Zlepšená výroba hmyzího proteinu pomocí ultrazvuku

Hmyz je udržitelným a snadno chovatelným zdrojem vysoce kvalitních nutričních proteinů a lipidů. K oddělení proteinů a lipidů z hmyzu se používá ultrazvuková extrakce jako vysoce účinná a spolehlivá technologie. U sonikace byla prokázána vysoká rychlost extrakce, vysoké výtěžky proteinů a lipidů a rychlé zpracování hmyzích surovin prvotřídní kvality.

Proč extrahovat hmyzí proteiny výkonovým ultrazvukem?

Extrakt hmyzího proteinu je obvykle považován za kvalitnější než hmyzí moučka, protože obsahuje vyšší podíl proteinu a nižší podíl dalších nežádoucích látek, jako je chitin a tuky.
Hmyzí moučka se obvykle vyrábí rozemletím celého hmyzu na prášek, který může obsahovat značné množství nestravitelných látek, jako je chitin, exoskelety a další nevýživné složky. Naproti tomu extrakt hmyzího proteinu se obvykle vyrábí extrakcí proteinu z hmyzu, čímž vzniká čistší a koncentrovanější proteinový produkt. Ultrazvuková extrakce se prokazatelně osvědčila jako vysoce účinná výrobní technika pro vysoce kvalitní hmyzí protein.
Vyšší koncentrace proteinu v extraktu hmyzího proteinu znamená, že může poskytnout více proteinu na gram než hmyzí moučka, a je tak účinnějším zdrojem proteinu. Odstranění nevýživných složek navíc může učinit extrakt hmyzího proteinu snáze stravitelným a může snížit riziko trávicích potíží u zvířat a lidí, kteří jej konzumují.
Kromě toho může mít extrakt hmyzího proteinu ve srovnání s hmyzí moučkou jemnější chuť a pach, což jej činí pro spotřebitele atraktivnějším. Má také všestrannější využití, protože jej lze použít jako složku v široké škále potravinářských a krmivových produktů.

Ultrazvuková extrakce hmyzích proteinů

Ultrazvukovou extrakci lze snadno začlenit do běžného zpracování hmyzí moučky a umožňuje zhodnotit konečný produkt. Ultrazvukově extrahovaný hmyzí protein má ve srovnání s hmyzí moučkou vyšší kvalitu a nabízí vyšší nutriční hodnoty, lepší chuť a lepší funkční vlastnosti.

Obecný protokol extrakce hmyzího proteinu pomocí ultrazvukového sonikátoru sondového typu

Obecný protokol pro extrakci proteinů potravinářské kvality z larev bráněnky pomocí ultrazvukové sondy:
Materiály a vybavení:

• Larvy bráněnky nebo jiné druhy hmyzu, jako jsou larvy potemníka moučného (Tenebrio molitor), dospělci cvrčka dvouskvrnného (Gryllus bimaculatus) a kukly bource morušového (Bombyx mori) – předem odchované a sklizené
• Ultrazvukový sonikátor sondového typu
• Mixér nebo kuchyňský robot
• Destilovaná voda obsahující 9,46 mM kyseliny askorbové nebo jiné zvolené rozpouštědlo
• Centrifuga
• Skleněné nebo plastové nádoby
• Filtrační papír nebo síťové filtry

