Ekstraktimi i kolagjenit me ultratinguj
- Kolagjeni është i pasur me proteina dhe përdoret gjerësisht në zbatime të shumta industriale, p.sh. në ushqime, farmaceutikë, aditivë etj.
- Trajtimi me ultratinguj mund të kombinohet lehtësisht me ekstraktimin enzimatik ose acid të kolagjenit.
- Përfshirja e ultratingujve në procesin e ekstraktimit të kolagjenit sjell rendimente më të larta dhe ekstraktim më të shpejtë.
Efektet e ultratingujve në ekstraktimin e kolagjenit
Ultratingujt me intensitet të lartë përdoren gjerësisht për të përmirësuar transferimin e masës në procese të lagështa, p.sh. në ekstraktim, sonokimi etj. Ekstraktimi i kolagjenit (i njohur edhe si izolimi i kolagjenit) mund të përmirësohet ndjeshëm nga trajtimi me ultratinguj. Trajtimi me ultratinguj ndihmon në zbërthimin e substratit të kolagjenit dhe hap fibrilet e kolagjenit, duke lehtësuar kështu hidrolizën enzimatike ose trajtimin acid.
Ekstraktimi enzimatik me ndihmën e ultratingujve
Trajtimi me ultratinguj njihet për aftësinë e tij për të rritur aktivitetin enzimatik. Ky efekt bazohet në shpërndarjen dhe deaglomerimin me ultratinguj të agregateve të pepsinës. Enzimat e shpërndara në mënyrë homogjene ofrojnë një sipërfaqe më të madhe për transferimin e masës, gjë që lidhet me aktivitet më të lartë enzimatik. Për më tepër, valët e fuqishme të ultratingujve hapin fibrilet e kolagjenit, duke mundësuar çlirimin e kolagjenit.
Ekstraktimi me pepsinë me ndihmën e ultratingujve: Pepsina e kombinuar me trajtimin me ultratinguj e rrit rendimentin e kolagjenit deri në afërsisht 124% dhe shkurton ndjeshëm kohën e ekstraktimit krahasuar me hidrolizën konvencionale me pepsinë. Analiza e dikroizmit rrethor, mikroskopia e forcës atomike dhe FTIR vërtetuan se struktura e helikës së trefishtë të kolagjenit të ekstraktuar nuk u ndikua nga trajtimi me ultratinguj dhe mbeti e paprekur. (Li et al. 2009) Kjo e bën ekstraktimin me pepsinë me ndihmën e ultratingujve shumë praktik për industrinë ushqimore, duke ofruar shkallë më të larta të rikuperimit të proteinave në një kohë përpunimi ndjeshëm më të shkurtër.
Në një studim krahasues të ekstraktimit të kolagjenit nga tendini i gjedhit me dhe pa ultratinguj, trajtimi me ultratinguj (20kHz, regjim pulsues 20/20 sec.) u dallua për rendiment dhe efikasitet më të lartë. Ekstraktimi konvencional u krye me pepsinë në acid acetik për 48 orë. Ekstraktimi me ultratinguj u krye në të njëjtat kushte, por kohët e ekspozimit ndaj ultratingujve (3 deri në 24 h) dhe pepsinës (24 deri në 45 orë) u ndryshuan, duke dhënë gjithsej 48 orë trajtim. Ekstraktimi me ultratinguj dhe pepsinë tregoi efikasitet më të lartë të ekstraktimit të kolagjenit, duke arritur një rendiment prej 6,2%, ndërsa rendimenti i ekstraktimit konvencional ishte 2,4%. Rezultatet më të mira u arritën me një kohë ekstraktimi me ultratinguj prej 18 h. Kolagjeni i ekstraktuar shfaqi një strukturë helikoidale të vazhdueshme dhe të padëmtuar, tretshmëri të mirë dhe qëndrueshmëri termike mjaft të lartë. Kjo do të thotë se ekstraktimi me ultratinguj dhe pepsinë përmirësoi efikasitetin e ekstraktimit të kolagjenit natyror pa dëmtuar cilësinë e kolagjenit të përftuar. (Ran and Wang 2014)
Ekstraktimi acid me ndihmën e ultratingujve
Në një studim nga Kim et al. (2012), ekstraktimi i kolagjenit të tretshëm në acid nga lëkura e levrekut japonez (Lateolabrax japonicus) tregoi rendiment më të lartë dhe kohë më të shkurtër ekstraktimi pas trajtimit me ultratinguj në një frekuencë prej 20 kHz në acid acetik 0,5 M. Ekstraktimi me ultratinguj nuk i ndryshoi përbërësit kryesorë të kolagjenit, më konkretisht zinxhirët α1, α2 dhe β.
