Ultrazvuková extrakcia kolagénu

• Kolagén je bohatý na bielkoviny a je široko používaný v rôznych priemyselných aplikáciách, napr. v potravinárstve, farmaceutickom priemysle, prídavných látkach atď.
• Sonikáciu je možné ľahko kombinovať s enzymatickou alebo kyslou extrakciou kolagénu.
• Implementácia ultrazvuku do procesu extrakcie kolagénu má za následok vyššie výťažky a rýchlejšiu extrakciu.

Ultrazvukové účinky na extrakciu kolagénu

Ultrazvuk s vysokou intenzitou sa široko používa na zlepšenie prenosu hmoty vo vlhkých procesoch, napr. extrakcia, sonochémia atď. Extrakciu (známu aj ako kolagénová izolácia) kolagénu je možné výrazne zlepšiť ultrazvukovým ošetrením. Sonikácia pomáha pri štiepení kolagénového substrátu, otvára kolagénové fibrily, čím sa uľahčuje enzymatická hydrolýza alebo liečba kyselinou.

Ultrazvukom asistovaná enzymatická extrakcia

Sonikácia je známa svojou schopnosťou zvyšovať aktivitu enzýmov. Tento účinok je založený na ultrazvukovej disperzii a deaglomerácii peppínových agregátov. Homogénne dispergované enzýmy ponúkajú väčší povrch pre prenos hmoty, čo súvisí s vyššou aktivitou enzýmov. Okrem toho silné ultrazvukové vlny otvárajú kolagénové fibrily, takže kolagén sa uvoľňuje.

Ultrazvuková extrakcia pepsínu: Pepsín kombinovaný ultrazvukom zvyšuje výťažok kolagénu až na cca. 124% a výrazne skracuje čas extrakcie v porovnaní s konvenčnou hydrolýzou pepsínu. Analýza kruhového dichroizmu, mikroskopia atómových síl a FTIR dokázali, že štruktúra trojitej špirály extrahovaného kolagénu nebola ovplyvnená sonikáciou a zostala nedotknutá. (Li a kol. 2009) Vďaka tomu je ultrazvukom asistovaná extrakcia pepsínu vysoko praktická pre potravinársky priemysel a ponúka zvýšenú mieru regenerácie bielkovín pri výrazne kratšom čase spracovania.

V porovnávacej štúdii ultrazvukovej vs. neultrazvukovej extrakcie kolagénu z hovädzej šľachy sa ultrazvukové ošetrenie (20 kHz, pulzný režim 20/20 s) presvedčilo o vyššej výťažnosti a účinnosti. Konvenčná extrakcia sa uskutočňovala pepsínom v kyseline octovej počas 48 hodín. Ultrazvuková extrakcia sa vykonávala extrakciou za rovnakých podmienok, ale expozičné časy sonikácii (3 až 24 hodín) a pepstínu (24 až 45 hodín) boli rôzne, čo viedlo k celkovej dĺžke 48 hodín liečby. Extrakcia ultrazvukom a pepsínom preukázala vynikajúcu účinnosť extrakcie kolagénu a dosiahla výťažok 6,2 %, zatiaľ čo konvenčný výťažok bol 2,4 %. Najlepšie výsledky sa dosiahli pri ultrazvukovej extrakcii s použitím 18 hodín. Extrahovaný kolagén vykazoval nepoškodenú súvislú špirálovú štruktúru, dobrú rozpustnosť a pomerne vysokú tepelnú stabilitu. To znamená, že ultrazvuková extrakcia pepsínu zlepšila účinnosť extrakcie prírodného kolagénu bez poškodenia kvality výsledného kolagénu. (Ran a Wang 2014)

Ultrazvuková extrakcia papaínu: Kolagén z rybích šupín je možné účinne extrahovať hydrolýzou papaínu v kombinácii s ultrazvukovou predbežnou úpravou. Pre ultrazvukovo-papaínovú extrakciu kolagénu z rybích šupín boli ako optimálne identifikované tieto procesné parametre: ultrazvuková predúprava 4 minúty, pomer papaínu k rybím šupinám 4 %, teplota 60 °C a celková doba extrakcie 5 hodín. Za týchto optimálnych podmienok dosiahla rýchlosť extrakcie kolagénu 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Ultrazvukom asistovaná extrakcia kyselinou

