Ultrasuodatuksen käyttö luonnollisessa kollageeniuutossa

Kollageenilla on luonnollisena proteiiniresurssina hyvä bioyhteensopivuus, alhainen antigeenisyys, biohajoavuus ja hemostaasi, tiukka kierukkarakenne ja omat ominaisuutensa, jotka kaikki luovat edellytykset sen teollistumiselle. Kollageenia ja sen sivutuotteita ei käytetä vain pakkausmateriaaleina, kosmetiikassa ja terveydenhuollon tuotteissa, vaan myös elintarvikelisäaineina lihavalmisteen parantamiseksi, ja sillä on tärkeä rooli erityisesti lääketieteen alalla.

 

Mikä on kollageeni?

 

Kollageeni on biologinen makromolekyyli, eläinten sidekudoksen pääkomponentti ja runsain ja laajimmin levinnyt toiminnallinen proteiini nisäkkäissä, ja sen osuus kokonaisproteiinista on 25–30 % ja joissakin organismeissa jopa 80 % tai enemmän. Sillä on sitoutuva kudos eläinsoluissa.

Aikuisen ihmisen kehossa on mitattu noin 3 kg kollageenia, jota on pääasiassa ihmisen ihossa, luissa, silmissä, hampaissa, jänteissä, sisäelimissä (mukaan lukien sydän, maha, suolet, verisuonet) ja muissa ihmiskehon osissa, ja sen tehtävänä on ylläpitää ihon ja kudosten ja elinten morfologiaa ja rakennetta, ja se on myös tärkeä raaka-aine erilaisten kudosten korjaamiseen vaurion jälkeen.

 

Kollageeniproteiineja on monenlaisia, ja yleisimmät tyypit ovat tyyppi I, tyyppi II, tyyppi III, tyyppi V ja XI. Hyvän bioyhteensopivuuden, biohajoavuuden ja bioaktiivisuuden ansiosta kollageenia on käytetty laajalti elintarvikkeissa, lääketieteessä, kudostekniikassa, kosmetiikassa ja muilla aloilla.

Kuinka uuttaa luonnollista kollageenia

Karjan ja siipikarjan kudokset ovat ihmisten pääasiallinen tapa saada luonnollista kollageenia ja sen kollageenipeptidejä. Siihen liittyvien eläintautien ja tiettyjen uskonnollisten vakaumusten vuoksi ihmisten kollageenin ja sen tuotteiden käyttö maannisäkkäistä on kuitenkin rajallista, ja kehitys on vähitellen kääntymässä meren eliöihin. Euroopan elintarviketurvallisuusviranomainen (EFSA) on vahvistanut, että edes eläinten luista peräisin oleva kollageeni ei voi tartuttaa hullun lehmän tautia tai muita siihen liittyviä tauteja. Aminohappokoostumuksen ja silloittumisasteen eroista johtuen vesieläimillä, erityisesti niiden prosessijätteissä, kuten ihossa, luussa ja suomussa, runsaalla kollageenilla on monia etuja, joita karjan kollageenilla ei ole. Lisäksi merieläimistä peräisin oleva kollageeni on selvästi parempi kuin maaeläimistä peräisin oleva kollageeni joissakin näkökohdissa, kuten alhainen antigeenisyys ja hypoallergeenisuus. Siksi vesikollageeni voi vähitellen korvata maaeläinten kollageenin. Esimerkkinä otettiin kollageenin uuttamisprosessi ruohokarpin kalan suomuista.

 

Kollageenin uuttaminen ruohokarpin kalojen suomuista ultrasuodatusmenetelmällä

1. Materiaalit ja menetelmät

1.1 Testinäyte

Raaka kollageenivesiuute.

1.2 Testausmenetelmät

1.2.1 Ultrasuodatusprosessin reitti

 

1.2.2 Esisuodatusprosessin määritys

Tässä testissä tyhjösuodatusmenetelmää ja mikrosuodatusmenetelmää verrataan ja analysoidaan parhaan esisuodatusprosessin määrittämiseksi. Erityiset testimenetelmät ovat seuraavat:

① Raaka kollageenivesiuute suodatettiin tyhjiöpumppaamalla suodatinpaperia suspendoituneiden hiukkasten ja epäpuhtauksien poistamiseksi vesiuutteesta.

② Raaka kollageenivesiuute suodatettiin 0,2 μm:n mikrosuodatuskalvolla liukenemattoman aineen ja epäpuhtauksien poistamiseksi vesiuutteesta.

 

1.2.3 Ultrasuodatuskalvon huokoskoon valinta

Ultrasuodatuskalvon huokoskoko oli 100 kDa.