Ekstraktimi i proteinave nga lëvozhgat e vezëve me ultratinguj
Hidrolizatet enzimatike të paratrajtuara me ultratinguj kishin veti funksionale më të mira. Gjatë ekstraktimit me ultratinguj të hidrolizateve funksionale të proteinave nga lëvozhga e vezës së pulës, përmirësohen tretshmëria dhe vetitë emulsionuese, shkumëzuese dhe të mbajtjes së ujit.
Membrana e lëvozhgës së vezës është një burim natyror i bollshëm dhe përbëhet nga rreth 64 proteina, duke përfshirë kolagjenin e tipit I, V dhe X, lizozimën, osteopontinën dhe sialoproteinën. Kjo i bën lëvozhgat e vezëve një lëndë të parë interesante për ekstraktimin e proteinave. Me ekstraktimin me ultratinguj, çlirimi dhe funksionaliteti i proteinave mund të përmirësohen ndjeshëm, duke mundësuar një proces të shpejtë, efikas dhe ekonomik.
Proceset me ultratinguj: Nga shkalla laboratorike në shkallën industriale
Ekstraktimi alkalin i asistuar me ultratinguj
për të ekstraktuar dhe tretur këto proteina
Për ekstraktimin e proteinave nga membrana e lëvozhgës së vezës, trajtimi alkalin me ultratinguj dha një rendiment proteinash të tretura afër 100% të proteinave totale të membranës së lëvozhgës së vezës. Kavitacioni ultrasonik shkëputi grumbuj më të mëdhenj proteinash nga membrana e lëvozhgës së vezës dhe lehtësoi tretjen e përbërësve të saj. Struktura dhe vetitë e proteinave nuk u dëmtuan nga trajtimi me ultratinguj dhe mbetën të paprekura. Vetitë antioksiduese të proteinave ishin të njëjta si për trajtimin alkalin të asistuar me ultratinguj, ashtu edhe për ekstraktimin konvencional.
Ekstraktimi i xhelatinës me ultratinguj
Lëkurat e ngrira dhe të thara në ajër të peshkut polok u trajtuan me tretësira të ftohta të kripës, alkalit dhe acidit për të ndarë indin e kolagjenit dhe për të ekstraktuar xhelatinën nëpërmjet denatyrimit të kolagjenit në 45°C për katër orë, duke përdorur trajtimin me ultratinguj me fuqi të lartë si ndihmës në përpunim. U vlerësuan rendimenti i xhelatinës, pH, kthjelltësia, fortësia e xhelit dhe vetitë viskoelastike, si dhe shpërndarja e peshës molekulare e përcaktuar me metodën PAGE-SDS. Xhelatina e ekstraktuar në banjë uji në 45°C për katër orë u përdor si kontroll. Trajtimi me ultratinguj me fuqi të lartë e rriti rendimentin e ekstraktimit me 11,1% krahasuar me kontrollin, ndërsa fortësia e xhelit u ul me 7%. Temperatura e xhelifikimit ishte gjithashtu më e ulët në xhelatinën e ekstraktuar me ultratinguj (4,2°C). Kjo sjellje lidhet me ndryshimet në shpërndarjen e peshës molekulare të zinxhirëve polipeptidikë të mbështjellë në xhelatina. Ekstraktimi me ultratinguj me fuqi të lartë mund të përdoret për të rritur ekstraktimin e xhelatinës nga lëkurat e peshkut të ngrira dhe të thara në ajër. (Olson et al. 2005)
Sisteme industriale me ultratinguj
Hielscher Ultrasonics furnizon sisteme të fuqishme me ultratinguj, nga shkalla laboratorike te pajisjet për tavolinë pune dhe shkalla industriale. Për të siguruar rezultate optimale të ekstraktimit, trajtimi i besueshëm me ultratinguj në kushte kërkuese mund të kryhet vazhdimisht. Të gjithë procesorët industrialë me ultratinguj mund të japin amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të mbahen lehtësisht dhe vazhdimisht gjatë funksionimit 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të përshtatura sipas kërkesës. Qëndrueshmëria e pajisjeve me ultratinguj të Hielscher mundëson funksionimin 24/7 nën ngarkesë të rëndë dhe në mjedise kërkuese.
