Ултразвукова екстракция на микопротеин
В отговор на потребността от устойчиви и питателни хранителни алтернативи микопротеинът се утвърди като революционна съставка, получавана от гъби и използвана предимно за създаване на заместители на месото, често наричани „фалшиво месо“. Този източник на протеин предлага обещаващо решение за нарастващото търсене на хранителни режими на растителна основа, като осигурява плътна текстура, наподобяваща месо, и висока хранителна стойност. За разкриване на потенциала на микопротеина се прилага усъвършенствана техника за екстракция, известна като ултразвукова обработка със сонда. Този метод използва мощността на ултразвуковите вълни за ефективно освобождаване на микопротеина от гъбните клетки, като осигурява висок добив на протеин за забележително кратко време на обработка.
Ултразвукова екстракция на микопротеин
Екстракцията на микопротеин започва с култивирането на ядливи гъби, като Fusarium venenatum, в контролирани биореактори. Микопротеинът е затворен в тези гъбни клетки, което изисква надежден метод за екстракция за освобождаване на ценния протеин. Ултразвуковата обработка със сонда се откроява като идеална техника поради способността си да предизвиква мощно разрушаване на клетките. По време на този процес мощният ултразвук създава интензивни кавитационни сили, които разрушават клетъчните стени на гъбите и ефективно освобождават вътреклетъчното съдържание, включително протеини, липиди и други хранителни вещества. Това не само повишава ефективността на екстракцията, но и осигурява запазването на целостта и функционалните свойства на протеина.
Прилагането на ултразвукови вълни при екстракцията на микопротеин предлага няколко съществени предимства. На първо място, то постига равномерна хомогенизация, която е от решаващо значение за разработването на широка гама хранителни продукти с разнообразни текстури и вкусове. Независимо дали става дума за аналози на месото, богати на протеин закуски или заместители на млякото без млечни съставки, ултразвуковата обработка осигурява постоянно качество на микопротеина, което го прави универсална съставка в хранителната промишленост. Освен това краткото време за обработка, свързано с тази техника, води до по-висока производителност и намалено потребление на енергия в съответствие с целите за устойчивост на съвременното производство на храни. Ултразвуковата екстракция на микопротеин не само отговаря на нарастващото потребителско търсене на протеин на растителна основа, но и проправя пътя за иновативни и питателни хранителни решения.
Ултразвуков хомогенизатор UIP2000hdT (2kW) с периодичен реактор с непрекъснато разбъркване
Кинетика на освобождаването на протеин от Fusarium Venenatum чрез ултразвукова обработка със смилане
източник: Prakash et al. 2014
Практическо изследване – ултразвуково освобождаване на микопротеин
Prakash et al. (2014) изследват ефектите на ултразвуковата обработка върху освобождаването на микопротеин от Fusarium Venenatum. Те постигат максимална скорост на освобождаване на протеин от 580μg екстрахиран микопротеин в рамките на 0,680 min.
Влияние на метода на ултразвукова обработка със смилане върху освобождаването на протеин от Fusarium venenatum
източник: Prakash et al. 2014
- Висок добив / пълна екстракция
- Високо качество
- Бърза
- Щадяща, нетермична
- Прецизно контролируема
- Икономически ефективна
- Лесна и безопасна за работа
Микопротеин
Микопротеинът е едноклетъчен протеин, съдържащ се в гъбите. Тъй като осигурява голямо количество протеин и фибри, микопротеинът се счита за здравословен и устойчив източник на аминокиселини с висока хранителна стойност. Микопротеинът обикновено съдържа около 45% протеин и 25% фибри спрямо сухото тегло. Микопротеинът е богат на незаменими аминокиселини и със състав от приблизително 41% общ протеин предлага съдържание на протеин, сходно с това на спирулината. Това прави микопротеина интересен източник на протеин за вегетарианци и вегани. Микопротеинът е богат на фибри. Съдържанието му на фибри включва приблизително една трета хитин (N-ацетилглюкозамин) и две трети β-глюкани (1,3-glucan и 1,6-glucan). С високото си съдържание на протеин и фибри микопротеинът е здравословен и устойчив хранителен източник.
(вж. Finnigan et al. 2019)
Ултразвукова екстракция – принцип на действие и предимства
Ултразвуковата екстракция се основава на явлението акустична (ултразвукова) кавитация. Когато мощни ултразвукови вълни се предават в течност или суспензия, редуващите се цикли на високо и ниско налягане свиват и разширяват течността, като създават миниатюрни вакуумни мехурчета в средата. Тези вакуумни мехурчета нарастват в продължение на няколко цикъла на високо/ниско налягане, докато достигнат момент, в който газовото мехурче не може да поглъща повече енергия. В момента на максималното си нарастване мехурчето имплодира бурно по време на цикъл на високо налягане. При имплозията на мехурчето локално възникват екстремни условия, като много висока температура, налягания и съответни разлики в налягането и температурата, както и течни струи със скорост до 280m/sec. Тези интензивни сили перфорират и разрушават клетъчните стени и подпомагат масообмена между вътрешността на клетката и околната течност. Вътреклетъчният материал, като протеини, липиди и други биоактивни съединения, преминава в течността, откъдето може лесно да бъде отделен за последващи процеси.
