Penggunaan Ultrafiltrasi dalam Pengekstrakan Kolagen Semulajadi

Kolagen, sebagai sumber protein semula jadi, mempunyai biokompatibiliti yang baik, antigenik yang rendah, kebolehbiodegradasian dan hemostasis, struktur heliksnya yang ketat dan ciri-cirinya sendiri, yang kesemuanya menyediakan prasyarat untuk perindustriannya. Kolagen dan produk sampingannya bukan sahaja digunakan sebagai bahan pembungkusan, kosmetik dan produk penjagaan kesihatan, tetapi juga sebagai bahan tambahan makanan untuk menambah baik produk daging, dan ia memainkan peranan penting, terutamanya dalam bidang perubatan.

 

Apa itu Kolagen?

 

Kolagen ialah makromolekul biologi, komponen utama tisu penghubung haiwan, dan protein berfungsi yang paling banyak dan diedarkan secara meluas dalam mamalia, menyumbang 25% hingga 30% daripada jumlah protein, malah sehingga 80% atau lebih dalam sesetengah organisma. Ia memainkan peranan tisu pengikat dalam sel haiwan.

Ia diukur bahawa badan orang dewasa mempunyai kira-kira 3kg kolagen, yang kebanyakannya wujud dalam kulit manusia, tulang, mata, gigi, tendon, organ dalaman (termasuk jantung, perut, usus, saluran darah) dan bahagian lain badan manusia, dan fungsinya adalah untuk mengekalkan morfologi dan struktur kulit dan tisu dan organ, dan ia juga merupakan bahan mentah yang penting untuk pembaikan pelbagai tisu selepas kecederaan.

 

Terdapat banyak jenis protein kolagen, dan jenis yang biasa adalah jenis I, jenis II, jenis III, jenis V dan XI. Oleh kerana biokompatibiliti, biodegradasi dan bioaktiviti yang baik, kolagen telah digunakan secara meluas dalam makanan, perubatan, kejuruteraan tisu, kosmetik dan bidang lain.

Cara mengekstrak kolagen semulajadi

Tisu haiwan daripada ternakan dan ayam itik adalah cara utama untuk manusia mendapatkan kolagen semulajadi dan peptida kolagennya. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh penyakit haiwan yang berkaitan dan kepercayaan agama tertentu, penggunaan kolagen dan produknya daripada mamalia darat oleh orang ramai adalah terhad, dan perkembangan secara beransur-ansur beralih kepada organisma Marin. Pihak Berkuasa Keselamatan Makanan Eropah (EFSA) telah mengesahkan bahawa walaupun kolagen yang diperoleh daripada tulang haiwan tidak berpotensi untuk menjangkiti penyakit lembu gila dan penyakit lain yang berkaitan. Disebabkan oleh perbezaan komposisi asid amino dan tahap silang silang, haiwan akuatik, terutamanya kolagen yang kaya dengan sisa pemprosesan mereka seperti kulit, tulang dan sisik, mempunyai banyak kelebihan yang tidak dimiliki oleh kolagen ternakan. Selain itu, kolagen yang diperoleh daripada haiwan Marin jelas lebih unggul daripada kolagen daripada haiwan darat dalam beberapa aspek, seperti antigen yang rendah dan hypoallergenicity. Oleh itu, kolagen akuatik mungkin secara beransur-ansur menggantikan kolagen haiwan darat. Proses pengekstrakan kolagen daripada sisik ikan karp rumput diambil sebagai contoh.

 

Pengekstrakan kolagen dari sisik ikan karp rumput dengan kaedah ultraturasan

1. Bahan dan kaedah

1.1 Sampel ujian

Ekstrak akueus kolagen mentah.

1.2 Kaedah ujian

1.2.1 Laluan proses ultraturasan

 

1.2.2 Penentuan proses pra-penapisan

Dalam ujian ini, kaedah penapisan vakum dan kaedah penapisan mikro dibandingkan dan dianalisis untuk menentukan proses penapisan pra-penapisan yang terbaik. Kaedah ujian khusus adalah seperti berikut:

① Ekstrak air kolagen mentah ditapis dengan mengepam vakum kertas penapis untuk mengeluarkan zarah terampai dan kekotoran dalam ekstrak air.

② Ekstrak air kolagen mentah telah ditapis oleh 0.2μm membran penapisan mikro untuk membuang bahan tidak larut dan kekotoran dalam ekstrak air.

 

1.2.3 Pemilihan saiz liang membran ultraturasan

Saiz liang membran ultraturasan ialah 100 kDa.