Na kontaktoni sot për të na treguar kërkesat e procesit tuaj! Do të jemi të kënaqur t’ju rekomandojmë një sistem të përshtatshëm me ultratinguj për procesin tuaj!
Homogjenizuesit me ultratinguj me fuqi të lartë të Hielscher ofrohen për çdo shkallë procesi – nga laboratori deri te prodhimi.
Literaturë/Referenca
- Álvarez, Carlos; Lélu, Pauline; Lynch, Sarah A.; Tiwari, Brijesh K. (2018): Rikuperimi i optimizuar i proteinave nga skumbri i plotë duke përdorur ekstraktimin me tretje dhe precipitim izoelektrik (ISP) me faza të njëpasnjëshme acide/alkaline, të asistuar me ultratinguj. LWT – Food Science and Technology Vëll. 88, February 2018. 210–216.
- Jain, Surangna; Kumar Anal, Anil (2016): Optimizimi i ekstraktimit të hidrolizateve funksionale të proteinave nga membrana e lëvozhgës së vezës së pulës (ESM) nëpërmjet ekstraktimit të asistuar me ultratinguj (UAE) dhe hidrolizës enzimatike. LWT – Food Science and Technology Vëll. 69, June 2016. 295–302.
- Kim, H.K.; Kim, Y.H.; Kim, Y.J.; Park, H.J.; Lee, N.H. (2012): Efektet e trajtimit me ultratinguj në ekstraktimin e kolagjenit nga lëkurat e levrekut Lateolabrax japonicus. Fisheries Science Vëllimi 78, Numri 78; 2013. 485–490.
- Li, Defu; Mu, Changdao; Cai, Sumei; Lin, Wei (2016): Rrezatimi me ultratinguj në ekstraktimin enzimatik të kolagjenit. Ultrasonics Sonochemistry Vëllimi 16, Numri 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): Vlerësimi i ultratingujve me fuqi të lartë si ndihmës në përpunim për ekstraktimin e xhelatinës nga peshku. Abstrakti i takimit Nr. 71C-26. Takimi vjetor i IFT. July 2005. New Orleans, LA.
- Ran, X.G.; Wang, L.Y. (2014): Përdorimi i trajtimit me ultratinguj dhe me pepsinë në kombinim për ekstraktimin e kolagjenit nga nënproduktet e industrisë së mishit. Journal of the Science of Food and Agriculture 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): Procesi i ekstraktimit të kolagjenit. International Food Research Journal 23(3), 2016. 913–922.
- Siritientong, Tippawan; Bonani, Walter; Motta, Antonella; Migliaresi, Claudio; Aramwit, Pornanong (2016): Efektet e linjës së krimbit të mëndafshit Bombyx mori dhe të kohës së ekstraktimit në karakteristikat molekulare dhe biologjike të sericinës. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Vëll. 80 , Nr. 2, 2016. 241–249.