Návod krok za krokem pro extrakci hmyzího proteinu

1. Příprava hmyzích larev:
   • Sklidte larvy bráněnky z chovného systému.
   • Larvy důkladně omyjte destilovanou vodou, abyste odstranili veškeré zbytky nebo nečistoty.
   • Larvy zmrazte na -20°C nebo nižší teplotu, abyste inaktivovali enzymy a zachovali kvalitu proteinu.
2. Rozrušení larev:
   • Zmrazené larvy rozmrazte a přeneste je do mixéru nebo kuchyňského robotu.
   • Přidejte vhodný objem destilované vody nebo pufru, abyste dosáhli požadované koncentrace proteinu (např. 10% w/v).
   • Larvy mixujte nebo zpracovávejte, dokud nezískáte homogenní suspenzi.
   • Suspenzi přeneste do skleněné nebo plastové nádoby.
3. Odtučnění (volitelné):
   • Odtučnění hmyzí moučky je volitelný krok, který pomáhá zvýšit výtěžek a kvalitu proteinu. Obsah tuku v hmyzí moučce se snižuje ošetřením hexanem. Celkově se u většiny extraktů hmyzího proteinu určených k lidské spotřebě odtučnění doporučuje za účelem zlepšení kvality proteinu. Konvenční proces odtučnění hexanem je časově náročný. Sonikace může odtučnění hmyzí moučky výrazně urychlit!
4. Sonikace:
   • Ponořte sonotrodu ultrazvukového přístroje, např. UIP2000hdT, do larvální suspenze.
   • Nastavte parametry ultrazvukového přístroje, např. 100% amplitudu a dobu sonikace, v souladu s objemem a suspenzí.
   • Působte na larvální suspenzi ultrazvukovými vlnami za udržování konstantní teploty, abyste zabránili denaturaci proteinů.
   • Proces sonikace pomáhá rozrušit buňky a uvolnit proteiny z larev.
   • Během sonikace sledujte teplotu. Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou vybaveny teplotním čidlem a regulací teploty.
5. Centrifugace:
   • Po sonikaci přeneste sonikovanou larvální suspenzi do centrifugačních zkumavek.
   • Zkumavky centrifugujte při vhodných otáčkách a po vhodnou dobu, abyste oddělili supernatant obsahující proteiny od pevných zbytků a nerozrušených buněk.
   • Odeberte supernatant, který obsahuje extrahované proteiny, a přeneste jej do čisté nádoby.
   • Volitelně v případě potřeby krok centrifugace zopakujte, abyste odstranili všechny zbývající pevné částice. Alternativně lze jako techniku separace proteinů použít filtraci.
6. Analýza a skladování proteinů:
   • Proveďte analýzu proteinů, abyste posoudili kvalitu a složení extrahovaných proteinů.
7. Skladování:
   • Extrahované proteiny skladujte ve vhodných nádobách na chladném, suchém a tmavém místě.

 
Hmyz jako zdroj potravy: Hmyz, jako jsou cvrčci, červi, mouchy a larvy, je bohatý na proteiny. Aby bylo možné uspokojit rostoucí poptávku po vysoce kvalitních proteinech, začal být hmyz ceněn jako zdravý, udržitelný a ekologický zdroj proteinu, který se používá v potravinách pro lidi, v krmivech pro domácí zvířata a v krmivech pro hospodářská zvířata. Hmyz je ektotermní (což znamená, že je studenokrevný a neplýtvá energií na produkci tepla ke zvýšení své tělesné teploty), nevyžaduje mnoho prostoru a lze jej krmit odpadem jako růstovým substrátem. Díky tomu jsou hmyzí proteiny a lipidy slibným zdrojem potravy, který může pomoci zaplnit „proteinovou mezeru“, kterou je nutné překonat, aby bylo možné nasytit rostoucí světovou populaci a uspokojit její poptávku po vysoce kvalitních živinách, zejména proteinu.
Chov hmyzu: Hmyz se chová na hmyzích farmách, kde roste v nádobách nebo reaktorech. Díky výhodě rychle rostoucích organismů vyžaduje poměrně malou péči, lze jej krmit organickým odpadem a rychle dorůstá do velikosti nebo zralosti vhodné ke sklizni. Snadno se chovají zejména larvy much, moučné červy a cvrčci. Pokud jde o efektivitu, larvy bráněnky černé jsou uznávány pro vynikající přeměnu organického odpadu na vysoce kvalitní protein. Proto je bráněnka černá mezi chovateli hmyzu známa také jako „královna přeměny odpadu“.

Kroky zpracování hmyzí moučky: Jakmile hmyz dosáhne cílové velikosti nebo vývojového stadia, je sklizen. To znamená, že je připraven ke zpracování na potravinářské složky. Před zpracováním se hmyz promyje vodou, prosije a přibližně jeden den se uchovává živý při 4℃ bez jakéhokoli krmiva.
Poté se hmyz uvaří a následně usuší velmi horkým vzduchem nebo zahřátím v nádobě. Tepelné ošetření je rovněž nutné k usmrcení bakterií. Nakonec se hmyz semele na suchou hmyzí moučku (známou také jako hmyzí mouka). Hmyzí moučku lze použít jako potravinářskou složku nebo přísadu do krmiv pro zvířata. Aby však bylo možné hmyzí moučku rafinovat a zhodnotit, extrahují se nejcennější složky, tj. proteiny a lipidy. Zejména čistý hmyzí protein je ceněn jako vysoce výživná složka, která se používá v proteinových tyčinkách, proteinových prášcích a jako přísada do mnoha potravinářských výrobků, jako je pečivo, chipsy, krekry atd.

