Ultrazvučna ekstrakcija mikoproteina
Odgovarajući na potrebe za održivim i hranjivim alternativama u prehrani, mikoprotein se pojavio kao revolucionaran sastojak koji se dobiva iz gljiva i prvenstveno se koristi za izradu zamjena za meso, koje se često nazivaju “lažno meso”. Ovaj izvor proteina nudi obećavajuće rješenje za sve veću potražnju za biljnom prehranom, pružajući bogatu teksturu nalik mesu i visoku nutritivnu vrijednost. Kako bi se otključao potencijal mikoproteina, primjenjuje se napredna tehnika ekstrakcije poznata kao ultrazvučna obrada sondom (probetype sonication). Ova metoda koristi snagu ultrazvučnih valova za efikasno oslobađanje mikoproteina iz gljivičnih ćelija, osiguravajući visoke prinose proteina u izuzetno kratkom vremenu obrade.
Ultrazvučna ekstrakcija mikoproteina
Ekstrakcija mikoproteina počinje uzgojem jestivih gljiva, kao što je Fusarium venenatum, u kontroliranim bioreaktorima. Unutar tih gljivičnih ćelija mikoprotein je inkapsuliran, što zahtijeva robusnu metodu ekstrakcije kako bi se oslobodio vrijedan protein. Ultrazvučna obrada sondom izdvaja se kao idealna tehnika zbog svoje sposobnosti da izazove snažnu razgradnju ćelija. Tokom ovog procesa ultrazvuk velike snage stvara intenzivne kavitacijske sile koje razgrađuju ćelijske zidove gljiva, učinkovito oslobađajući unutarćelijski sadržaj, uključujući proteine, lipide i druge hranjive tvari. To ne samo da povećava efikasnost ekstrakcije nego i osigurava očuvanje integriteta i funkcionalnih svojstava proteina.
Primjena ultrazvučnih valova u ekstrakciji mikoproteina nudi nekoliko značajnih prednosti. Kao prvo, postiže se ujednačena homogenizacija, koja je ključna za razvoj širokog spektra prehrambenih proizvoda raznolikih tekstura i okusa. Bilo da se radi o analozima mesa, grickalicama bogatim proteinima ili zamjenama za mlijeko bez mliječnih sastojaka, ultrazvučna obrada omogućuje dosljednu kvalitetu mikoproteina, čineći ga svestranim sastojkom u prehrambenoj industriji. Osim toga, brzo vrijeme obrade povezano s ovom tehnikom znači veću produktivnost i smanjenu potrošnju energije, što je u skladu s ciljevima održivosti moderne proizvodnje hrane. Ultrazvučna ekstrakcija mikoproteina ne samo da zadovoljava rastuću potražnju potrošača za biljnim proteinima nego i otvara put inovativnim i hranjivim prehrambenim rješenjima.
Ultrazvučni homogenizator UIP2000hdT (2kW) s kontinuirano miješanim šaržnim reaktorom
Kinetika oslobađanja proteina iz Fusarium Venenatum ultrazvučnom obradom uz mljevenje
izvor: Prakash et al. 2014
Studija slučaja – ultrazvučno oslobađanje mikoproteina
Prakash et al. (2014) istražili su učinke ultrazvučne obrade na oslobađanje mikoproteina iz Fusarium Venenatum. Postigli su maksimalnu brzinu oslobađanja proteina od 580μg ekstrahiranog mikoproteina u roku od 0,680 min.
Učinak metode ultrazvučne obrade uz mljevenje na oslobađanje proteina iz Fusarium venenatum
izvor: Prakash et al. 2014
- Visok prinos / potpuna ekstrakcija
- Visoka kvaliteta
- Brza
- Blaga, netermička
- Precizno upravljiva
- Isplativa
- Jednostavna i sigurna za rukovanje
Mikoprotein
Mikoprotein je jednoćelijski protein prisutan u gljivama. Zbog visokog udjela proteina i vlakana mikoprotein se smatra zdravim i održivim izvorom nutritivno vrijednih aminokiselina. Mikoprotein tipično sadrži oko 45% proteina i 25% vlakana u suhoj tvari. Mikoprotein je bogat esencijalnim aminokiselinama i sa sastavom od otprilike 41% ukupnih proteina ima sličan sadržaj proteina kao spirulina. To mikoprotein čini zanimljivim izvorom proteina za vegetarijance i vegane. Mikoprotein je bogat vlaknima. Njegov sadržaj vlakana čini otprilike jedna trećina hitina (N-acetilglukozamin) i dvije trećine β-glukana (1,3-glukan i 1,6-glukan). Zbog visokog sadržaja proteina i vlakana mikoprotein je zdrav i održiv izvor hrane.