Ползи от ултразвуковата екстракция на микопротеин
Екстракцията с помощта на ултразвук (UAE) е високоефективна техника за освобождаване и изолиране на вътреклетъчен материал, като протеини, липиди и биоактивни вещества (напр. витамини и полифеноли). Ултразвуковата обработка представлява интензификация на процеса, която увеличава масообмена между вътрешността на клетката и течността. Ултразвуковата екстракция води до по-висок добив, съкратено време за обработка, по-високо качество на екстракта, намалени разходи за обработка и по-ниско потребление на енергия.
Ултразвукови хомогенизатори за обработка на микопротеин
Ултразвуковите устройства за разрушаване на клетките и екстракторите са утвърдени средства в предприятията за преработка на храни. Като създават кавитационни сили с интензивно срязване, ултразвуковите устройства се използват за изолиране на биоактивни съединения от растителен материал и за хомогенизиране на две или повече фази в еднородна смес.
Hielscher Ultrasonics предлага широка гама високопроизводителни ултразвукови устройства от лабораторен до промишлен мащаб.
Промишлените ултразвукови устройства на Hielscher могат да осигуряват много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при голямо натоварване и в тежки условия.
Стандартизиране на процеса с Hielscher Ultrasonics
Екстрактите, използвани в храни или фармацевтични продукти, трябва да се произвеждат в съответствие с добрите производствени практики (GMP) и при стандартизирани спецификации за обработка. Цифровите ултразвукови устройства на Hielscher Ultrasonics са оборудвани с интелигентен софтуер, който улеснява прецизното задаване и контролиране на процеса на ултразвукова обработка. Автоматичното регистриране на данни записва всички параметри на ултразвуковия процес, като ултразвукова енергия (обща и нетна енергия), амплитуда, температура и налягане (когато са монтирани сензори за температура и налягане), с дата и час върху вградената SD карта. Това ви позволява да преглеждате данните за всяка ултразвуково обработена партида. Същевременно се осигуряват възпроизводимост и постоянно високо качество на продукта.
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови устройства:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | по-голям | група от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Мощни ултразвукови хомогенизатори от лабораторен до пилотен и промишлен мащаб.
Полезни факти
Какво е микопротеин?
Микопротеинът е така нареченият едноклетъчен протеин, което означава, че се получава от едноклетъчен организъм. При микопротеина едноклетъчният организъм е гъба. Затова микопротеинът е известен и като гъбен протеин. Сричката „мико“ произлиза от гръцката дума „mykes“, която означава гъба.
За производството на микопротеин обикновено се използва гъбата Fusarium venenatum. Тя е микроскопична гъба от рода Fusarium и има високо съдържание на протеин.
За промишленото производство на микопротеин гъбни спори се култивират и ферментират в хранителна среда от глюкоза и други хранителни вещества. Последващите етапи на обработка включват обработка с пара, охлаждане и замразяване на гъбната биомаса с намалено съдържание на РНК. Накрая се получава маса с високо съдържание на протеин и фибри, която може да бъде превърната в различни хранителни продукти, като заместители на месото или хранителни добавки. Микопротеинът се използва предимно за производство на така нареченото „фалшиво месо“, което представлява заместители или аналози на месото.
Как се произвежда микопротеин?
Микопротеинът се произвежда чрез ферментация на определена гъба, обикновено Fusarium venenatum, в големи биореактори, където гъбата расте и се размножава. След това гъбната биомаса се събира, а микопротеинът се екстрахира чрез методи като ултразвукова обработка със сонда, за да се разрушат клетъчните стени и да се освободи протеинът, който впоследствие се преработва в различни хранителни продукти.
Какви са предимствата на микопротеина?
Микопротеинът предлага няколко предимства, включително това, че е хранителен източник с високо съдържание на протеин и ниско съдържание на мазнини и холестерол, което го прави здравословна алтернатива на месото. Той е богат на хранителни фибри, подпомага контрола на теглото и растежа на мускулите. Освен това производството на микопротеин има по-малко въздействие върху околната среда в сравнение с традиционното производство на месо, като изисква по-малко земя и вода и отделя по-малко парникови газове. Той също така е универсална съставка за създаване на различни заместители на месото, които отговарят на нарастващото търсене на хранителни режими на растителна основа.
Литература / Източници
- 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.