利用超聲波的膠原蛋白分離裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其包含：試料箱，其收容魚皮；分離單元，其接收供給自試料箱的魚皮而分離成膠原蛋白，從而將所分離的膠原蛋白再次供給至試料箱；及超聲波產生單元，其連接在分離單元，以便產生用以將魚皮分離成膠原蛋白的超聲波。本發明的膠原蛋白分離裝置能夠以較高的產出率提取膠原蛋白，并可直接以原有基本結構提取高分子量的膠原蛋白而并非膠原蛋白的水解產物形態。
【專利說明】
利用超聲波的膠原蛋白分離裝置
[00011 本申請是申請日為2011年12月30日，申請號為201180063095.6，發明創造名稱為 "利用超聲波提取膠原蛋白的方法及裝置"的中國發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明是有關于一種利用超聲波的膠原蛋白分離裝置。
【背景技術】
[0003] 膠原蛋白是一種包含在皮膚、血管、骨骼、內臟等幾乎所有組織中，且約占構成身 體的蛋白質的30%的主要蛋白質。構成人體的膠原蛋白中的約40%存在于皮膚，20%包含 在骨骼及軟骨中，除此在外，廣泛地分布在血管、內臟等。這種膠原蛋白自古以來一直以明 膠等形態食用，這種明膠最近由消化道內的酶來分解而以多肽、氨基酸的形態吸收，這些多 肽、氨基酸提高免疫功能，促進細胞的再生作用而使關節強健，且維持皮膚的新陳代謝活化 及保濕力，由此對皮膚美容發揮卓越的效果。膠原蛋白主要從家畜的皮、骨骼、關節等提取， 但最近因 BSE(Bovine Spongiform Encephalopathy，瘋牛病）、口蹄疫等的產生而對動物性 膠原蛋白的印象較差，因此從魚類的皮膚、鱗等提取的海洋膠原蛋白的價值逐漸增大。
[0004] 另一方面，以往使用如酸、堿、鹽等的化學物質來提取膠原蛋白，但存在因此產生 環境污染及廢水處理費用等問題點。
[0005] 因此，現實情況為要求研究開發如下方法:盡可能不使用化學物質，而可綠色環保 地提取膠原蛋白。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于提供一種利用通過超聲波處理提取膠原蛋白的方法，將化學物 質的使用量最小化而使產出率最大地從魚皮提取膠原蛋白的方法及其裝置。
[0007] 為了達成所述目的，在本發明的一具體例中，提供一種提取膠原蛋白的方法，其包 含如下步驟:第1步驟，其是在〇. 〇 1~〇. 5M的乙酸溶液中，對魚皮進行0.1至10小時的超聲波 處理而獲取膠原蛋白提取物;及第2步驟，其是從所述膠原蛋白提取物，分離膠原蛋白與經 超聲波處理的魚皮;且對所述經超聲波處理的魚皮重復執行第1步驟及第2步驟。另外，所述 超聲波處理可在20kHz的頻率下實現，所述超聲波的振幅可為75~85%，所述超聲波處理可 在0至10°C下執行，將所述膠原蛋白提取物離心分離而獲得上清液，向該上清液添加氯化鈉 (NaCl)并使沉淀而可提取或分離膠原蛋白，在進行8次所述第1步驟及第2步驟的情況下，超 聲波的振幅能夠以20~40 %執行24小時。
[0008] 在一具體例中，提供利用所述方法而提取的膠原蛋白。
[0009] 在一具體例中，提供一種提取膠原蛋白的方法，其包含如下步驟:第1步驟，其是在 酸性溶液中，對魚皮進行超聲波處理而獲取膠原蛋白提取物;及第2步驟，其是從所述膠原 蛋白提取物，分離膠原蛋白與經超聲波處理的魚皮;且對所述經超聲波處理的魚皮重復執 行第1步驟及第2步驟。
[0010] 在一具體例中，提供一種利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特正在于包含:試料 箱，其收容魚皮;分離單元，其接收供給自所述試料箱的所述魚皮而分離成膠原蛋白，將所 分離的所述膠原蛋白再次供給至所述試料箱;超聲波產生單元，其連接在所述分離單元，以 便產生用以將所述魚皮分離成所述膠原蛋白的超聲波。
[0011] 利用所述超聲波的膠原蛋白分離裝置更包含為了阻隔分離所述膠原蛋白時產生 的熱，向所述分離單元側供給冷卻水的冷卻部，所述分離單元可包含:處理部，其接收供給 自所述試料箱的魚皮而將該魚皮分離成膠原蛋白；及第1冷卻水流入流出部，其從所述處理 部的外周面隔開一定間隔而封閉所述處理部的外部，由此提供可使供給自所述冷
[0012] 卻部的所述冷卻水流入及流出的空間。
[0013] 所述試料箱可包含:儲存部，其儲存所述魚皮;及第2冷卻水流入流出部，其從所述 儲存部的外周面隔開一定間隔而封閉所述儲存部的外部，由此提供可使供給自所述冷卻部 的所述冷卻水流入及流出的空間。
[0014] 所述超聲波產生單元可包含：至少一個振動子，其結合在所述處理部的外周面而 產生超聲波;及振動調節控制器，其調節所述振動子的輸出程度。
[0015] 所述振動子可為如下多個振動子:在5~6cm的范圍內彼此隔離配置，以便相互之 間不會受到超聲波的影響。
[0016] 通過所述振動子產生的超聲波的頻率可為20kHz。
[0017] 所述振動調節控制器的輸出可為0.1~1000W。
