استخلاص البروتين الفطري بالموجات فوق الصوتية
تلبيةً للطلب على بدائل غذائية مستدامة ومغذية، برز البروتين الفطري بوصفه مكوّنًا ثوريًا يُستخلص من الفطريات ويُستخدم أساسًا في تصنيع بدائل اللحوم، التي يُشار إليها غالبًا باسم «اللحوم الاصطناعية». ويوفر هذا المصدر البروتيني حلًا واعدًا للطلب المتزايد على الأنظمة الغذائية النباتية، إذ يمنح قوامًا غنيًا شبيهًا باللحوم وقيمة غذائية عالية. وللاستفادة من إمكانات البروتين الفطري، تُستخدم تقنية استخلاص متقدمة تُعرف بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار. وتستفيد هذه الطريقة من قوة الموجات فوق الصوتية لتحرير البروتين الفطري بكفاءة من الخلايا الفطرية، مما يضمن مردودًا مرتفعًا من البروتين خلال وقت معالجة قصير على نحو ملحوظ.
استخلاص البروتين الفطري بالموجات فوق الصوتية
يبدأ استخلاص البروتين الفطري بزراعة فطريات صالحة للأكل، مثل Fusarium venenatum، في مفاعلات حيوية خاضعة للضبط. ويكون البروتين الفطري محتجزًا داخل هذه الخلايا الفطرية، مما يستلزم طريقة استخلاص قوية لتحرير هذا البروتين القيّم. وتبرز المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار بوصفها تقنية مثالية لقدرتها على إحداث تفكيك قوي للخلايا. وخلال هذه العملية، تولّد الموجات فوق الصوتية عالية القدرة قوى تجويف شديدة تُفكك الجدران الخلوية للفطريات، فتُحرر بفعالية محتويات الخلايا، بما فيها البروتينات والدهون والعناصر الغذائية الأخرى. ولا يعزز ذلك كفاءة الاستخلاص فحسب، بل يضمن أيضًا الحفاظ على سلامة البروتين وخصائصه الوظيفية.
يوفر استخدام الموجات فوق الصوتية في استخلاص البروتين الفطري عدة مزايا مهمة. أولًا، يحقق تجانسًا منتظمًا، وهو أمر بالغ الأهمية لتطوير مجموعة واسعة من المنتجات الغذائية ذات القوام والنكهات المتنوعة. وسواء استُخدمت هذه التقنية لإنتاج نظائر اللحوم أو الوجبات الخفيفة الغنية بالبروتين أو بدائل الحليب الخالية من الألبان، فإن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تتيح الحصول على جودة ثابتة للبروتين الفطري، مما يجعله مكوّنًا متعدد الاستخدامات في صناعة الأغذية. إضافةً إلى ذلك، يؤدي قِصر وقت المعالجة المرتبط بهذه التقنية إلى زيادة الإنتاجية وخفض استهلاك الطاقة، بما يتوافق مع أهداف الاستدامة في إنتاج الأغذية الحديث. ولا يلبي استخلاص البروتين الفطري بالموجات فوق الصوتية الطلب المتزايد لدى المستهلكين على البروتين النباتي فحسب، بل يمهّد أيضًا الطريق لحلول غذائية مبتكرة ومغذية.
مجانس بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT (2kW) مع مفاعل دفعي يُحرَّك باستمرار
حركية تحرر البروتين من Fusarium Venenatum بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية مع الطحن
المصدر: Prakash وآخرون، 2014
دراسة حالة – تحرير البروتين الفطري بالموجات فوق الصوتية
درس Prakash وآخرون (2014) تأثيرات المعالجة بالموجات فوق الصوتية في تحرر البروتين الفطري من Fusarium Venenatum. وحققوا معدلًا أقصى لتحرر البروتين بلغ 580μg من البروتين الفطري المستخلص خلال 0.680 min.
