Extraction of collagen from food waste and the preparation of polyhydroxyalkanoate composites

Abstract

Kolajen doğada, omurgalı hayvanlarda en çok bulunan proteinlerden birisidir ve farmasötik, biyomedikal ve gıda endüstrilerinde sayısız uygulama alanlarına sahiptir. Bununla birlikte, yüksek maliyeti ve çeşitli sağlık ile ilgili ve sosyo-kültürel endişeler nedeniyle sınırlı kullanım alanı bulabilmektedir.Bu sebepler bilim adamlarını kolajen ekstraksiyonu için memeli hayvanların dışında, daha ucuz, yenilenebilir kaynaklar bulmaya yöneltmektedir.Çalışmamızda, yeterince değerlendirilemeyen kümes ve deniz hayvanları atkları için yeni ve verimli bir kullanım alanı bulmak amacı ile, ilk defa olarak, bıldırcın yumurta kabuklarından ve mırmır balığı atık materyallerinden kolajen izole edilmiştir. Ön kimyasal işlemlerden sonar homojenize edilmiş bıldırcın yumurta kabuğu membranından asit çözünür ve pepsin çözünür kolajen ekstrakte edilmiştir. Benzer şekilde, deri, pul, kenik ve yüzgeç gibi farklı mırmır balığı atık materyallerinden de asit çözünür ve pepsin çözünür kolajen izole edilmiştir. Elde edilen kolajenlerin karakterizasyonları, elektroforez modelleri yardımı ile gerçekleştirilmiştir. Biyopolimer poli(3-hidroksibutirat) (PHB) ve mırmır balığı derisi kolajeni kullanılarak, elektrospin yöntemi ile nano fiber yapılı materyaller hazırlanmıştır. Bu nano fiber materyallerin karakterizasyonu Fourier Transform Infrared Spektroskopisi ve Taramalı Elektron Mikroskopisi ile gerçekleştirilmiştir.Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, hem bıldırcın yumurtası membranı hem de mırmır balığı atıklarının, besin ve ilaç endüstrilerinde kullanılmak üzere kolajen kaynağı olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Ayrıca, biyobozunurluk ve biouyumluluk özellikleri gö önüne alındığında, PHB/Kolajen nano fiber materyallerin, çeşitli biyomedikal uygulamalarda kullanılmaları umut vadetmektedir.

Collagen is one of the most abundant proteins in vertebrates and has numerous uses in the fields of pharmaceutical, biomedical and food industry. However, because of its high cost and several health related and socio-cultural concerns, its applications are highly restricted. These facts steer researchers towards finding cheaper, renewable, non-mammalian sources for the extraction of collagen. In our study, to find novel and effective uses for underutilized poultry and marine byproducts, for the first time, we extracted collagen from quail eggshell membrane and striped seabream waste material. After pre-treatment, acid soluble and pepsin soluble collagen were extracted from homogenized quail egg membranes. Similarly, acid soluble and pepsin soluble collagen were extracted from different waste materials of striped seabream, such as skin, scales, bones and fins. The obtained collagen was characterized by its electrophoresis pattern. Nanofibrous mats of striped seabream skin collagen and another biopolymer, poly (3-hydroxybutyrate) (PHB), was also prepared using electrospinning. The characterization of nanofibrous mats was achieved by the Fourier Transform Infrared Spectroscopy, and the Scanning Electron Microscopy. Results of this study suggest that both the quail eggshell membranes and striped seabream wastes are suitable novel sources of collagen for the nutraceutical and pharmaceutical industries. Also, due to their biodegradability and biocompatibility, PHB/Collagen nanofibrous mats should be considered as very promising scaffolds for various biomedical applications.