[0018] 所述冷卻部可包含:冷卻本體;第1冷卻水流入管，其從所述冷卻本體的下側向所 述第1冷卻水流入流出部的下側延長，以便冷卻水可從所述冷卻本體向所述第1冷卻水流入 流出部側流入;第1冷卻水流出管，其從所述第1冷卻水流入流出部的上側向所述冷卻本體 的上側延長，以便冷卻水可從所述第1冷卻水流入流出部向所述冷卻本體側流出；第2冷卻 水流入管，其從所述冷卻本體的下側向所述第2冷卻水流入流出部的下側延長，以便冷卻水 可從所述冷卻本體向所述第2冷卻水流入流出部側流入;及第2冷卻水流出管，其從所述第2 冷卻水流入流出部的上側向所述冷卻本體的上側延長，以便冷卻水可從所述第2冷卻水流 入流出部向所述冷卻本體側流出。
[0019] 利用所述超聲波的膠原蛋白分離裝置可更包含:試料供給管，其將所述儲存部的 下側與所述處理部的下側相互連接，以便可從所述儲存部向所述處理部側供給魚皮;及試 料排出管，其將所述處理部的上側與所述儲存部的上側相互連接，以便可向所述試料箱側 排出利用所述分離單元而分離的膠原蛋白。
[0020] 利用所述超聲波的膠原蛋白分離裝置可更包含:循環栗，其具備在所述試料供給 管的延長路徑上，以便可強制性地使魚皮及所述膠原蛋白沿所述試料供給管及所述試料排 出管循環;及循環量調節控制器，其調節所述循環栗的驅動程度，以便可調節所述魚皮及所 述膠原蛋白的循環量。
[0021] 本發明的"魚皮"是指，包含來自可用性海洋生物的海洋膠原蛋白，已去除魚類的 鱗。該"魚皮"的特性是在不添加酸性溶媒而僅進行超聲波處理時，難以引起膠原蛋白纖維 的結構變化，從而為了實現膠原蛋白的分離，必須需要酸性溶媒。在本發明中，在酸性溶媒 的存在下并行超聲波處理，因此在最小濃度的酸性溶媒中，也能夠以較高的產出率溶出膠 原蛋白。因此，可明顯地減少分離膠原蛋白時使用的酸量。
[0022] 本發明的"膠原蛋白"作為構成動物的結合組織、骨骼、筋、皮膚、軟骨、血管等的纖 維狀結構蛋白質，基本結構單元為原膠原蛋白（tropocollagen)，且是指具有由分子量約為 10萬分之3個多肽構成的三重螺旋結構，3個多肽鏈彼此通過氫鍵結而穩定化，但若加熱則 切斷這些少數鍵結而成為無規繞制線圈上的明膠，從而可改變物性。
[0023] 本發明的"超聲波處理"是超聲波能量使目標對象的粒子振動而破壞對象或使非 活化，在生化學中，主要以破壞細胞膜而排出細胞內容物為目的使用，且并不以此為限，使 用高于音頻頻率區域(約為20kHz以下）的振動數的音波。
[0024][發明的效果]
[0025] 本發明的膠原蛋白提取方法可通過重復實行超聲波處理，而較現有的膠原蛋白提 取方法減小酸性溶液的濃度，以較高之產出率提取膠原蛋白。另外，根據本發明的膠原蛋白 提取方法，可直接以原有基本結構提取高分子量的膠原蛋白而并非膠原蛋白的水解產物形 ??τ 〇
【附圖說明】
[0026] 圖1至圖4是表示利用實施例1至4的方法來分離膠原蛋白的情況下的膠原蛋白的 分咼產出率。
[0027] 圖5是表示利用比較例1至4的方法進行分離的情況下的膠原蛋白的分離產出率。
[0028] 圖6是表示利用實施例1至4的方法進行分離的情況下的膠原蛋白的最大產出率。
[0029] 圖7是表示利用比較例1至4的方法進行分離的情況下的膠原蛋白的最大產出率。
[0030] 圖8是表示利用實施例1及3的方法來分離膠原蛋白的情況下的所分離的膠原蛋白 的SDS_PAGE(Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis，聚丙稀酰 胺凝膠電泳)圖案。
[0031] 圖9是表示利用比較例2至4的方法來分離膠原蛋白的情況下的所分離的膠原蛋白 的SDS-PAGE圖案。
[0032]圖10是表示在酸性溶媒的存在下進行超聲波處理，直至表示與以0.5M的乙酸進行 24小時處理相同的產出率為止的情況下所需的時間。
[0033] 圖11是在使所分離的膠原蛋白與膠原蛋白明膠化的情況下，評估消化力而證明膠 原蛋白的結果。
[0034] 圖12是表示根據超聲波處理的重復次數的膠原蛋白的提取產出率的圖表。
[0035]圖13是表示根據超聲波處理的重復次數而分離的膠原蛋白的SDS-PAGE圖案。
[0036]圖14是本發明的一實施例的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置的概略模式圖。
[0037] 圖15是圖14的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置的分離單元的概略模式圖。
[0038] 圖16是表示使用圖14的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，分離膠原蛋白的方法的 順序圖。
[0039]圖17是表示使用圖14的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，分離膠原蛋白的情況下 的膠原蛋白產出率的圖表。
[0040] 圖18是表示通過SDS-電泳法，分析使用圖14的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置而 分離的膠原蛋白的結果的圖表。
[0041] [符號的說明]
[0042] 100膠原蛋白分離裝置
[0043] 110試料箱
[0044] 111 儲存部