تأثير طريقة المعالجة بالموجات فوق الصوتية مع الطحن في تحرر البروتين من Fusarium venenatum
المصدر: Prakash وآخرون، 2014
- مردود مرتفع / استخلاص كامل
- جودة عالية
- سريع
- لطيف، غير حراري
- قابل للضبط بدقة
- فعّال من حيث التكلفة
- سهل وآمن التشغيل
البروتين الفطري
البروتين الفطري هو بروتين أحادي الخلية موجود في الفطريات. وبفضل محتواه المرتفع من البروتين والألياف، يُعد مصدرًا صحيًا ومستدامًا للأحماض الأمينية ذات القيمة الغذائية. ويحتوي البروتين الفطري عادةً على نحو 45% من البروتين و25% من الألياف على أساس الوزن الجاف. وهو غني بالأحماض الأمينية الأساسية، ومع احتوائه على نحو 41% من البروتين الكلي، فإنه يوفر محتوى بروتينيًا مماثلًا لمحتوى السبيرولينا. وهذا يجعله مصدرًا بروتينيًا جديرًا بالاهتمام للنباتيين والنباتيين الصرف. والبروتين الفطري غني بالألياف. ويتكون محتواه من الألياف تقريبًا من ثلث من الكيتين (N-acetylglucosamine) وثلثين من β-glucans (1,3-glucan و1,6-glucan). وبفضل محتواه المرتفع من البروتين والألياف، يُعد البروتين الفطري مصدرًا غذائيًا صحيًا ومستدامًا.
(راجع Finnigan وآخرين، 2019)
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية – مبدأ العمل والفوائد
يعتمد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على ظاهرة التجويف الصوتي (بالموجات فوق الصوتية). وعندما تُقرن موجات فوق صوتية قوية بسائل أو بمعلّق، تؤدي دورات الضغط المرتفع والمنخفض المتعاقبة إلى انضغاط السائل وتمدده، فتُنشئ فقاعات فراغية دقيقة في الوسط. وتنمو هذه الفقاعات الفراغية على مدى عدة دورات من الضغط المرتفع والمنخفض، حتى تصل إلى نقطة تعجز عندها الفقاعة الغازية عن امتصاص أي طاقة إضافية. وعند بلوغ أقصى نمو، تنهار الفقاعة إلى الداخل بعنف خلال دورة ضغط مرتفع. وأثناء انهيار الفقاعة، تنشأ موضعيًا ظروف شديدة، مثل درجات حرارة وضغوط مرتفعة جدًا وفروق مقابلة في الضغط ودرجة الحرارة، فضلًا عن نفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280m/sec. وتثقب هذه القوى الشديدة الجدران الخلوية وتُحطمها، وتعزز انتقال الكتلة بين داخل الخلية والسائل المحيط. وتنتقل المواد الموجودة داخل الخلايا، مثل البروتينات والدهون والمركبات الأخرى النشطة حيويًا، إلى السائل، حيث يمكن فصلها بسهولة لإجراء عمليات المعالجة اللاحقة.
فوائد استخلاص البروتين الفطري بالموجات فوق الصوتية
الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) هو تقنية عالية الكفاءة لتحرير المواد الموجودة داخل الخلايا وعزلها، مثل البروتينات والدهون والمواد النشطة حيويًا (مثل الفيتامينات والبوليفينولات). وتُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية وسيلة لتكثيف العملية، إذ تزيد انتقال الكتلة بين داخل الخلية والسائل. ويؤدي الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية إلى مردود أعلى، ووقت معالجة أقصر، وجودة أفضل للمستخلص، وتكاليف معالجة أقل، واستهلاك أقل للطاقة.
مجانسات بالموجات فوق الصوتية لمعالجة البروتين الفطري
تُعد أجهزة تفكيك الخلايا والاستخلاص بالموجات فوق الصوتية أدوات راسخة الاستخدام في منشآت معالجة الأغذية. وتوفر أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية قوى قص عالية ناتجة عن التجويف، وتُستخدم لعزل المركبات النشطة حيويًا من المواد النباتية ولتجنيس طورين أو أكثر للحصول على خليط متجانس.
تقدم Hielscher Ultrasonics مجموعة واسعة من أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء، بأحجام تبدأ من المختبر وتصل إلى الحجم الصناعي.
يمكن لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية الصناعية من Hielscher توفير سعات اهتزاز عالية جدًا. ويمكن بسهولة تشغيلها باستمرار بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm في تشغيل 24/7. وللحصول على سعات اهتزاز أعلى، تتوفر سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية. وتتيح متانة معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher التشغيل بنظام 24/7 تحت أحمال شديدة وفي بيئات تتطلب أداءً عاليًا.
توحيد معايير العملية مع Hielscher Ultrasonics
ينبغي إنتاج المستخلصات المستخدمة في الأغذية أو المستحضرات الصيدلانية وفقًا لممارسات التصنيع الجيدة (GMP) وبموجب مواصفات معالجة موحدة. وتأتي أجهزة المعالجة الرقمية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics مزودة ببرمجيات ذكية تُسهّل إعداد عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية والتحكم فيها بدقة. ويسجل التسجيل التلقائي للبيانات جميع معلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية، مثل طاقة الموجات فوق الصوتية (الطاقة الكلية والصافية)، وسعة الاهتزاز، ودرجة الحرارة، والضغط (عند تركيب مستشعرات درجة الحرارة والضغط)، مع طابع للتاريخ والوقت على بطاقة SD المدمجة. ويتيح لك ذلك مراجعة كل دفعة عولجت بالموجات فوق الصوتية. وفي الوقت نفسه، تُضمن قابلية تكرار النتائج واستمرار الجودة العالية للمنتج.