Používejte ultrazvukové extraktory sondového typu k výrobě vysoce kvalitního hmyzího proteinu!
 
Ultrazvuková extrakce vysoce kvalitních proteinů z hmyzu:
Ultrazvuková extrakce se používá k výrobě proteinových prášků, hydrolyzátů a proteinových izolátů z mnoha forem hmyzu, včetně much, červů, ploštic, cvrčků a larev. Extrakcí vysoce kvalitních proteinů z hmyzí moučky vytváří sonikace funkční potravinářské složky s vynikajícím nutričním profilem.

Výhody ultrazvukové extrakce proteinů z hmyzu

Sonikace se široce používá k extrakci a úpravě proteinů z různých zdrojů, jako jsou rostliny (např. ze sóji, rýže, řepky, slunečnice, dýňových semínek atd.), mléčné výrobky (např. koncentrát syrovátkového proteinu (WPC), syrovátkový protein, retentáty mléčných proteinů, kaseinát vápenatý), řasy (např. mořské řasy), mořské plody (např. rybí vedlejší produkty a odpad z mořských plodů) a hmyz (např. červi, larvy, mouchy, muší červi, brouci, cvrčci, švábi atd.).
Jako vysoce účinná a ekologická extrakční technologie si ultrazvuková extrakce hmyzího proteinu našla své místo ve výrobě prášků, hydrolyzátů a izolátů hmyzího proteinu. Díky vysoké procesní spolehlivosti, opakovatelnosti a lineárnímu zvětšování měřítka se sonikace používá k extrakci proteinu z hmyzu, k modifikaci struktur proteinů a ke zlepšení fyzikálně-chemických vlastností proteinu.
Například Mintha et al. (2020) aplikovali ultrazvukovou extrakci na larvy bráněnky černé (H. illucens). Uvádějí, že sonikace zlepšila strukturu proteinu, změnila funkčnost proteinu, a byla tak přínosná pro výrobu proteinu / hydrolyzátů z H. illucens. Sonikací se zvýšil zejména zeta potenciál, dispergovatelnost a hodnoty thiolů. Dále se po sonikaci snížila turbidita a velikost částic proteinu. Sonikace významně zvýšila světlost (L*) proteinových izolátů o x ¯ 7,46% ve srovnání s nesonikovanou kontrolou.

Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro zpracování hmyzího proteinu

Ultrazvuková extrakce a homogenizace je spolehlivá technologie zpracování, která usnadňuje a urychluje výrobu vysoce kvalitních hmyzích proteinů. Portfolio Hielscher Ultrasonics pokrývá celou škálu od kompaktních laboratorních ultrazvukových přístrojů až po průmyslové extrakční systémy. Díky tomu vám my ve společnosti Hielscher můžeme nabídnout nejvhodnější ultrazvukový přístroj pro vámi plánovanou procesní kapacitu. Naši dlouholetí zkušení pracovníci vám budou nápomocni od testů proveditelnosti a optimalizace procesu až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na úrovni finální výroby.
Díky malé zastavěné ploše našich ultrazvukových extraktorů a všestranným možnostem instalace se vejdou i do prostorově omezených provozů na zpracování hmyzího proteinu. Ultrazvukové procesory jsou instalovány po celém světě v provozech na výrobu potravin a doplňků stravy i pro výrobu krmiv pro domácí a hospodářská zvířata. Ultrazvukové mixéry s vysokým smykem jsou navíc ideální k formulaci hmyzích proteinů do potravinářských výrobků pro lidi i do krmiv pro zvířata v zájmovém chovu a krmiv pro hospodářská zvířata.

Hielscher Ultrasonics – sofistikované extrakční vybavení

Produktové portfolio Hielscher Ultrasonics pokrývá celou škálu vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů od malého po velké měřítko. Doplňkové příslušenství umožňuje snadné sestavení nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro váš proces zpracování hmyzího proteinu. Optimální ultrazvuková sestava závisí na plánované kapacitě, objemu, surovině, vsádkovém nebo průtokovém procesu a časovém harmonogramu.