[0045] 113第2冷卻水流入流出部
[0046] 丨3〇分離單元
[0047] 131處理部
[0048] 133第1冷卻水流入流出部
[0049] 150超聲波產生單元
[0050] 151 振動子
[00511 153振動調節控制器
[0052] 170冷卻部
[0053] 171 冷卻本體
[0054] 180a試料供給管
[0055] 180b試料排出管
[0056] 191循環栗
[0057] 192循環量調節控制器
【具體實施方式】
[0058] 以下，根據下述實施例，詳細地說明本發明。然而，下述實施例僅例示本發明，本發 明的內容并不限定于下述實施例。
[0059] 實施例
[0060] 實施例1.試料的前處理
[0061] 試料是接收供給自0 Sung養魚場(股）的鱸魚的冷凍魚皮而使用。魚皮是在去除殘 留于一部分內側的鱸魚肌肉與鱗后，利用冰水清洗而去除雜質，從而以1. 〇cm X 1.0cm的大 小精切。為了完全地去除附著在魚皮的鹽溶性蛋白質，在相對于魚皮重量添加20倍的0.5M 的NaCl溶液后，均勻地進行攪拌而在6，OOOrpm下進行10分鐘的離心分離，從而去除上清液。 重復進行3次如上的操作，且所有操作均在4 °C以下進行。再次以保管在4°C以下的精制水清 洗通過離心分離獲得的沉淀物后，相對于沉淀物添加約20倍重量的冷乙醇而一面在4°C下 攪拌24小時一面脫脂，從而將其設為精制試料。精制試料保管在-20°C以下，在需要時取出 使用。
[0062] 實施例2.膠原蛋白的提取
[0063] 2-1.利用超聲波處理進行的膠原蛋白的提取
[0064]在向所述實施例1中所準備的魚皮添加約200倍重量的0.01至0.5M的乙酸后，在4 °C下以下述表1的條件，進行超聲波處理。脈沖的on/off是以20sec/20sec進行。在以6， OOOrpm對進行超聲波處理后獲得的粘性溶液進行10分鐘的離心分離后，分離上清液，將 NaCl以成為5wt%的方式添加至上清液，從而獲得白色沉淀。對所述白色沉淀進行離心分離 而透析成精制水后，進行凍結干燥而提取膠原蛋白。
[0065]表 1
[0067] 2-2.酸可溶性膠原蛋白的提取
[0068]以下述表2的條件，相對于試料重量添加200倍的0~0.5M的乙酸，從而一面在4°C 下攪拌24小時一面進行提取。在以6,000rpm對所獲得的粘性溶液進行10分鐘的離心分離 后，分離上清液，并將NaCl以成為5wt %的方式添加至上清液，從而獲得白色沉淀。在對所述 白色沉淀進行離心分離而透析成精制水后，進行凍結干燥而提取膠原蛋白。
[0069]表2
[0071] 2-3.利用重復超聲波處理進行的膠原蛋白的提取
[0072]在向所述實施例1中所準備的魚皮添加約200倍重量的0.01M的乙酸后，在4°C下以 40%至80%的幅度進行3小時的超聲波處理。脈沖的〇11/(^;1^是以2〇86〇/2〇86〇進行。在以6， OOOrpm對進行超聲波處理后所獲得的粘性溶液進行10分鐘的離心分離后，分離上清液(膠 原蛋白），并在再次向沉淀(殘渣)添加200倍重量的0.01M的乙酸后，在4°C下以40%至80% 的幅度進行3小時的超聲波處理。通過離心分離來分離膠原蛋白，并再次向剩余殘渣添加 0.01M的乙酸而將重復作業共設為4次至8次，從而分離膠原蛋白。將如上所述般共經過4至8 次作業收集的上清液凍結干燥而提取膠原蛋白（參照圖12)。
[0073] 實施例3.膠原蛋白產出率的測定
[0074] 利用Biuret(雙縮脲)法(Gornall，A，G.等，1949)，對上清液測定蛋白質含量，該上 清液是在15,000Xg下對在所述制造例及比較例中所獲得的試料進行20分鐘的離心分離而 獲得。膠原蛋白產出率是在對總蛋白質含量進行超聲波處理后，以蛋白質含量的比來根據 如下的式而算出。
[0075] 膠原蛋白產出率（％ )=(上清液中的蛋白質濃度/總蛋白質濃度）X 100
[0076] 將根據處理時間的膠原蛋白產出率示于圖1至圖5。圖1至4表示根據制造例1至4的 乙酸濃度的膠原蛋白的產出率，圖5表示根據比較例1至5的酸濃度的膠原蛋白的產出率。根 據圖1至4,表示為由于進行超聲波處理，而膠原蛋白的產出率較不進行超聲波處理的圖5更 快地增加。尤其，表現為隨著幅度變大而增加的速度變快。根據圖5,在不進行超聲波處理而 僅以Ο .01M的較低濃度的乙酸進行處理的情況下，膠原蛋白幾乎未分離，但根據圖1，當在 20kHz下以幅度為20%的超聲波進行處理時，即便在0.01M的低濃度乙酸中，膠原蛋白的分 離量也開始增加。另外，根據圖2至4，表現為濃度越高，則膠原蛋白的增幅越大，且表現為在 相同的條件下，幅度越大，則其增加速度越快。因此，認為膠原蛋白的分離能力依存于乙酸 的濃度及超聲波幅度而增加。
[0077]另外，將通過超聲波重復提取而獲得的膠原蛋白的產出率示于圖12。以3小時進行 8次幅度為40 %的超聲波處理的膠原蛋白的產出率較通過以往的方法即在0.01M的乙酸中， 提取24小時的膠原蛋白的產出率增加3倍以上。而且，以3小時進行4次幅度為80%的超聲波 處理的膠原蛋白的產出率較以往的方法即0.01M的乙酸中，提取12小時的膠原蛋白的產出 率約增加2倍左右。因此，可知在進行超聲波重復提取時，膠原蛋白的產出率與超聲波的提 取次數成正比。
