Ултразвукова екстракция за производство на легхемоглобин

По-чист, по-бърз и по-лесно мащабируем начин за извличане на молекулата, която придава „месен“ характер на храните на растителна основа: легхемоглобинът – съдържащият хем белтък, отговорен за аромата, цвета и вкуса на месото – се превърна в една от най-ценните биомолекули в производството на храни на растителна основа. Легхемоглобинът традиционно се произвежда чрез ферментация или сложна последваща преработка, а екстракцията му остава скъпа и трудна за мащабиране. Обработката с ултразвук променя изцяло това положение.
Ултразвуковата обработка позволява ефективно освобождаване, диспергиране и стабилизиране на соевите хемоглобинови белтъци, като предлага ясен път към екстракция на легхемоглобин в промишлен мащаб.

Защо легхемоглобинът е важен

Легхемоглобинът естествено се среща в изобилие в кореновите грудки на соята и играе ключова биологична роля в регулирането на кислорода. При приложения в храните неговата хемова група катализира реакции, формиращи вкуса по време на готвене, като наподобява в голяма степен месото от животински произход. Изследователите са потвърдили, че соевият легхемоглобин запазва способността си да свързва хем, пероксидазната си активност и смилаемостта си, което го прави подходяща и безопасна хранителна съставка.
Предизвикателството никога не е било във функционалността – то е било в ефективната екстракция и мащабируемата обработка.
Ултразвуковата екстракция увеличава добива на легхемоглобин, запазва функционалността на хема в легхемоглобина и може да се мащабира линейно от лабораторно до промишлено производство, което я прави високоефективен и надежден метод за производство на легхемоглобин за приложения в храни на растителна основа.

Екстракция на легхемоглобин от соя или биореактори с E. coli

Легхемоглобинът може да се получава по два принципно различни начина, но днес промишленото производство разчита на микробен синтез, а не на директна екстракция от соя. Въпреки че легхемоглобинът естествено се среща във високи концентрации в кореновите грудки на соята, директната екстракция от растения е непрактична в голям мащаб поради ниските добиви на извлекаем продукт, променливостта на земеделското производство и сложното последващо пречистване. В резултат легхемоглобинът се произвежда предимно чрез биосинтез в генетично модифицирани микроорганизми, най-често Escherichia coli или дрожди, в които генът за соев легхемоглобин се въвежда и експресира при контролирани условия в биореактор. Скорошни изследвания показват, че системи, базирани на E. coli, включително клетъчни и безклетъчни биореактори, могат да произвеждат функционален соев легхемоглобин с правилна аминокиселинна последователност, способност за свързване на хем и ензимна активност, което прави микробния синтез предпочитания промишлен метод.
Ултразвуковите екстрактори са подходящи за екстракция на легхемоглобин и от двата източника – коренови грудки на соя и биореактори с E.coli.

Как ултразвукът подобрява екстракцията на легхемоглобин

Ултразвуковата обработка действа чрез генериране на високоинтензивна акустична кавитация в течни среди. Когато микроскопичните мехурчета колабират, те създават локализирани сили на срязване, които:

• Разрушават клетъчните структури на растенията и микроорганизмите
• Освобождават вътреклетъчни белтъци като легхемоглобина
• Намаляват белтъчните агрегати и подобряват диспергирането
• Ускоряват масопреноса без агресивни химикали

В контролирани лабораторни системи вече е доказано, че ултразвуковата обработка разгражда хемоглобиновите агрегати и намалява размера на частиците с порядъци, като същевременно запазва функционалността на белтъците.

Това е особено важно за легхемоглобина, при който агрегацията и неравномерното диспергиране могат да ограничат добива и ефективността на последващата обработка.

От лабораторията до завода: линейна мащабируемост с промишлени ултразвукови процесори

Едно от най-големите предимства на ултразвука е линейната мащабируемост. За разлика от механичната хомогенизация или смилането в мелница с микросфери, вложената ултразвукова енергия се мащабира пряко с обема на обработката. Това означава, че параметрите, оптимизирани в настолни лабораторни системи – като амплитуда, енергийна плътност и време на престой – могат да се пренасят надеждно към пилотен и производствен мащаб.

Промишлените ултразвукови системи на Hielscher Ultrasonics са специално проектирани за тази цел. Техните мощни ултразвукови процесори с непрекъснат поток позволяват:

• Екстракция в технологичната линия от соеви суспензии
• Възпроизводимо освобождаване на белтъци в мащаб от килограми и тонове
• Прецизен контрол на вложената енергия (W/L)
• Промишлена работа 24/7 с материали, подходящи за контакт с храни

Тези системи позволяват на производителите да преминават безпроблемно от научноизследователска и развойна дейност към търговско производство без препроектиране на процеса.

По-чиста обработка, по-добро качество на белтъците

Друго голямо предимство на ултразвуковата екстракция е чистотата на процеса. Изследванията показват, че ултразвукът може да намали зависимостта от агресивни разтворители или прекомерна термична обработка, като и двете носят риск от увреждане на хемовата група или денатуриране на белтъците.

При правилен контрол на температурата ултразвуковата обработка запазва:

• Целостта на хема
• Свойствата за свързване на кислород
• Смилаемостта при симулирани стомашни условия

Това отговаря добре на търсенето в индустрията на устойчиви технологии за обработка, позволяващи продукти с чист етикет.

Какво означава това за храните на растителна основа

Тъй като търсенето на месо на растителна основа продължава да нараства, производителите търсят начини да намалят разходите, като същевременно подобрят постоянството на характеристиките на продуктите. Ултразвуковата екстракция предлага убедително решение:

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

В съчетание с ултразвукови реактори за промишлена употреба на Hielscher Ultrasonics технологията осигурява пряк път към икономически жизнеспособно производство на легхемоглобин.

Научните доказателства вече подкрепят това, което инженерите по технологични процеси отдавна предполагат: ултразвукът не е само лабораторен инструмент – той е основно средство за промишлена работа. При екстракцията на легхемоглобин от соя ултразвуковата обработка осигурява ефективност, мащабируемост и качество на продукта в една платформа.

Тъй като секторът на храните на растителна основа продължава да разширява мащаба си, ултразвуковата екстракция може да се превърне в основната технология, която най-после прави производството на легхемоглобин по-бързо, по-чисто и икономически устойчиво.

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

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите процесори на Hielscher са добре известни с най-високите си стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови процесори в промишлени съоръжения. Ултразвуковите процесори на Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни среди.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителни ултразвукови процесори, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство при работа. Разбира се, ултразвуковите процесори на Hielscher са в съответствие с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.