Assessing the feasibility of applying natural deep eutectic solvents for the solubilisation of collagen
Abstract
Kollagen er et viktig biologisk materiale av stor etterspørsel innen biomedisin, farmasøytisk industri ogi næringsmiddelindustrien for sine allsidige egenskaper. Den konvensjonelle ekstraksjonsmetoden sombenyttes i industrien i dag er en tidskrevende prosess, som inkluderer flere runder med behandling isure eller alkaliske miljøer, og lengre rensetrinn. I dette arbeidet utforskes det om løsemidlene«natural deep eutectic solvents» (NADES) kan benyttes som et grønnere alternativ til denkonvensjonelle metoden for oppløsningen av kollagen. To typer NADES ble valgt ut, sitronsyre : xylitol: vann (CA-X-W) og kolinklorid : oksalsyre dihydrat (ChCl-OAD), og disse ble testet på representativeprøvematerialer for å utforske deres potensielle egenskaper for ekstraksjon av kollagen. Gelatin blebrukt for å ha primærstrukturen til kollagen, og cellulose representerer makrofiberstrukturen. Ulikeanalyser ble utført for å vurdere grad av oppløst prøvemateriale, løsemidlenes egenskaper ogegenskapene til de oppløste prøvene. CA-X-W løste opp 99.5 % av gelatinet og forårsaket en høy gradav oppløsning av kollagenmolekylene. Løsemiddelet ble også observert å ikke ha destruktivt effekt påkollagenmolekylene og er dermed det mest lovende løsningsmidlet for bruk i en industriell ekstraksjon.ChCl-OAD løste opp 66,1 % av gelatinprøven og skilte seg ut ved å ha en overdreven proteolytisk effektpå kollagenmolekylene, noe som skapte små peptider. Ekstraksjonsproduktet vil sannsynligvis ikke hade ettersøkte geleringsegenskapene til kollagen, men kan potensielt ha bruksområder innen andre feltenn næringsmiddelindustrien. Dette prosjektet har totalt sett samlet betydelig informasjon om disseløsningsmidlene, og denne kunnskapen vil gi et godt grunnlag for videre forskning på bruk av NADES iekstraksjonsprosesser for kollagen. Collagen is an important biological material desired in biomedicine, pharmaceuticals, and in the foodindustry for its versatile properties. The conventional extraction method applied in the industry todayis a timely process, which includes multiple rounds of treatment in acidic or alkaline environments, andexcessive purification steps. In this work, natural deep eutectic solvents (NADESs) are explored for thesolubilisation of collagen as a greener alternative to the conventional method. Two NADESformulations were chosen, citric acid : xylitol : water (CA-X-W) and choline chloride : oxalic aciddihydrate (ChCl-OAD), and they were tested on representative sample materials to explore theirpotential properties for extraction of collagen. Where gelatin represents the collagen peptidesequence, and cellulose the macrofibre structure. Different assays were performed to assess for theirsolubilisation efficacy, solvent attributes, and the characteristics of the solubilised samples. CA-X-Wsolubilised 99.5% of the gelatin sample and caused a high degree of dissolution of the collagenmolecules. It was also observed to be non-destructive to the collagen molecules and is thus the mostpromising solvent for application in an industrial extraction. ChCl-OAD solubilised 66.1% of the gelatinsample and stood out for having an excessive proteolytic effect on the collagen molecules, creatingsmall peptides. The extraction product would likely not have the sought gelation properties of collagenbut could potentially be utilised in fields other than the food industry. This project has overall providedsignificant information about these solvents, and this knowledge will provide a sound basis for furtherresearch on the topic of applying NADESs in extraction processes for collagen.