 

1.2.4 Ultrasuodatuspuhdistusprosessin yksitekijäkoe

Raakakollageenivesiuutteen puhdistukseen käytettiin ultrasuodatusteknologiaa ja tutkittiin yksitekijäkokeita käyttöpaineen, käyttölämpötilan ja pH-arvon vaikutuksista kollageenin retentioon. Kun ultrasuodatuslaitteistoa oli käynnistetty jonkin aikaa ja stabiloitu, tutkittiin eri tekijöiden vaikutusta kollageenin retentioon.

 

1.2.5 Laskentakaava

 

2. Tulokset ja analyysi

2.1 Esisuodatusprosessin analyysitulokset

Kahden suodatusmenetelmän, tyhjiöuuton ja mikrosuodatuksen, vertailutulokset on esitetty seuraavassa taulukossa.

 

Taulukosta näkyy, että sekä tyhjiösuodatusmenetelmällä että mikrosuodatusmenetelmällä voidaan poistaa epäpuhtaudet ja liukenemattomat kiintoaineet liuoksesta, mutta mikrosuodatusmenetelmällä on parempi proteiineja suojaava vaikutus, eli häviö ei ole ilmeinen ja tyhjiösuodatusmenetelmä on aiheuttaa helposti proteiinin menetystä. Lisäksi tyhjiösuodatusmenetelmässä näkyy sameutta sen jälkeen, kun suodos on asetettu jonkin aikaa, ja mikrosuodos on edelleen kirkas ja läpinäkyvä, joten mikrosuodatus valitaan ultrasuodatuksen esikäsittelyprosessiksi.

 

2.2 Ultrasuodatusprosessin yksitekijätesti

2.2.1 Ultrasuodatuspaineen vaikutus retentionopeuteen

Kun lämpötila on 40 astetta ja pH=9.0, erilaisten ultrasuodatuspaineiden vaikutus (0.07MPa, {{9} }.09MPa, 0,11MPa, 0,13MPa ja 0,15MPa) proteiinin retentioon tutkittiin. Tulokset näkyvät alla olevassa kuvassa.

Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, käyttöpaineen kasvaessa proteiinin retentionopeus laskee vähitellen. Kun käyttöpaine on {{0}}.07 MPa, proteiinin retentionopeus on 96,53 % ja kun käyttöpaine on 0,15 MPa, proteiinin retentionopeus on 84,38 %. Tämä johtuu siitä, että ultrasuodatuksen erotusvaikutus aineisiin tapahtuu paine-eron avulla. Alhaisen käyttöpaineen alueella pienet molekyylit voivat kulkea nopeasti kalvon läpi, kun taas suuret molekyylit voivat jäädä ultrasuodatuskalvoon ja kerääntyä kalvon pinnalle. Tällä hetkellä kalvon pinta ja vesiuute muodostavat pitoisuuseron, mikä johtaa pitoisuuden polarisaatiovastukseen. Tällä hetkellä paine on suhteellisen alhainen, eikä sillä voi olla suurta vaikutusta pidättymisnopeuteen. Paineen noustessa kuitenkin pitoisuuspolarisaatiovastus kasvaa vähitellen ja kalvon pinnan ja vesiuutteen välinen pitoisuusero saavuttaa tasapainon. Kun paine ylittää tämän tasapainon, kalvon pinnalle voi muodostua geelikerros (mikä on yhdenmukainen sen teorian kanssa, että ultrasuodatuksen aikana muodostuu konsentraatiopolarisaatiota ja kondensaatiokerrosta), ja paine jatkaa nousuaan, geelikerroksen paksuus kasvaa. , ja myös kalvon pinnalle jäänyt proteiini lisääntyy. Tämä johtaa pienempään säilytysprosenttiin. Kalvon erotusvaikutuksen varmistamiseksi optimaalinen käyttöpaineparametri on 0,07 MPa.

 

2.2.2 Lämpötilan vaikutus proteiinin retentioon

Olosuhteissa {{0}},11 MPa paine ja pH=9,0 eri lämpötilojen, nimittäin 25 astetta , 30 astetta , 35 astetta , 40 astetta ja 45 astetta , vaikutukset proteiiniin säilyttämistä tutkittiin. Tulokset näkyvät alla olevassa kuvassa.

Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, ultrasuodatuskalvon retentionopeus kasvaa vähitellen lämpötilan noustessa ja saavuttaa maksiminsa 45 asteessa retentionopeuden ollessa 97,01 %. Tämä johtuu siitä, että kollageenin viskositeetti liittyy läheisesti lämpötilaan. Kun lämpötila on alhainen, kollageenin viskositeetti on suurempi ja kollageenin kerääntyminen kalvon pinnalle muodostaa helposti vastuksen, mikä johtaa alhaiseen retentioon. Lämpötilan noustessa kollageenin viskositeetti laskee, kollageenimolekyylien välinen vuorovaikutus heikkenee ja massansiirtonopeus kasvaa, konsentraatiopolarisaatioilmiö heikkenee ja retentionopeus kasvaa. Toinen syy retentionopeuden kasvuun on se, että lämpötila nousee, kollageenin liukoisuus myös kasvaa vastaavasti ja kollageenin kalvoa tukkiva ilmiö vähenee, joten ultrasuodatuksen optimaalinen lämpötila on 45 astetta.