V štúdii Kim et al. (2012) extrakcia kolagénu rozpustného v kyselinách z kože japonského morského vlka (Lateolabrax japonicus) preukázala zvýšený výťažok a skrátený čas extrakcie po ultrazvukovom ošetrení pri frekvencii 20 kHz v 0,5 M kyseline octovej. Extrakcia ultrazvukom nezmenila hlavné zložky kolagénu, konkrétne reťazce α1, α2 a β.

Ultrazvuková extrakcia bielkovín z vaječných škrupín

Ultrazvukom predupravené enzymatické hydrolyzáty mali lepšie funkčné vlastnosti. Pri ultrazvukovej extrakcii funkčných proteínových hydrolyzátov zo škrupiny kuracích vajec sa zlepšuje rozpustnosť, emulgačné, penivé a zadržiavacie vlastnosti.
Membrána vaječnej škrupiny je bohatým prírodným zdrojom a pozostáva z asi 64 proteínov vrátane kolagénu typu I, V a X, lyzozýmu, osteopontínu a sialoproteínu. Vďaka tomu sú vaječné škrupiny zaujímavou surovinou na extrakciu bielkovín. Pomocou ultrazvukovej extrakcie je možné výrazne zlepšiť uvoľňovanie a funkčnosť bielkovín, čo vedie k rýchlemu, efektívnemu a ekonomickému procesu.

Ultrazvukom asistovaná extrakcia alkálií

na extrakciu a rozpustenie týchto proteínov
Pri extrakcii bielkovín z membrány vaječnej škrupiny viedla ultrazvukovo-alkalická úprava k výťažku rozpustených bielkovín takmer 100 % celkového proteínu membrány vaječnej škrupiny. Ultrazvuková kavitácia oddelila väčšie zhluky bielkovín od membrány vaječnej škrupiny a uľahčila rozpustenie jej zlúčenín. Štruktúra a vlastnosti proteínov neboli sonikáciou poškodené a zostali nedotknuté. Antioxidačné vlastnosti proteínov boli rovnaké pre ultrazvukom asistované alkalické ošetrenie a konvenčnú extrakciu.

Ultrazvuková extrakcia želatíny

Zmrazené a vzduchom sušené kože tresky boli ošetrené studenými soľnými, alkalickými a kyslými roztokmi na oddelenie kolagénového tkaniva a extrakciu želatíny denaturáciou kolagénu pri 45 °C počas štyroch hodín s ultrazvukovým ošetrením ako pomocnou látkou. Hodnotil sa výťažok želatíny, pH, čírosť, pevnosť gélu a viskoelastické vlastnosti, ako aj distribúcia molekulovej hmotnosti stanovená metódou PAGE-SDS. Ako kontrola sa použila želatína extrahovaná vo vodnom kúpeli pri 45 °C počas štyroch hodín. Výkonové ultrazvukové ošetrenie zvýšilo výťažok extrakcie o 11,1 % v porovnaní s kontrolou, zatiaľ čo sila gélu klesla o 7 %. Teplota gélovania bola tiež nižšia v ultrazvukom extrahovanej želatíne (4,2 °C). Toto správanie súvisí s rozdielmi v distribúcii molekulovej hmotnosti polypeptidových cievok v želatíne. Výkonná ultrazvuková extrakcia sa môže použiť na zvýšenie extrakcie želatíny z mrazených a vzduchom sušených rybích koží. (Olson a kol. 2005)

Priemyselné ultrazvukové systémy

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics dodáva výkonné ultrazvukové systémy od laboratórnych až po stolové a priemyselné zariadenia. Na zabezpečenie optimálneho odsávacieho výkonu je možné nepretržite vykonávať spoľahlivú sonikaciu v náročných podmienkach. Všetky priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Kontaktujte nás ešte dnes s vašimi požiadavkami na proces! Radi vám odporučíme vhodný ultrazvukový systém pre váš proces!