(usp. Finnigan et al. 2019)
Ultrazvučna ekstrakcija – princip rada i prednosti
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na pojavi akustične (ultrazvučne) kavitacije. Kada se ultrazvučni valovi velike snage unose u tekućinu ili suspenziju, naizmjenični ciklusi visokog i niskog tlaka sabijaju i šire tekućinu, stvarajući sitne vakuumske mjehuriće u mediju. Ti vakuumski mjehurići rastu tokom nekoliko ciklusa visokog/niskog tlaka dok ne dosegnu točku u kojoj mjehurić plina ne može apsorbirati dodatnu energiju. U točki maksimalnog rasta mjehurić silovito implodira tokom ciklusa visokog tlaka. Tokom implozije mjehurića javljaju se lokalno ekstremni uvjeti, kao što su vrlo visoka temperatura, tlakovi i odgovarajuće razlike tlaka i temperature, kao i mlazevi tekućine brzine do 280m/sec. Te intenzivne sile perforiraju i razaraju ćelijske zidove i potiču prijenos mase između unutrašnjosti ćelije i okolne tekućine. Unutarćelijski materijal, kao što su proteini, lipidi i drugi bioaktivni spojevi, prelazi u tekućinu iz koje se može lako izdvojiti za naknadne procese.
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije mikoproteina
Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) je vrlo efikasna tehnika za oslobađanje i izdvajanje unutarćelijskog materijala kao što su proteini, lipidi i bioaktivne tvari (npr. vitamini i polifenoli). Sonifikacija je intenzifikacija procesa koja povećava prijenos mase između unutrašnjosti ćelije i tekućine. Ultrazvučna ekstrakcija rezultira višim prinosima, kraćim vremenom obrade, vrhunskom kvalitetom ekstrakta, nižim troškovima obrade i manjom potrošnjom energije.
Ultrazvučni homogenizatori za obradu mikoproteina
Ultrazvučni razgrađivači ćelija i ekstraktori dobro su uhodani alati u pogonima za preradu hrane. Zahvaljujući kavitacijskim visokim smičnim silama, ultrazvučni uređaji koriste se za izdvajanje bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala i za homogenizaciju dviju ili više faza u ujednačenu smjesu.
Hielscher Ultrasonics nudi širok portfelj visokoučinkovitih ultrazvučnih uređaja od laboratorijske do industrijske veličine.
Hielscher industrijski sonikatori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako i kontinuirano koristiti u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher omogućuje rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Standardizacija procesa uz Hielscher Ultrasonics
Ekstrakti koji se koriste u hrani ili farmaceutskim proizvodima trebaju se proizvoditi u skladu s dobrom proizvođačkom praksom (GMP) i prema standardiziranim specifikacijama obrade. Hielscher Ultrasonics digitalni sonikatori dolaze s inteligentnim softverom koji omogućuje jednostavno i precizno postavljanje i kontrolu procesa ultrazvučne obrade. Automatsko bilježenje podataka zapisuje sve ultrazvučne procesne parametre, kao što su ultrazvučna energija (ukupna i neto energija), amplituda, temperatura i tlak (kada su ugrađeni senzori temperature i tlaka), s datumom i vremenskom oznakom na ugrađenu SD karticu. To vam omogućuje da naknadno pregledate svaku ultrazvučno obrađenu šaržu. Istovremeno se osiguravaju ponovljivost i kontinuirano visoka kvaliteta proizvoda.
Tabela u nastavku daje orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijskih do pilotskih i industrijskih razmjera.
Korisno je znati
Što je mikoprotein?
Mikoprotein je takozvani jednoćelijski protein, što znači da potječe od jednoćelijskog organizma. Kod mikoproteina taj jednoćelijski organizam je gljiva. Stoga je mikoprotein poznat i kao gljivični protein. Slog „myco” potječe od grčke riječi „mykes”, što znači gljiva.
Za proizvodnju mikoproteina obično se koristi gljiva Fusarium venenatum. To je mikrogljiva iz roda Fusarium i ima visok sadržaj proteina.
Da bi se mikoprotein proizvodio komercijalno, spore gljiva uzgajaju se i fermentiraju u podlozi od glukoze i drugih hranjivih tvari. Naknadni koraci obrade uključuju kuhanje na pari, hlađenje i zamrzavanje gljivične biomase sa smanjenim udjelom RNK. Na kraju se dobiva masa bogata proteinima i vlaknima , koja se može preraditi u različite prehrambene proizvode, kao što su zamjene za meso ili prehrambeni aditivi. Mikoprotein se uglavnom koristi za proizvodnju takozvanog „lažnog mesa”, odnosno zamjena za meso ili analoga mesa.
Kako se proizvodi mikoprotein?
Mikoprotein se proizvodi fermentacijom određene gljive, tipično Fusarium venenatum, u velikim bioreaktorima u kojima gljiva raste i razmnožava se. Gljivična biomasa se zatim prikuplja, a mikoprotein se ekstrahira metodama kao što je ultrazvučna obrada sondom (probetype sonication) kako bi se razgradili ćelijski zidovi i oslobodio protein, koji se potom prerađuje u različite prehrambene proizvode.
Koje su prednosti mikoproteina?
Mikoprotein nudi nekoliko prednosti, uključujući to što je izvor hrane bogat proteinima, s malo masti i malo kolesterola, zbog čega je zdrava alternativa mesu. Bogat je prehrambenim vlaknima, pomaže u kontroli tjelesne težine i podržava rast mišića. Osim toga, proizvodnja mikoproteina ima manji utjecaj na okoliš u usporedbi s tradicionalnom proizvodnjom mesa, jer zahtijeva manje zemljišta i vode te emitira manje stakleničkih plinova. Također pruža svestran sastojak za izradu raznih zamjena za meso, čime odgovara na rastuću potražnju za biljnom prehranom.
Literatura / reference
- 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.