يعطيك الجدول أدناه فكرة عن قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة، بدءًا من المختبر وصولًا إلى النطاق التجريبي و النطاق الصناعي .
حقائق جديرة بالمعرفة
ما البروتين الفطري؟
البروتين الفطري هو ما يُسمى بروتينًا أحادي الخلية، مما يعني أنه مشتق من كائن حي أحادي الخلية. وفي حالة البروتين الفطري، يكون الكائن الحي أحادي الخلية فطرًا. ولذلك يُعرف أيضًا باسم البروتين الفطري. والمقطع «myco» مشتق من الكلمة اليونانية «mykes»، التي تعني فطرًا.
يُعد Fusarium venenatum الفطر الشائع الاستخدام لإنتاج البروتين الفطري. وهو فطر مجهري من جنس Fusarium، ويتميز بمحتوى بروتيني مرتفع.
لإنتاج البروتين الفطري تجاريًا، تُزرع أبواغ الفطريات وتُخمّر في وسط سائل يحتوي على الغلوكوز وعناصر غذائية أخرى. وتشمل خطوات المعالجة اللاحقة المعالجة بالبخار والتبريد وتجميد الكتلة الحيوية الفطرية التي خُفّض محتواها من RNA. وفي النهاية، تُحصل كتلة غنية بالبروتين والألياف، يمكن تحويلها إلى منتجات غذائية متنوعة، مثل بدائل اللحوم أو المضافات الغذائية. ويُستخدم البروتين الفطري أساسًا لإنتاج ما يُسمى «اللحوم الاصطناعية»، وهي بدائل اللحوم أو نظائرها.
كيف يُنتَج البروتين الفطري؟
يُنتَج البروتين الفطري بتخمير فطر معين، عادةً Fusarium venenatum، في مفاعلات حيوية كبيرة ينمو فيها الفطر ويتكاثر. ثم تُحصد الكتلة الحيوية الفطرية، ويُستخلص البروتين الفطري باستخدام طرق مثل المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار لتفكيك الجدران الخلوية وتحرير البروتين، الذي يُعالج لاحقًا لإنتاج منتجات غذائية متنوعة.
ما مزايا البروتين الفطري؟
يوفر البروتين الفطري عدة مزايا، منها أنه مصدر غذائي غني بالبروتين ومنخفض الدهون والكوليسترول، مما يجعله بديلًا صحيًا للحوم. وهو غني بالألياف الغذائية، ويساعد في التحكم بالوزن، ويدعم نمو العضلات. إضافةً إلى ذلك، فإن إنتاج البروتين الفطري أقل تأثيرًا في البيئة مقارنةً بإنتاج اللحوم التقليدي، إذ يتطلب مساحة أقل من الأراضي وكمية أقل من المياه، ويُطلق غازات دفيئة أقل. كما يوفر مكوّنًا متعدد الاستخدامات لإنتاج بدائل لحوم متنوعة، بما يلبي الطلب المتزايد على الأنظمة الغذائية النباتية.
المؤلفات / المراجع
- Prakash P.; Namasivayam S.K.R. (2014): Evaluation of Protein Release Rate from Mycoprotein – Fusarium Venenatum by Cell Disruption Method. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Vol 6, Issue 7, 2014. 491-493.
- Wan M. F. B. W. Nawawi, Mitchell Jones, Richard J. Murphy, Koon-Yang Lee, Eero Kontturi, Alexander Bismarck (2020): Nanomaterials Derived from Fungal Sources – Is It the New Hype? Biomacromolecules 21, 2020. 30-55.
- J. Lonchamp, M. Akintoye, P. S. Clegg, S. R. Euston (2020): Sonicated extracts from the Quorn fermentation co-product as oil-lowering emulsifiers and foaming agents. European Food Research and Technology (2020) 246:767–780.
- Tim JA Finnigan, Benjamin T Wall, Peter J Wilde, Francis B Stephens, Steve L Taylor, Marjorie R Freedman (2019): Mycoprotein: The Future of Nutritious Nonmeat Protein, a Symposium Review. Current Developments in Nutrition, June 2019.