Extraktion av ultraljud kollagen

• Kollagen är rikt på proteiner och används i stor utsträckning i många industriella tillämpningar, t.ex. livsmedel, läkemedel, tillsatser etc.
• Ultraljudsbehandling kan enkelt kombineras med enzymatisk eller sur extraktion av kollagen.
• Implementeringen av ultraljud i kollagenextraktionsprocessen resulterar i högre utbyten och snabbare extraktion.

Ultraljud effekter på kollagen extraktion

Högintensivt ultraljud används i stor utsträckning för att förbättra massöverföringen i våta processer, t.ex. extraktion, sonokemi etc. Extraktionen (även känd som kollagenisolering) av kollagen kan förbättras avsevärt genom ultraljudsbehandling. Ultraljudsbehandling hjälpmedel under klyvningen av kollagensubstratet, öppnar upp kollagenfibrillerna, så enzymatisk hydrolys eller syrabehandling underlättas.

Ultraljudsassisterad enzymatisk extraktion

Ultraljudsbehandling är känd för sin förmåga att öka enzymaktiviteten. Denna effekt är baserad på ultraljudsdispersion och deagglomerering av pepsinaggregaten. Homogent dispergerade enzymer erbjuder en ökad yta för massöverföring, vilket är korrelerat till högre enzymaktivitet. Dessutom öppnar de kraftfulla ultraljudsvågorna upp kollagenfibrillerna så att kollagenet frigörs.

Ultraljud Pepsin extraktion: Pepsin i kombination med ultraljud ökar utbytet av kollagen upp till ca 124% och förkortar extraktionstiden avsevärt jämfört med den konventionella pepsinhydrolysen. Cirkulär dikroismanalys, atomkraftsmikroskopi och FTIR visade att triple helix-strukturen hos det extraherade kollagenet inte påverkades av ultraljudsbehandling och förblev intakt. (Li et al. 2009) Detta gör den ultraljudsassisterade pepsinextraktionen mycket praktisk för livsmedelsindustrin, och erbjuder ökad proteinåtervinningsgrad på en betydligt kortare bearbetningstid.

I en jämförande studie av ultraljud vs. icke-ultraljud extraktion av kollagen från nötkreatur sena, ultraljudsbehandlingen (20kHz, pulsläge 20/20 sek.) övertygad av högre utbyte och effektivitet. Den konventionella extraktionen utfördes med pepsin i ättiksyra i 48 timmar. Ultraljudsextraktionen utfördes extraktion under samma förhållanden, men exponeringstiderna för ultraljudsbehandling (3 till 24 timmar) och pepsin (24 till 45 timmar) varierade, vilket resulterade i totalt 48 timmars behandling. Ultraljud-pepsin-extraktionen visade överlägsen effektivitet av kollagenextraktion och nådde ett utbyte på 6,2%, när det konventionella extraktionsutbytet var 2,4%. Bäst resultat uppnåddes vid en ultraljud extraktionstid med användning av 18 timmar. Det extraherade kollagenet uppvisade en oskadad kontinuerlig helixstruktur, god löslighet och relativt hög termisk stabilitet. Detta innebär att en ultraljud-pepsinextraktion förbättrade effektiviteten av extraktionen av naturligt kollagen utan att skada kvaliteten på det resulterande kollagenet. (Ran och Wang 2014)

Ultraljud Papain extraktion: Kollagen från fiskfjäll kan effektivt extraheras genom papainhydrolys i kombination med ultraljudsförbehandling. För ultraljud-papain-extraktion av kollagen från fiskfjäll befanns följande processparametrar vara optimala: ultraljudsförbehandlingstid på 4 min, förhållandet mellan papain och fiskfjäll 4%, temperatur 60 °C och total extraktionstid på 5 timmar. Under dessa optimala förhållanden nådde extraktionshastigheten för kollagen 90,7%. (Jiang et al. 2011)

Ultraljudsassisterad syraextraktion

I en studie av Kim et al. (2012) visade extraktionen av syralösligt kollagen från huden på japansk havsabborre (Lateolabrax japonicus) ökad avkastning och minskad extraktionstid efter ultraljudsbehandling med en frekvens av 20 kHz i 0,5 M ättiksyra. Extraktion med ultraljud förändrade inte de viktigaste komponenterna i kollagenet, mer specifikt α1-, α2- och β-kedjorna.

Ultraljud extraktion av protein från äggskal

Ultraljudsförbehandlade enzymatiska hydrolysat hade bättre funktionella egenskaper. För ultraljudsextraktion av funktionella proteinhydrolysat från kycklingäggskal förbättras lösligheten, emulgeringen, skumningen och vattenhållande egenskaperna.
Äggskalsmembran är en riklig naturresurs och består av cirka 64 proteiner inklusive kollagen av typ I, V och X, lysozym, osteopontin och sialoprotein. Detta gör äggskal till en intressant råvara för utvinning av proteiner. Med ultraljudsextraktion kan proteinfrisättningen och funktionaliteten förbättras avsevärt vilket resulterar i en snabb, effektiv och ekonomisk process.

Ultraljudsassisterad alkaliextraktion

för att extrahera och solubilisera dessa proteiner
För proteinextraktionen från äggskalsmembranet resulterade ultraljud-alkalibehandlingen i ett solubiliserat proteinutbyte nära 100 % av det totala äggskalsmembranproteinet. Ultraljudskavitation lossnade större proteinklumpar från äggskalsmembranet och underlättade solubiliseringen av dess föreningar. Proteinets struktur och egenskaper skadades inte av ultraljudsbehandling och förblev intakta. De antioxidativa egenskaperna hos proteinerna var desamma för den ultraljudsassisterade alkaliska behandlingen och konventionell extraktion.

Extraktion av ultraljud gelatin

Frysta och lufttorkade pollockskinn behandlades med kall koksaltlösning, alkaliska lösningar och sura lösningar för att separera kollagenvävnad och extrahera gelatin genom kollagendenaturering vid 45 °C i fyra timmar med en kraftfull ultraljudsbehandling som processhjälpmedel. Gelatinutbyte, pH, klarhet, gelstyrka och viskoelastiska egenskaper samt molekylviktsfördelning bestämd med PAGE-SDS-metoden utvärderades. Gelatin extraherat i ett vattenbad vid 45 °C i fyra timmar användes som kontroll. Ultraljudsbehandlingen ökade extraktionsutbytet med 11,1 % jämfört med kontrollgruppen medan gelstyrkan minskade med 7 %. Gelningstemperaturen var också lägre för ultraljudsextraherat gelatin (4,2 °C). Detta beteende är relaterat till skillnader i molekylviktsfördelning av polypeptidspolar i gelatin. Power ultraljudsextraktion kan användas för att öka gelatinextraktionen från frysta och lufttorkade fiskskinn. (Olson et al. 2005)

Industriella ultraljudssystem

Hielscher Ultrasonics levererar kraftfulla ultraljudssystem från labb till bänkskiva och industriell skala. För att säkerställa optimal utsugseffekt kan tillförlitlig ultraljudsbehandling under krävande förhållanden utföras kontinuerligt. Alla industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Kontakta oss idag med dina processkrav! Vi rekommenderar gärna ett lämpligt ultraljudssystem för din process!