[0078] <膠原蛋白的最大產出率測定>
[0079] 利用與所述制造例1相同的方法，測定膠原蛋白的產出率，當產出率增加時，通過 下述式算出其速度(ki)。
[0080] Ki = (nt-no)
[0081 ] nt:進行t小時的超聲波處理后的溶解度 [0082] no:超聲波處理前的溶解度 [0083] t:超聲波處理時間
[0084] 其結果示于圖6及7。圖6表示在制造例1至4的酸性溶媒中以超聲波進行處理的情 況、及僅以比較例1至4的酸性溶媒進行處理的情況下的膠原蛋白最大產出率。在圖6中，各 記號表示0%(_)、20%(〇）、40%('?〇、60%(^)、及80%(_)的幅度。圖7表示膠原蛋白產 出率的增加速度。
[0085] 根據圖6,乙酸的濃度越增加即超聲波的幅度越增加，則膠原蛋白的最大產出率表 現地越高，乙酸濃度為0.1M時的最大產出率與為0.5M時的最大產出率相似，因此可推測如 下情況：即使將乙酸濃度增加至0.5M以上，最大產出率的增加也微不足道。另外，在不添加 乙酸而進行超聲波處理的情況下，也幾乎不會引起膠原蛋白的分離。在僅利用酸性溶媒進 行處理的比較例的情況下，隨著乙酸濃度增加而最大產出率也增加，但增加速度慢于并行 超聲波處理的情況。另外，在乙酸濃度為0M的情況下，不會引起膠原蛋白的分離，從而可知 在膠原蛋白的分離中需要酸。
[0086] 根據圖7,詳細地觀察對膠原蛋白產出率的增加速度波及影響的超聲波的幅度與 乙酸濃度的關系，結果無論于何種條件下，均表現直線關系，且各個直線關系的關系式如 下。即，0.01M下的乙酸與幅度的關系式為y = 0.0198x+0.2296,在0.1M下，y = 0.0418x+ 0.6832，在0.5M下，y = 0.044x+l. 2633。根據該式，傾斜度是根據乙酸濃度而不同，相比 0.01M的乙酸，傾斜度在0.1M以上增加，從而在0.1M以上的乙酸的存在下，快速地引起膠原 蛋白的分離。另外，對〇. 1M與0.5M的乙酸進行比較，傾斜度幾乎相同，從而在0.5M以上的乙 酸濃度下，乙酸濃度不會對膠原蛋白的產出率增加速度造成較大的影響。
[0087] 實施例4.所分離的膠原蛋白的SDS-PAGE pattern
[0088] 利用SDS電泳（SDS-PAGE)，研究根據所述制造例及比較例而獲得的膠原蛋白的子 單元（subunit)組成。SDS-PAGE是通過Lammli法(Lammli，V.K.等，1970)，利用7 · 5% 的slab gel (平板凝膠）而執行。向在所述制造例及比較例中分離的膠原蛋白試料添加8M的尿素 (11『63)、2%的疏基乙醇(11161^3口1：〇61：11311〇1)、2%的303、及20111]\1的1'1^8-]^1(三輕甲基氨基 甲燒鹽酸鹽）（pH值為8.0)并溶解，從而在100°C下加熱2分鐘。Fixing(-定)與staining(染 色）是通過Neuhoff (Neuhoff V.等，1988)的方法，利用考馬斯亮藍（Coomassie brillant blue)而實施。利用幅度為40%的超聲波處理的制造例的結果示于圖8,使乙酸濃度不同而 處理的比較例2至4的結果示于圖9。
[0089] 根據圖8，在0.01M的乙酸的存在下，利用幅度為40 %的超聲波進行處理時，在4小 時后開始觀察到相當于膠原蛋白的成分，隨著超聲波處理時間變長而切實地觀察到α1、α2、 β、及γ鏈(chain)。這種傾向是在凝膠的最上端也觀察到推測為膠原蛋白的多聚體的成分。 在以60%的幅度進行處理的情況下，整體傾向與以20%的幅度進行處理的情況相同。然而， 隨著超聲波處理時間變長而開始觀察到推測為膠原蛋白的分解產物的成分。特別是，在 0.5M的乙酸下進行24小時的超聲波處理時，發現如下情況:膠原蛋白的主要子單元即α?及β 鏈減少，與此同時，生成凝膠的background (基底)被染色的不特定的多肽。
[0090] 根據圖9,對僅以酸性溶媒進行處理而分離的膠原蛋白的子單元組成進行研究，結 果在0.01M的乙酸下，在反應6小時后開始發現相當于膠原蛋白的α?及β鏈，在24小時后，與 該α?及β鏈一同發現α2及γ鏈。這種現象是隨著乙酸濃度變高而更明顯地顯現，隨著反應小 時推移而〇1、<12、0、及丫鏈也在量上增加。
[0091] 結果，在酸性溶媒下進行超聲波處理時，相當于膠原蛋白的"、(^、匕及丫鏈更快 速地增加，從而在酸性溶媒下進行超聲波處理時，在短時間內引起膠原蛋白的分離。
[0092] 另外，根據圖13,可確認如下情況:重復執行超聲波處理而提取的膠原蛋白也具有 典型的膠原蛋白結構。
[0093] 實施例6.膠原蛋白的確認
[0094] 為了確認在制造例中，在酸性溶媒下并行超聲波處理而分離的膠原蛋白是以膠原 蛋白的形態分離、還是以明膠的形態分離，研究因胃蛋白酶（1:10, 〇〇〇. Yakuri pure chem.，co. .ltd.，Japan)產生的膠原蛋白的消化力。膠原蛋白的特性如下：其結構非常堅 固，不會由消化酶發生分解，而由膠原酶(Collagenase)發生分解。然而，若膠原蛋白因熱而 明膠化，則由消化酶發生分解。因此，利用這種特性，可判斷為若對根據超聲波分離的膠原 蛋白進行胃蛋白酶處理而引起消化，則為以明膠的形態分離，若不引起消化，則以膠原蛋白 的形態分離。