 

2.2.3 pH-arvon vaikutus proteiinin retentioon

{{0},11 MPa paineen ja 40 asteen lämpötilan olosuhteissa eri pH-olosuhteiden, nimittäin pH=6.0, pH{{ 5}}.{{10}}, pH=8,0, pH=9,0 ja pH=10,0, retentionopeudella tutkittiin. Tulokset näkyvät alla olevassa kuvassa.

 

As can be seen from the figure above, in the range of pH 6-7, the protein retention rate decreases with the increase of pH value, and the minimum value is 82.13% when pH=7.0; when pH>7, the retention rate gradually increases with the increase of pH value. This is because the isoelectric point of collagen is pH=7. At the isoelectric point, the protein is in a state of precipitation, which is easy to stay on the surface of the membrane and block the membrane, thus reducing the retention rate. When pH>Kuviossa 7 retentionopeus kasvaa vähitellen pH-arvon noustessa. Tämä johtuu siitä, että ultrasuodatuskalvo on polyeetterivaahterakalvo, jolla on negatiivinen varaus, ja kollageeni on negatiivisesti varautunut alkalisissa olosuhteissa. Negatiivisesti varautuneet kollageenimolekyylit muodostavat toisensa poissulkevan tilan ultrasuodatuskalvon kanssa samalla varauksella, jolloin kollageenimolekyylit eivät ole helppoja pysyä kalvon pinnalla ja tukkia kalvoa. Siksi ultrasuodatuksen optimaalinen pH-arvo on 8-10.

 

2.3 Ultrasuodatusprosessin optimointi ja tulosten todentaminen

Design-Expert8.05-ohjelmiston analyysin mukaan optimaaliset prosessiparametrit ovat: käyttöpaine 0,14 MPa, käyttölämpötila 40,98 astetta, liuoksen pH{{7 }},43, ja säilytysprosentti on 92,551 %. Varsinaisten parametrien toimivuus huomioon ottaen ultrasuodatusolosuhteiksi valittiin 0,14 MPa käyttöpaine, 40 asteen käyttölämpötila ja materiaaliliuoksen pH-arvo 9,50 ja koetarkastus aloitettiin ultrasuodatusjärjestelmän käynnistämisen ja stabiloinnin jälkeen. Retentiosuhteen tulos oli (92,61±0,1) % (n=3). Yhtälön ennustetut arvot ovat periaatteessa samanlaisia ​​kuin mitatut arvot, mikä osoittaa, että ennustetut kuntoparametritulokset ovat sopusoinnussa todellisten kuntotulosten kanssa.

 

2.4 Elektroforeettisen analyysin tulokset

Puhdistettu kollageeni analysoitiin SDS-PAGE-elektroforeesilla, ja tulokset on esitetty seuraavassa kuvassa.

 

Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, kaista 1 on tämän testin puhdistettu kollageeni ja kaista 2 on vasikan jänteen standardi kollageeninäyte. SDS-PAGE-elektroforeesista voidaan nähdä, että kollageeni tässä tutkimuksessa voidaan tunnistaa kollageeniksi, mutta rajat a1-peptidiketjun ja a2-peptidiketjun välillä eivät näytä olevan selvät. Elektroforeettisesta kartasta voidaan nähdä, että muita proteiiniepäpuhtauksia ei ole, joten voidaan päätellä, että puhdistettu kollageeni on erittäin puhdasta.

Tietoja Guidlingistä

 

Guidling Technology on valtakunnallinen korkean teknologian yritys, joka keskittyy biofarmaseuttisiin valmisteisiin, soluviljelyyn, biolääketieteen puhdistukseen ja konsentroimiseen, diagnoosiin ja teollisuusnesteisiin. Olemme onnistuneesti kehittäneet keskipakosuodatinlaitteita, ultrasuodatus- ja mikrosuodatuskasetteja, virussuodattimia, TFF-järjestelmiä, syvyyssuodattimia, onttoja kuituja jne., jotka täyttävät täysin biofarmaseuttisten tuotteiden, soluviljelyn ja niin edelleen sovellusskenaariot. Kalvojamme ja kalvosuodattimiamme käytetään laajasti esisuodatuksen, mikrosuodatuksen, ultrasuodatuksen ja nanosuodatuksen tiivistämiseen, uuttamiseen ja erottamiseen. Monet tuotelinjamme pienestä kertakäyttöisestä laboratoriosuodatuksesta tuotannon suodatusjärjestelmiin, steriiliystestaukseen, fermentointiin, soluviljelyyn ja muuhun vastaavat testauksen ja tuotannon tarpeita. Guidling Technology odottaa innolla yhteistyötä kanssasi!