы.
Для производства высококачественного коллагена чаще всего используют сочетание кислотного и ферментативного методов. Поскольку часть коллагена является кислоторастворимым коллагеном (ASC), а другая часть – пепсинорастворимым коллагеном (PSC), за кислотной обработкой следует ферментативная экстракция с использованием пепсина. Кислотную экстракцию коллагена проводят с использованием органических кислот, таких как хлоруксусная, лимонная или молочная кислота. Для высвобождения пепсинорастворимого коллагена (PSC) из материала, оставшегося после кислотной экстракции коллагена, нерастворившееся вещество обрабатывают ферментом пепсином, чтобы выделить пепсинорастворимый коллаген (PSC). PSC обычно применяют в сочетании с уксусной кислотой концентрацией 0,5M. Пепсин – широко используемый фермент, поскольку он способен сохранять структуру коллагена путём расщепления у N-конца белковой цепи и неспирального пептида.
Коллаген используется в пищевых добавках (нутрицевтиках), косметических средствах и медицине. Коллаген млекопитающих и морской (рыбный) коллаген представлены на рынке и могут быть приобретены в любых количествах. Коллаген медуз – новая форма коллагена, биосовместимая с организмом человека и не имеющая происхождения от млекопитающих (свободная от болезней). Коллаген медуз не соответствует какому-либо определённому типу коллагена (типы I–V), но обладает различными свойствами коллагена типов I, II и V.
Гликопротеины
Гликопротеины встречаются у многих организмов, от бактерий до человека, и выполняют различные функции. Эти белки с короткими олигосахаридными цепями участвуют в распознавании клеточной поверхности гормонами, вирусами и другими веществами во многих клеточных процессах. Кроме того, антигены клеточной поверхности служат секрецией муцина элемента внеклеточного матрикса, желудочно-кишечного и мочеполового трактов. Почти все глобулярные белки плазмы, за исключением альбумина, секретируемых ферментов и белков, имеют гликопротеиновую структуру. Клеточная мембрана состоит из молекул белков, липидов и углеводов. Роль гликопротеинов в клеточной мембране, в свою очередь, влияет на количество и распределение белков. Эти белки участвуют в переходе от мембраны к веществу. Количество и распределение гликолипидов и гликопротеинов определяют специфичность клетки.
Гликопротеины отвечают за распознавание клеток, избирательную проницаемость клеточной мембраны и поглощение гормонов. В углеводной части гликопротеинов присутствуют 7 основных типов моносахаридов. Эти моносахариды соединяются в разных последовательностях и с различными структурами связей, образуя большое количество структур углеводных цепей. Гликопротеин может содержать одну N-связанную олигосахаридную структуру или более одного типа олигосахаридов. N-связанные олигосахариды могут иметь одинаковые или различные структуры либо также присутствовать в O-связанных олигосахаридах. Количество олигосахаридных цепей варьируется в зависимости от белка и функции.
Сиаловые кислоты в гликопротеинах, являющихся элементом гликокаликса, играют важную роль в распознавании клеток. Если сиаловые кислоты по какой-либо причине разрушаются, структура гликокаликса мембраны нарушается, и клетка не может выполнять большинство указанных задач. Кроме того, существуют структурные гликопротеины. К ним относятся фибронектины, ламинины и фетальные фибронектины, и все они выполняют различные функции в организме. Также в эукариотических гликопротеинах присутствуют некоторые моносахариды, преимущественно относящиеся к гексозам и аминогексозам. Они могут способствовать сворачиванию белка, повышать его стабильность и участвуют в передаче клеточных сигналов.