[0095] 將膠原蛋白濃度調節為lmg/ml后，在100 °C下加熱5分鐘而明膠化。相對于膠原蛋 白及明膠的濃度而添加0.5 %的胃蛋白酶，從而在10 °C下進行0~30分鐘的處理后，向各試 料添加81\1的303、2%的疏基乙醇(11161^。1:〇61:11311〇1)、201111的1'1^8-]^1(。!1值為8.0)而在100 °C下加熱2分鐘，從而使酶活性停止。此后，根據SDS-PAGE(Lammli法)而分析消化圖案。這 時，膠原蛋白標準物質使用Acid soluble Collagen(酸溶性膠原蛋白）（Typell，from white rabbit skin.,Sigma,USA.)。其結果如圖11。在圖11中，No.1為成為基準的TYPE I的 膠原蛋白，No. 2為在0.01M的乙酸下，以80%的amplitude(幅度)進行12小時的超聲波處理 而分離的膠原蛋白，No.3、4、5為將該膠原蛋白處理成胃蛋白酶的結果。No.6是以100°C熱處 理No.2的膠原蛋白而明膠化，No.7、8、9是分析將所述明膠處理成胃蛋白酶的結果。
[0096] 在圖11中，各No.的含義如下。
[0097] S：molecular weight marker
[0098] No.1：I type collagen(acid soluble)
[0099] No.2：Collagen of fish skin Isolated by sonication with acetic acid.
[0100] No.3、4、5:Collagen treated with pepsin for 10,20and 30mim.
[0101] No.6：Gelatin obtained from collagen(No.2)by heating at 100°C.
[0102] No.7、8、9:Gelatin(No.6)treated with pepsin for 10,20and 30mim.
[0103] 根據圖11，在酸性溶媒下，通過超聲波而分離的膠原蛋白（No. 2)即使進行胃蛋白 酶處理，也不會引起膠原蛋白的主要成分即α及Pchain的變化(No.3、4及5)。然而，若對膠原 蛋白進行熱處理而使明膠化(No.6)后，進行胃蛋白酶處理，則發現如下情況:膠原蛋白的主 要成分即α及Pchain完全消失、低分子成分增加(No. 7、8及9)。因此，根據以上結果，確認出 如下情形:通過超聲波而分離的成分為膠原蛋白，而并非明膠或膠原蛋白的水解產物。
[0104] 以下，參照隨附圖式，詳細地說明本發明的較佳的實施例的內容如下。然而，在本 發明的說明中，為了明確本發明的主旨，省略對于公知的功能或構成的說明。
[0105] 圖14是本發明的一實施例的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置的概略模式圖，圖15 是圖14的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置的分離單元的概略模式圖。
[0106] 參照這些圖，利用超聲波的膠原蛋白分離裝置（100,以下稱為膠原蛋白分離裝置 100)包含:試料箱110,其收容魚皮;分離單元130,其接收供給自試料箱110的魚皮并分離成 膠原蛋白，從而將所分離的膠原蛋白再次供給至試料箱110;超聲波產生單元150,其連接在 分離單元130,以便產生用以將魚皮分離成膠原蛋白的超聲波;冷卻部170,其以阻隔分離膠 原蛋白時產生的熱的方式具備;試料供給管180a，其從試料箱110向分離單元130側供給魚 皮;試料排出管180b，其將通過分離單元130所分離的膠原蛋白再次供給至試料箱110側;循 環栗191，其具備在試料供給管180a的延長路徑上，以便可強制性地使魚皮及膠原蛋白沿試 料供給管180a及試料排出管180b循環;及循環量調節控制器192,其調節循環栗191的驅動 程度。
[0107]試料箱110是收容供給至分離單元130側而分離成膠原蛋白的魚皮(試料)的構成， 包含:儲存部111，其儲存魚皮;及第2冷卻水流入流出部113，其完全封閉儲存部111的外部， 由此提供可使供給自冷卻部170的冷卻水流入及流出的空間。
[0108] 儲存部111是提供用以儲存用作試料的魚皮的空間的中空圓筒狀的構成。當然，本 發明的權利要求不因儲存部111形狀而受限，根據本發明的其他實施例，儲存部111也能夠 以四邊形等來具備。
[0109] 在儲存部111，不僅儲存有魚皮，而且也一同儲存有將魚皮分離成膠原蛋白時所需 的酸性溶液，這種酸性溶液為了將膠原蛋白從魚皮分離而從以前一直使用，因此省略詳細 的說明。
[0110] 儲存部111的下側是通過下文敘述的試料供給管180a連接在分離單元130的下側 (更明確而言，為處理部131的下側），從而可將魚皮供給至分離單元130側，所述儲存部111 的上側是通過試料排出管180b連接在分離單元130的上側（更明確而言，為處理部131的上 側），從而可再次向儲存部111側排出所分離的膠原蛋白。