 

1.2.4 Eksperimen faktor tunggal proses penulenan ultraturasan

Teknologi ultrafiltrasi digunakan untuk menulenkan ekstrak air kolagen mentah, dan eksperimen faktor tunggal mengenai kesan tekanan operasi, suhu operasi dan nilai pH pada pengekalan kolagen telah dikaji. Selepas peralatan ultrafiltrasi dimulakan untuk tempoh masa dan stabil, pengaruh pelbagai faktor terhadap pengekalan kolagen telah dikaji.

 

1.2.5 Formula Pengiraan

 

2. Keputusan dan analisis

2.1 Keputusan analisis proses pra-penapisan

Keputusan perbandingan kedua-dua kaedah penapisan pengekstrakan vakum dan penapisan mikro ditunjukkan dalam jadual berikut.

 

Ia boleh dilihat dari jadual bahawa kedua-dua kaedah penapisan vakum dan kaedah penapisan mikro boleh menghilangkan kekotoran dan pepejal tidak larut dalam larutan, tetapi kaedah penapisan mikro mempunyai kesan perlindungan yang lebih baik pada protein, iaitu kehilangannya tidak jelas, dan kaedah penapisan vakum adalah mudah menyebabkan kehilangan protein. Di samping itu, kaedah penapisan vakum kelihatan kekeruhan selepas turasan diletakkan untuk tempoh masa, dan turasan mikro masih jelas dan telus, jadi penapisan mikro dipilih sebagai proses pra-rawatan ultraturasan.

 

2.2 Ujian faktor tunggal proses ultraturasan

2.2.1 Pengaruh tekanan ultraturasan ke atas kadar pengekalan

Di bawah keadaan suhu 40 darjah dan pH=9.0, pengaruh tekanan ultraturasan yang berbeza (0.07MPa, {{9} }.09MPa, 0.11MPa, 0.13MPa dan 0.15MPa) pada pengekalan protein telah dikaji. Keputusan ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Seperti yang dapat dilihat dari rajah di atas, dengan peningkatan tekanan operasi, kadar pengekalan protein secara beransur-ansur berkurangan. Apabila tekanan operasi ialah {{0}}.07MPa, kadar pengekalan protein ialah 96.53%, dan apabila tekanan operasi ialah 0.15MPa, kadar pengekalan protein ialah 84.38%. Ini kerana kesan pemisahan ultrafiltrasi pada bahan dilakukan oleh perbezaan tekanan. Dalam julat tekanan operasi yang rendah, molekul kecil boleh dengan cepat melalui membran, manakala molekul besar boleh terperangkap oleh membran ultrafiltrasi dan terkumpul pada permukaan membran. Pada masa ini, permukaan membran dan ekstrak air membentuk perbezaan kepekatan, mengakibatkan rintangan polarisasi kepekatan. Pada masa ini, tekanan agak rendah, dan tidak boleh memberi kesan yang besar pada kadar pengekalan. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan tekanan, rintangan polarisasi kepekatan secara beransur-ansur meningkat, dan perbezaan kepekatan antara permukaan membran dan ekstrak air mencapai keseimbangan. Apabila tekanan melebihi keseimbangan ini, lapisan gel boleh terbentuk pada permukaan membran (yang konsisten dengan teori bahawa polarisasi kepekatan dan lapisan pemeluwapan terbentuk semasa ultrafiltrasi), dan tekanan terus meningkat, ketebalan lapisan gel meningkat. , dan protein yang tinggal pada permukaan membran juga meningkat. Ini menghasilkan kadar pengekalan yang lebih rendah. Untuk memastikan kesan pemisahan membran, parameter optimum tekanan operasi ialah 0.07MPa.

 

2.2.2 Pengaruh suhu terhadap pengekalan protein

Di bawah keadaan {{0}}.Tekanan dan pH 11MPa=9.0, kesan suhu yang berbeza, iaitu 25 darjah, 30 darjah, 35 darjah, 40 darjah dan 45 darjah, terhadap protein pengekalan dikaji. Keputusan ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Seperti yang dapat dilihat dari rajah di atas, kadar pengekalan membran ultraturasan secara beransur-ansur meningkat dengan peningkatan suhu, dan mencapai maksimum pada 45 darjah, dengan kadar pengekalan 97.01%. Ini kerana kelikatan kolagen berkait rapat dengan suhu. Apabila suhu rendah, kelikatan kolagen lebih besar, dan pengumpulan kolagen pada permukaan membran mudah membentuk rintangan, mengakibatkan kadar pengekalan yang rendah. Apabila suhu meningkat, kelikatan kolagen berkurangan, interaksi antara molekul kolagen menjadi lemah, dan kadar pemindahan jisim meningkat, fenomena polarisasi kepekatan menjadi lemah, dan kadar pengekalan meningkat. Satu lagi sebab untuk peningkatan kadar pengekalan ialah suhu meningkat, keterlarutan kolagen juga meningkat bersamaan, dan fenomena kolagen menyekat membran dikurangkan, jadi suhu optimum ultrafiltrasi ialah 45 darjah .