- Zeng, J.N.; Jiang, B.Q.; Xiao, Z.Q., Li, S.H. (2011): Ekstraktimi i kolagjenit nga luspat e peshkut me papainë me paratrajtim me ultratinguj. Advanced Materials Research, Vëllimi 366, 2011. 421–424.
Fakte që ia vlen të dihen
Kolagjeni
Kolagjeni është proteina kryesore strukturore në hapësirën jashtëqelizore të indeve të ndryshme lidhore në trupin e kafshëve. Si përbërësi kryesor i indit lidhor, ai është proteina më e bollshme te gjitarët,[1] duke përbërë nga 25% deri në 35% të përmbajtjes së përgjithshme të proteinave në trup. Kolagjeni përbëhet nga aminoacide të ndërthurura së bashku për të formuar helika të trefishta, të cilat formojnë fibrile të zgjatura. Sasitë më të larta të kolagjenit gjenden në indet fibroze, si tendinat, ligamentet dhe lëkura. Dallohen tri lloje kolagjeni:
Kolagjeni i tipit I: siguron 90% të proteinave në lëkurë, flokë, thonj, organe, kocka dhe ligamente
Kolagjeni i tipit II: siguron 50–60% të proteinave në kërc, 85–90% të kolagjenit në kërcin artikular
Kolagjeni i tipit III: siguron proteina për proteinën fibroze në kocka, kërc, dentinë, tendina dhe inde të tjera lidhore
Kolagjeni në trup
Secili nga tri llojet e kolagjenit përbëhet nga proteina të ndryshme që përmbushin funksione të ndryshme në trup. Kolagjeni i tipit I dhe ai i tipit III janë të dy përbërës kryesorë të lëkurës, muskujve, kockave, flokëve dhe thonjve. Ata nevojiten për shëndetin, rritjen dhe rindërtimin e tyre. Kolagjeni i tipit II gjendet kryesisht në kërc dhe në nyje.
Kolagjeni i tipit I dhe ai i tipit III përmbajnë të dy 19 aminoacide që konsiderohen aminoacide esenciale. Ata prodhohen nga fibroblastet (qeliza në indet lidhore) dhe osteoblastet (qeliza që formojnë kockat). Proteinat më të rëndësishme në kolagjenin e tipit I dhe III përfshijnë glicinën, prolinën, alaninën dhe hidroksiprolinën. Tipi III është një skleroproteinë fibroze.
Glicina është aminoacidi që gjendet në sasinë më të lartë në kolagjen. Prolina është një aminoacid joesencial, i cili mund të sintetizohet nga glicina dhe kontribuon në nyje dhe tendina. Hidroksiprolina është një aminoacid që kontribuon në qëndrueshmërinë e kolagjenit. Alanina është një aminoacid i rëndësishëm për biosintezën e proteinave.
Ashtu si tipi I dhe III, edhe kolagjeni i tipit II formon fibrile. Ky rrjet fibrilar i kolagjenit është i rëndësishëm në kërc, pasi mundëson mbajtjen e proteoglikaneve brenda tij. Për më tepër, ai i jep indit rezistencë ndaj tërheqjes.
Burimet dhe përdorimet
Kolagjeni është një proteinë fibroze që gjendet me bollëk në indin lidhor të gjitarëve, p.sh. të gjedhëve dhe derrave. Pjesa më e madhe e kolagjenit ekstraktohet
nga lëkurat dhe kockat e derrave dhe nga burime gjedhore. Një burim alternativ për ekstraktimin e kolagjenit janë peshqit dhe shpendët. Kolagjeni përdoret gjerësisht në ushqime, suplemente ushqimore, produkte farmaceutike/mjekësore dhe kozmetikë, ndër produkte të tjera. Ekstraktimi i kolagjenit është një veprimtari biznesi në rritje, pasi kjo proteinë mund të zëvendësojë agjentët sintetikë në procese të ndryshme industriale.