[0111] 第2冷卻水流入流出部113是提供如下空間的構成：用以使冷卻水沿第2冷卻水流 入管175a從冷卻本體171流入、或使冷卻水沿第2冷卻水流出管175b向冷卻本體171側流出。
[0112] 為此，第2冷卻水流入流出部113是以從儲存部111的外周面隔開一定間隔而可完 全封閉儲存部111的外部的方式具備，正是通過這種具備在儲存部111及第2冷卻水流入流 出部113之間的空間，使冷卻水可流入流出。當然，與所述儲存部111相同地，本發明的權利 要求不因第2冷卻水流入流出部113的形狀而受限。
[0113] 另一方面，分離單元130是如下構成:接收供給自試料箱110的魚皮而將該魚皮分 離成膠原蛋白，從而將所分離的膠原蛋白再次供給至試料箱110側。
[0114] 分離單元130包含:處理部131，其將魚皮分離成膠原蛋白；及第1冷卻水流入流出 部133，其通過完全封閉處理部131的外部，提供可使供給自冷卻部170的冷卻水流入及流出 的空間。
[0115] 處理部131是如下的中空圓筒狀的構成:連接在下文敘述的超聲波產生單元150， 接收供給自試料箱110的魚皮而將該魚皮分離成膠原蛋白、或將所分離的膠原蛋白再次供 給至試料箱110側。當然，本發明的權利要求不因處理部131的形狀而受限。
[0116] 如上所述，處理部131的下側及儲存部111的下側、與處理部131的上側及儲存部 111的上側分別通過試料供給管180a及試料排出管180b連接。
[0117] 另一方面，第1冷卻水流入流出部133是提供如下空間的構成:使冷卻水沿第1冷卻 水流入管17 3a從冷卻本體171流入、或使冷卻水沿第1冷卻水流出管17 3b向冷卻本體171側 流出。
[0118] 為此，第1冷卻水流入流出部133是以從處理部131的外周面隔開一定間隔而可完 全封閉處理部131的外部的方式具備，正是通過這種具備在處理部131及第1冷卻水流入流 出部133之間的空間，可使冷卻水流入流出。當然，本發明的權利要求不因第1冷卻水流入流 出部133的形狀而受限。
[0119] 另一方面，超聲波產生單元150是如下的構成:連接在分離單元130,以便產生用以 將魚皮分離成膠原蛋白的超聲波。
[0120] 超聲波產生單元150包含：多個振動子151，其結合在處理部131的外周面;及振動 調節控制器153,其調節振動子151的輸出程度。
[0121]振動子151是如下構成:根據振動調節控制器153的控制，產生一定的振動，由此向 處理部131的內部產生超聲波。
[0122] 多個振動子151在5~6cm的范圍內彼此隔離，以便彼此間不會受到超聲波的影響 (干擾），沿處理部131的外周面附著。在本實施例中，通過振動子151產生的超聲波的頻率為 20kHz左右，其原因在于，在該頻率下，能夠以最高效果將魚皮分離成膠原蛋白。
[0123] 然而，超聲波的頻率也可以根據處理部131的容量、儲存在處理部131的魚皮的儲 存量等來變更成其他數值。
[0124] 振動調節控制器153是以如下方式具備的構成:可控制振動子151的輸出程度、即 通過振動子151產生的超聲波的頻率。
[0125] 振動調節控制器153及振動子151連接至RF Wire(Radio Frequency Wire)，從而 通過振動調節控制器153控制的信號提供至振動子151。
[0126] 在本實施例中，振動調節控制器153的輸出為0.1~1000W，但振動調節控制器153 的輸出也可以與所述振動子151的頻率可變更的范圍對應而不同。
[0127] 另一方面，冷卻部170是如下構成：向第1冷卻水流入流出部133側供給冷卻水，以 便可阻隔分離膠原蛋白時產生的熱。另外，冷卻部170也向第2冷卻水流入流出部113側供給 冷卻水，由此一并發揮有效地阻隔分離膠原蛋白時產生的熱的作用。
[0128] 冷卻部170包含:冷卻本體171，其使冷卻水流入或流出；第1冷卻水流入管173a及 第1冷卻水流出管173b，其等將冷卻本體171與第1冷卻水流入流出部133相互連接;第2冷卻 水流入管175a及第2冷卻水流出管175b，其等將冷卻本體171與第2冷卻水流入流出部113相 互連接。
[0129] 冷卻本體171是如下構成:儲存供給至第1冷卻水流入流出部133或第2冷卻水流入 流出部113的冷卻水。
[0130] 在冷卻本體171的一側，具備用以調節供給至第1冷卻水流入流出部133或第2冷卻 水流入流出部113的冷卻水的循環量的控制器171a，作業人員考慮分離膠原蛋白時產生的 熱來調節控制器171 a，由此可決定冷卻水的循環量。
[0131] 第1冷卻水流入管173a是如下構成:通過將冷卻本體171的下側及第1冷卻水流入 流出部133的下側相互連接，可使冷卻水從冷卻本體171向第1冷卻水流入流出部133側供 給;第1冷卻水流出管173b是如下構成:通過將冷卻本體171的上側及第1冷卻水流入流出部 133的上側相互連接，可使冷卻水從第1冷卻水流入流出部133向冷卻本體171側流出。
[0132] 即，冷卻水可通過第1冷卻水流入管173a及第1冷卻水流出管173b而持續在冷卻本 體171與第1冷卻水流入流出部133之間循環，在通過冷卻水的循環將魚皮分離成膠原蛋白 的情況下，可有效地阻隔在處理部131產生的熱。