 

2.2.3 Pengaruh nilai pH terhadap pengekalan protein

Di bawah keadaan {{0}}.Tekanan 11MPa dan suhu 40 darjah, pengaruh keadaan pH yang berbeza, iaitu pH=6.0, pH{{ 5}}.{{10}}, pH=8.0, pH=9.0 dan pH=10.0, pada kadar pengekalan telah dikaji. Keputusan ditunjukkan dalam rajah di bawah.

 

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>7, kadar pengekalan secara beransur-ansur meningkat dengan peningkatan nilai pH. Ini kerana membran ultraturasan adalah membran maple polieter dengan cas negatif, dan kolagen dicas negatif di bawah keadaan alkali. Molekul kolagen bercas negatif membentuk keadaan saling eksklusif dengan membran ultraturasan dengan cas yang sama, oleh itu molekul kolagen tidak mudah untuk tinggal di permukaan membran dan menyekat membran. Oleh itu, nilai pH optimum ultraturasan ialah 8-10.

 

2.3 Pengoptimuman proses penapisan ultra dan pengesahan keputusan

Menurut analisis perisian Design-Expert8.05, parameter proses optimum ialah: tekanan operasi 0.14MPa, suhu operasi 40.98 darjah , pH larutan{{7 }}.43, dan kadar pengekalan ialah 92.551%. Memandangkan kebolehkendalian parameter sebenar, keadaan ultraturasan dipilih sebagai tekanan operasi 0.14MPa, suhu operasi 40 darjah dan nilai pH 9.50 larutan bahan, dan pengesahan ujian dimulakan selepas sistem ultraturasan dimulakan dan distabilkan. Hasil daripada kadar pengekalan ialah (92.61±0.1) % (n=3). Nilai ramalan bagi persamaan pada asasnya adalah serupa dengan nilai yang diukur, yang menunjukkan bahawa keputusan parameter keadaan yang diramalkan adalah selaras dengan keputusan keadaan sebenar.

 

2.4 Keputusan analisis elektroforesis

Kolagen yang telah dimurnikan telah dianalisis oleh elektroforesis SDS-PAGE, dan hasilnya ditunjukkan dalam rajah berikut.

 

Seperti yang dapat dilihat daripada rajah di atas, lorong 1 ialah kolagen yang telah disucikan bagi ujian ini, dan lorong 2 ialah sampel kolagen standard tendon betis. Ia dapat dilihat daripada elektroforesis SDS-PAGE bahawa kolagen dalam kajian ini boleh dikenal pasti sebagai kolagen, tetapi sempadan antara rantai peptida a1 dan rantai peptida a2 nampaknya tidak jelas. Dari peta elektroforesis dapat dilihat bahawa tidak terdapat kekotoran protein yang lain, maka dapat disimpulkan kolagen yang telah dimurnikan mempunyai ketulenan yang tinggi.

Mengenai Guidling

 

Guidling Technology ialah perusahaan teknologi tinggi negara yang memfokuskan pada biofarmaseutikal, kultur sel, penulenan dan kepekatan bioperubatan, diagnosis dan cecair industri. Kami telah berjaya membangunkan peranti penapis emparan, kaset ultraturasan & penapisan mikro, penapis virus, sistem TFF, penapis kedalaman, gentian berongga, dll. Yang memenuhi sepenuhnya senario aplikasi biofarmaseutikal, kultur sel, dan sebagainya. Membran dan penapis membran kami digunakan secara meluas dalam kepekatan, pengekstrakan dan pengasingan pra-penapisan, penapisan mikro, ultraturasan dan penapisan nano. Barisan produk kami yang banyak, daripada penapisan makmal sekali guna kecil kepada sistem penapisan pengeluaran, ujian kemandulan, penapaian, kultur sel dan banyak lagi, memenuhi keperluan ujian dan pengeluaran. Teknologi Guidling tidak sabar-sabar untuk bekerjasama dengan anda!