Ултразвукова екстракция за производство на легемоглобин

По-чист, по-бърз и мащабируем начин за отключване на “Месо” молекула зад растителните храни: Легхемоглобин – протеин, съдържащ хем, който е отговорен за аромата, цвета и вкуса на месото – се превърна в една от най-ценните биомолекули в хранително-вкусовата промишленост на растителна основа. Традиционно произвеждан чрез ферментация или сложна обработка надолу по веригата, добивът на легемоглобин остава скъп и труден за мащабиране. Ултразвуковата обработка променя изцяло това уравнение.
Ултразвуковата обработка дава възможност за ефективно освобождаване, диспергиране и стабилизиране на протеините на соевия хемоглобин, като предлага ясен път към екстракция на легемоглобин в промишлен мащаб.

Защо легемоглобинът има значение

Легхемоглобинът е в естествено изобилие в кореновите възли на соята и играе важна биологична роля в регулирането на кислорода. В хранително-вкусовата промишленост неговата хемна група катализира реакциите, които образуват вкуса по време на готвене, като наподобява животинското месо. Изследователите са потвърдили, че легхемоглобинът от соя запазва хемното свързване, пероксидазната активност и смилаемостта, което го прави жизнеспособна и безопасна хранителна съставка.
Предизвикателството никога не е било функционалност – е ефективно извличане и мащабируема обработка.
Ултразвуковата екстракция повишава добива на лехемоглобин, запазва хемната функционалност на лехемоглобина и може да бъде мащабирана линейно от лабораторно до промишлено производство, което я прави високоефективен и надежден метод за производство на лехемоглобин за хранителни приложения на растителна основа.

Извличане на легмоглобин от соя или биореактори на E. coli

Легхемоглобинът може да бъде получен по два коренно различни начина, но промишленото му производство днес се основава на микробен синтез, а не на директно извличане от соя. Въпреки че легхемоглобинът се среща в естествени условия във високи концентрации в кореновите възли на соята, директното извличане от растенията е непрактично в голям мащаб поради ниските добиви, променливостта на земеделските култури и сложното пречистване надолу по веригата. В резултат на това легхемоглобинът се произвежда предимно чрез биосинтез в модифицирани микроорганизми, най-често Escherichia coli или дрожди, където генът за легхемоглобин от соя е въведен и експресиран при контролирани условия в биореактор. Последните проучвания показват, че системите, базирани на E. coli, включително клетъчни и безклетъчни биореактори, могат да произвеждат функционален соев легхемоглобин с правилна аминокиселинна последователност, свързване на хема и ензимна активност, което прави микробния синтез предпочитан промишлен път.
Ултразвуковите екстрактори са подходящи за екстракция на легемоглобин и от двата източника – коренови възли на соя и биореактори с E.coli.

Как ултразвукът подобрява извличането на легемоглобин

Ултразвуковата обработка се осъществява чрез генериране на високоинтензивна акустична кавитация в течна среда. Когато микроскопичните мехурчета се свиват, те предизвикват локални сили на срязване, които:

• Нарушаване на структурата на растителните и микробните клетки
• Освобождаване на вътреклетъчни протеини като легемоглобин
• Намаляване на протеиновите агрегати и подобряване на дисперсията
• Ускоряване на масовия трансфер без агресивни химикали

В контролирани лабораторни системи вече е доказано, че соникацията разгражда агрегатите на хемоглобина и намалява размера на частиците с порядъци, като същевременно запазва функционалността на протеина.

Това е особено важно за легемоглобина, при който агрегацията и неравномерната дисперсия могат да ограничат добива и ефективността на обработката надолу по веригата.

От лабораторията до фабриката: Линейна мащабируемост с индустриални соникатори

Едно от най-големите предимства на ултразвука е линейното мащабиране. За разлика от механичната хомогенизация или фрезоването на топчета, входящата енергия на ултразвука се мащабира директно с обема на обработката. Това означава, че параметрите, оптимизирани на стенда - като амплитуда, енергийна плътност и време на престой - могат да бъдат надеждно прехвърлени към пилотния и производствения мащаб.

Промишлените ултразвукови системи от Hielscher Ultrasonics са специално проектирани за тази цел. Техните високомощни сонатори с непрекъснат поток позволяват:

• Инлайн екстракция от суспензии от соя
• Възпроизводимо освобождаване на протеини в килограми и тонове
• Прецизно управление на подаваната енергия (W/L)
• 24/7 индустриална работа с материали, подходящи за хранителни продукти

Тези системи позволяват на производителите да преминат безпроблемно от R&D до търговско производство, без да се налага да се преработва процесът.

По-чиста обработка, по-добро качество на протеините

Друго голямо предимство на ултразвуковата екстракция е чистотата на процеса. Проучванията показват, че ултразвукът може да намали зависимостта от агресивни разтворители или прекомерна термична обработка, които рискуват да увредят хемната група или да денатурират протеините.

Когато температурата се контролира правилно, соникацията запазва:

• Целостта на хема
• Свойства за свързване на кислорода
• Усвояемост при симулирани стомашни условия

Това е в съответствие с търсенето в индустрията на устойчиви технологии за преработка с чиста маркировка.

Какво означава това за храните от растителен произход

Тъй като търсенето на месо на растителна основа продължава да нараства, производителите търсят начини за намаляване на разходите, като същевременно подобряват консистенцията на продуктите. Ултразвуковата екстракция предлага убедително решение:

• По-високи добиви от соеви суровини
• По-кратко време за обработка
• Предсказуемо увеличаване на мащаба
• По-ниска оперативна сложност

В комбинация с ултразвукови реактори от индустриален клас от Hielscher Ultrasonics, технологията осигурява директен път към търговски жизнеспособно производство на легхемоглобин.

Научните доказателства потвърждават това, което инженерите по процеси отдавна подозират: ултразвукът не е просто лабораторен инструмент. – той е индустриален работен кон. За извличане на легемоглобин от соя ултразвуковата обработка осигурява ефективност, мащабируемост и качество на продукта в една платформа.

Тъй като секторът на храните на растителна основа продължава да се разраства, ултразвуковата екстракция може да се превърне в основната технология, която най-накрая ще направи производството на легемоглобин по-бързо, по-чисто и икономически устойчиво.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.