[0133] 第2冷卻水流入管175a是如下構成:通過將冷卻本體171的下側及第2冷卻水流入 流出部113的下側相互連接，可使冷卻水從冷卻本體171向第2冷卻水流入流出部113側供 給;第2冷卻水流出管175b是如下構成:通過將冷卻本體171的上側及第2冷卻水流入流出部 113的上側相互連接，可使冷卻水從第2冷卻水流入流出部113向冷卻本體171側流出。
[0134] 即，冷卻水可通過第2冷卻水流入管175a及第2冷卻水流出管175b而持續在冷卻本 體171與第2冷卻水流入流出部113之間循環，在通過冷卻水的循環將魚皮分離成膠原蛋白 的情況下，可有效地阻隔在處理部131產生的熱。
[0135] 另一方面，也向并非為處理部131的外部的試料箱110外部供給格外的冷卻水的原 因在于，在處理部131分離的膠原蛋白再次向試料箱110的儲存部111側供給。
[0136] 即，收容在處理部131的魚皮并非一次全部通過超聲波而分離成膠原蛋白，因此如 下所述，只有經過長時間對魚皮施加超聲波，才能獲得一定量的膠原蛋白。
[0137] 在這個期間，魚皮一面持續地分離成膠原蛋白，一面在處理部131及儲存部111之 間循環，因此從處理部131向儲存部111側流入的魚皮及膠原蛋白的混合狀態物質成為具有 某種程度的熱的狀態，因此需要立即阻隔這種熱。由此，在本實施例中，通過分別在處理部 131的外部及儲存部111的外部具備第1冷卻水流入流出部133及第2冷卻水流入流出部113， 可有效地阻隔魚皮分離成膠原蛋白時產生的熱。
[0138] 另外，以將冷卻本體171的下側與第1冷卻水流入流出部133的下側連接的方式，配 置第1冷卻水流入管173a，且以將冷卻本體171的下側與第2冷卻水流入流出部113的下側連 接的方式，配置第2冷卻水流入管175a是為了有效地阻隔將魚皮分離成膠原蛋白時產生的 熱。
[0139] 即，儲存在儲存部111的魚皮(當然，因使用本膠原蛋白分離裝置100而也混有膠原 蛋白）與供給在處理部131的魚皮并非分別完全填滿儲存部111及處理部131，因此儲存在冷 卻本體171的冰冷的冷卻水從這種儲存部111及處理部131的下側供給而冷卻儲存部111及 處理部131的熱，從而向上側流出，由此可提高冷卻水的冷卻效果。
[0140]另一方面，試料供給管180a是為了可從儲存部111向處理部131側供給魚皮而具備 的構成，試料排出管180b是為了可向儲存部111側排出通過處理部131分離的膠原蛋白而具 備的構成。當然，如上所述，在這里，魚皮及膠原蛋白是指因使用本膠原蛋白分離裝置100而 彼此按照一定量混合的狀態的物質。
[0141]另外，在試料供給管180a的延長路徑上，具備循環栗191，這種循環栗191是通過循 環量調節控制器192而控制其驅動程度。
[0142] 作業人員通過調節循環量調節控制器192來調節循環栗191的驅動程度，根據循環 栗191的驅動程度，從儲存部111向處理部131側供給一定量的魚皮，與此同時，儲存在處理 部131的膠原蛋白也向儲存部111側排出，從而魚皮及膠原蛋白可持續地循環。
[0143] 另外，使循環栗191具備在試料供給管180a側而并非試料排出管180b側是因為考 慮到供給在處理部131的魚皮并非分別完全填滿儲存部111及處理部131。
[0144] 本實施例的膠原蛋白分離裝置100并非像以前一樣僅利用酸性溶液獲得膠原蛋 白，而是一同使用超聲波而獲得膠原蛋白，因此減少分離膠原蛋白時使用的酸(acid)的使 用量，由此具有如下優點：不僅可以通過環保的方法分離膠原蛋白，而且還可以一并提高膠 原蛋白的產出率。
[0145] 與此同時，本實施例的膠原蛋白分離裝置100是以將魚皮分離成膠原蛋白時使用 的情況為限而進行了說明，但還可以用于將明膠分離成膠原蛋白多肽。即，本發明的權利要 求不僅包含將魚皮分離成膠原蛋白的情況，而且還包含以明膠取代魚皮，而獲得膠原蛋白 多肽來取代膠原蛋白的情況。
[0146] 圖16是表示使用圖14的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，分離膠原蛋白的方法的 順序圖，圖17是表示使用圖14的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置來分離膠原蛋白時的膠原 蛋白產出率的圖表，圖18是表示通過SDS-電泳法，對使用圖14的利用超聲波的膠原蛋白分 離裝置而分離的膠原蛋白進行分析的結果的圖表。
[0147] 參照這些圖，為了使用本實施例的膠原蛋白分離裝置100,將魚皮分離成膠原蛋 白，應經過如下過程:首先，將魚皮及酸性溶液儲存在試料箱(S1步驟）；使用連接在接收供 給自試料箱的魚皮及酸性溶液的分離單元與分離單元，且在一定時間內產生超聲波的超聲 波產生單元，將魚皮分離成膠原蛋白（S2步驟）；將所分離的膠原蛋白與未分離的魚皮從分 離單元再次傳送至試料箱側(S3步驟）；重復S2步驟及S3步驟直至達到一定的產出率(S4步 驟)。
[0148] 通過所述膠原蛋白分離方法，在一定的處理條件(酸性溶液:0.01M的乙酸;冷卻水 的溫度:4°C ;試料供給速度:0.5L/分;超聲波的頻率:20kHz)下，將魚皮分離成膠原蛋白時 的膠原蛋白產出率如圖17所示。
