Ультразвуковая экстракция коллагена

• Коллаген богат белками и широко используется в самых разных промышленных областях, например в производстве пищевых продуктов, фармацевтических препаратов, добавок и т. д.
• Обработку ультразвуком можно легко сочетать с ферментативной или кислотной экстракцией коллагена.
• Внедрение ультразвука в процесс экстракции коллагена повышает выход и ускоряет экстракцию.

Влияние ультразвука на экстракцию коллагена

Ультразвук высокой интенсивности широко используется для улучшения массопереноса в процессах, протекающих в жидкой среде, например при экстракции, в сонохимии и т. д. Экстракцию коллагена, также известную как выделение коллагена, можно значительно улучшить с помощью ультразвуковой обработки. Обработка ультразвуком способствует расщеплению коллагенового субстрата и раскрывает коллагеновые фибриллы, облегчая тем самым ферментативный гидролиз или кислотную обработку.

Ферментативная экстракция с применением ультразвука

Обработка ультразвуком известна своей способностью повышать активность ферментов. Этот эффект основан на ультразвуковом диспергировании и деагломерации агрегатов пепсина. Равномерно диспергированные ферменты обладают большей площадью поверхности для массопереноса, что связано с более высокой активностью ферментов. Кроме того, мощные ультразвуковые волны раскрывают коллагеновые фибриллы, благодаря чему высвобождается коллаген.

Экстракция пепсином с применением ультразвука: Пепсин в сочетании с обработкой ультразвуком увеличивает выход коллагена на величину до приблизительно 124% и значительно сокращает время экстракции по сравнению с обычным гидролизом пепсином. Анализ методом кругового дихроизма, атомно-силовая микроскопия и FTIR подтвердили, что обработка ультразвуком не повлияла на тройную спиральную структуру извлечённого коллагена и она осталась неповреждённой. (Li et al. 2009) Это делает экстракцию пепсином с применением ультразвука весьма практичной для пищевой промышленности, обеспечивая более высокую степень извлечения белка при значительно меньшей продолжительности обработки.

В сравнительном исследовании экстракции коллагена из сухожилий крупного рогатого скота с применением ультразвука и без него ультразвуковая обработка (20kHz, импульсный режим 20/20 sec.) продемонстрировала более высокий выход и эффективность. Обычную экстракцию проводили с использованием пепсина в уксусной кислоте в течение 48 часов. Ультразвуковую экстракцию проводили в тех же условиях, но продолжительность воздействия ультразвука (от 3 до 24 h) и пепсина (от 24 до 45 часов) варьировали, при этом общая продолжительность обработки составляла 48 часов. Экстракция с совместным применением ультразвука и пепсина показала более высокую эффективность извлечения коллагена: выход достигал 6,2%, тогда как при обычной экстракции он составлял 2,4%. Наилучшие результаты были достигнуты при продолжительности ультразвуковой экстракции 18 h. Извлечённый коллаген имел неповреждённую непрерывную спиральную структуру, хорошую растворимость и достаточно высокую термическую стабильность. Это означает, что экстракция с совместным применением ультразвука и пепсина повысила эффективность извлечения природного коллагена без ухудшения качества полученного коллагена. (Ran and Wang 2014)

Экстракция папаином с применением ультразвука: Коллаген из рыбьей чешуи можно эффективно извлекать посредством гидролиза папаином в сочетании с предварительной ультразвуковой обработкой. Для экстракции коллагена из рыбьей чешуи с совместным применением ультразвука и папаина оптимальными были признаны следующие параметры процесса: продолжительность предварительной ультразвуковой обработки 4min, соотношение папаина и рыбьей чешуи 4%, температура 60°C и общая продолжительность экстракции 5h. В этих оптимальных условиях степень извлечения коллагена достигала 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Кислотная экстракция с применением ультразвука

В исследовании Kim et al. (2012) экстракция кислоторастворимого коллагена из кожи японского морского окуня (Lateolabrax japonicus) показала увеличение выхода и сокращение времени экстракции после ультразвуковой обработки на частоте 20 kHz в 0,5 M уксусной кислоте. Экстракция с применением ультразвука не изменила основные компоненты коллагена, а именно цепи α1, α2 и β.

Ультразвуковая экстракция белка из яичной скорлупы

Ферментативные гидролизаты, предварительно обработанные ультразвуком, обладали лучшими функциональными свойствами. При ультразвуковой экстракции функциональных белковых гидролизатов из скорлупы куриных яиц улучшаются растворимость, эмульгирующие, пенообразующие и водоудерживающие свойства.
Подскорлупная оболочка яиц является широко доступным природным ресурсом и состоит примерно из 64 белков, включая коллаген типов I, V и X, лизоцим, остеопонтин и сиалопротеин. Это делает яичную скорлупу интересным сырьём для экстракции белков. Ультразвуковая экстракция позволяет значительно улучшить высвобождение белка и его функциональные свойства, обеспечивая быстрый, эффективный и экономичный процесс.

Щелочная экстракция с применением ультразвука

для извлечения и солюбилизации этих белков
При экстракции белка из подскорлупной оболочки яиц ультразвуковая щелочная обработка обеспечила выход солюбилизированного белка, близкий к 100% от общего содержания белка в подскорлупной оболочке. Ультразвуковая кавитация отделяла крупные скопления белков от подскорлупной оболочки и облегчала солюбилизацию её компонентов. Обработка ультразвуком не повредила структуру и свойства белка, и они сохранились в неизменном виде. Антиоксидантные свойства белков были одинаковыми при щелочной обработке с применением ультразвука и при обычной экстракции.

Ультразвуковая экстракция желатина

Замороженную и высушенную на воздухе кожу минтая обрабатывали холодным солевым раствором, щелочными и кислотными растворами для отделения коллагеновой ткани и извлечения желатина посредством денатурации коллагена при 45°C в течение четырёх часов, используя обработку мощным ультразвуком в качестве вспомогательного средства процесса. Оценивали выход желатина, pH, прозрачность, прочность геля и вязкоупругие свойства, а также распределение молекулярной массы, определённое методом PAGE-SDS. В качестве контроля использовали желатин, извлечённый на водяной бане при 45°C в течение четырёх часов. Обработка мощным ультразвуком повысила выход экстракции на 11,1% по сравнению с контролем, тогда как прочность геля снизилась на 7%. Температура гелеобразования желатина, извлечённого с помощью ультразвука, также была ниже (4,2°C). Такое поведение связано с различиями в распределении молекулярной массы полипептидных клубков в желатинах. Экстракцию мощным ультразвуком можно использовать для увеличения извлечения желатина из замороженной и высушенной на воздухе рыбьей кожи. (Olson et al. 2005)

Промышленные ультразвуковые системы

Hielscher Ultrasonics поставляет мощные ультразвуковые системы лабораторного, настольного и промышленного масштаба. Для обеспечения оптимальных результатов экстракции надёжную обработку ультразвуком в сложных условиях можно проводить непрерывно. Все промышленные ультразвуковые процессоры способны обеспечивать очень высокие амплитуды. Непрерывная работа с амплитудами до 200µm легко осуществима 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.
Свяжитесь с нами сегодня и сообщите требования к вашему процессу! Мы будем рады порекомендовать подходящую ультразвуковую систему для вашего процесса!