[0149] 即，在進行2小時的處理后，大致15%左右的魚皮分離成膠原蛋白，在4小時后，大 致33%左右的魚皮分離成膠原蛋白，在12小時后，大致53%左右的魚皮分離成膠原蛋白。另 外，在15小時后，即使持續地對魚皮施加超聲波，也不會對膠原蛋白的產出率造成較大的影 響。
[0150]另一方面，通過SDS-電泳法，對利用如上方法而分離的膠原蛋白進行分析，結果如 圖18-樣維持典型的膠原蛋白結構，即使利用除膠原酶以外的酶來處理所分離的膠原蛋 白，也不會引起分解，由此可確認所分離的成分為膠原蛋白。
[0151]以上，說明并圖示了本發明的特定的實施例，但本發明并不限定于所記載的實施 例，本技術領域的技術人員應了解，可以不脫離本發明的思想及范圍而進行各種修正及變 形。因此，這些修正例或變形例不可根據本發明的技術思想或觀點來單獨理解，所變形的實 施例應從屬于本發明的權利要求范圍內。
【主權項】
1. 一種利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于包含： 試料箱，其收容魚皮； 分離單元，其接收供給自所述試料箱的所述魚皮而分離成膠原蛋白，從而將所分離的 所述膠原蛋白再次供給至所述試料箱;及 超聲波產生單元，其連接在所述分離單元，以便產生用以將所述魚皮分離成所述膠原 蛋白的超聲波。2. 根據權利要求1所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于，更包含冷卻 部，其向所述分離單元側供給冷卻水，以便可以阻隔分離所述膠原蛋白時產生的熱； 所述分離單元包含： 處理部，其接收供給自所述試料箱的魚皮而將該魚皮分離成膠原蛋白；及 第1冷卻水流入流出部，其從所述處理部的外周面隔開一定間隔而封閉所述處理部的 外部，由此提供使供給自所述冷卻部的所述冷卻水流入及流出的空間。3. 根據權利要求2所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于，所述試料箱包 含： 儲存部，其儲存所述魚皮;及 第2冷卻水流入流出部，其從所述儲存部的外周面隔開一定間隔而封閉所述儲存部的 外部，由此提供使供給自所述冷卻部的所述冷卻水流入及流出的空間。4. 根據權利要求2所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于，所述超聲波產 生單元包含： 至少一個振動子，其結合在所述處理部的外周面而產生超聲波;及 振動調節控制器，其調節所述振動子的輸出程度。5. 根據權利要求4所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于:所述振動子是 在5~6 cm的范圍內彼此隔離，以便相互間不會受到超聲波的影響的多個振動子。6. 根據權利要求4所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于:通過所述振動 子產生的超聲波的頻率為20 kHz。7. 根據權利要求4所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于:所述振動調節 控制器的輸出為0.1~1000 W。8. 根據權利要求3所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于，所述冷卻部包 含： 冷卻本體； 第1冷卻水流入管，其從所述冷卻本體的下側向所述第1冷卻水流入流出部的下側延 長，以便冷卻水從所述冷卻本體向所述第1冷卻水流入流出部側流入； 第1冷卻水流出管，其從所述第1冷卻水流入流出部的上側向所述冷卻本體的上側延 長，以便冷卻水從所述第1冷卻水流入流出部向所述冷卻本體側流出； 第2冷卻水流入管，其從所述冷卻本體的下側向所述第2冷卻水流入流出部的下側延 長，以便冷卻水從所述冷卻本體向所述第2冷卻水流入流出部側流入;及 第2冷卻水流出管，其從所述第2冷卻水流入流出部的上側向所述冷卻本體的上側延 長，以便冷卻水從所述第2冷卻水流入流出部向所述冷卻本體側流出。9. 根據權利要求8所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于更包含： 試料供給管，其將所述儲存部的下側與所述處理部的下側相互連接，以便可從所述儲 存部向所述處理部側供給魚皮;及 試料排出管，其將所述處理部的上側與所述儲存部的上側相互連接，以便可向所述試 料箱側排出通過所述分離單元分離的膠原蛋白。10.根據權利要求9所述的利用超聲波的膠原蛋白分離裝置，其特征在于更包含： 循環栗，其具備在所述試料供給管的延長路徑上，以便可強制性地使所述魚皮及所述 膠原蛋白沿所述試料供給管及所述試料排出管循環;及 循環量調節控制器，其調節所述循環栗的驅動程度，以便可調節所述魚皮及所述膠原 蛋白的循環量D
【文檔編號】C07K1/14GK106046150SQ201610421284
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2011年12月30日
【發明人】李南赫, 金榮鎬, 金賢敬, 禹癠煥
【申請人】韓國食品研究院