Ultrazvuková extrakce hmyzu – vsádkové a průtokové zpracování

Ultrazvukové přístroje Hielscher lze použít pro vsádkové i kontinuální průtokové zpracování. Ultrazvukové vsádkové zpracování je ideální pro testování procesu, optimalizaci a malou až středně velkou úroveň výroby. Pro výrobu velkých objemů hmyzích proteinů může být výhodnější průtokové (inline) zpracování. Zatímco vsádkové zpracování vyžaduje pouze velmi jednoduchou sestavu, je časově a pracovně náročnější. Kontinuální průtokový proces míchání vyžaduje sofistikovanou sestavu – sestávající z čerpadla, hadic nebo potrubí a nádrží –, je však účinnější, rychlejší a vyžaduje výrazně méně práce. Hielscher Ultrasonics má nejvhodnější extrakční sestavu pro váš extrakční objem a procesní cíle.

Ultrazvukové extraktory pro každou výrobní kapacitu

Produktová řada Hielscher Ultrasonics pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů od kompaktních laboratorních ultrazvukových přístrojů přes stolní a poloprovozní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou zpracovat celé nákladní vozy za hodinu. Kompletní produktová řada nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvukový extraktor pro vaši surovinu, procesní kapacitu a výrobní cíle.
Stolní ultrazvukové systémy jsou ideální pro testy proveditelnosti a optimalizaci procesu. Lineární zvětšování měřítka na základě zavedených procesních parametrů velmi usnadňuje zvýšení zpracovatelských kapacit z menších šarží až na plně komerční výrobu. Zvětšení měřítka lze provést buď instalací výkonnější ultrazvukové extrakční jednotky, nebo paralelním sdružením několika ultrazvukových přístrojů do klastru. S UIP16000 nabízí Hielscher nejvýkonnější ultrazvukový extraktor na světě.

Přesně nastavitelné amplitudy pro optimální výsledky

Všechny ultrazvukové přístroje Hielscher jsou přesně řiditelné, a jsou tak spolehlivými tahouny ve výrobě. Amplituda je jedním z klíčových procesních parametrů, které ovlivňují účinnost a efektivitu ultrazvukové extrakce živin z hmyzu.
Hmyzí materiál, jako jsou larvy a mouchy, vyžaduje šetrnější sonikaci a nižší nastavení amplitudy, zatímco cvrčci a hmyz se silným exoskeletem vyžadují sonikaci při vyšších amplitudách, aby se uvolnily cílové živiny. Všechny procesory Hielscher Ultrasonics umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a zesilovače amplitudy (boostery) jsou příslušenství, které umožňuje upravit amplitudu v ještě širším rozsahu. Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher dokážou dodávat velmi vysoké amplitudy a poskytovat požadovanou intenzitu ultrazvuku pro náročné aplikace. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé monitorování ultrazvukových procesních parametrů pomocí chytrého softwaru vám dávají možnost ošetřit vaše semena za nejúčinnějších ultrazvukových podmínek. Optimální sonikace pro nejlepší výsledky extrakce!
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích. Díky tomu je ultrazvukové zařízení Hielscher spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše požadavky na extrakci.

Snadné testování procesu bez rizika

Ultrazvukové procesy lze zcela lineárně převádět do většího měřítka. To znamená, že každý výsledek, kterého jste dosáhli s laboratorním nebo stolním ultrazvukovým přístrojem, lze převést do většího měřítka na přesně stejný výstup při použití přesně stejných procesních parametrů. Díky tomu je sonikace ideální pro bezrizikové testování proveditelnosti, optimalizaci procesu a následnou implementaci do komerční výroby. Kontaktujte nás a zjistěte, jak může sonikace zvýšit vaši výrobu hmyzího proteinu!

Nejvyšší kvalita – navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinná firma vlastněná a řízená rodinou klade Hielscher důraz na nejvyšší standardy kvality svých ultrazvukových procesorů. Všechny ultrazvukové přístroje jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v našem sídle v Teltowě u Berlína v Německu. Díky robustnosti a spolehlivosti je ultrazvukové zařízení Hielscher tahounem vaší výroby. Provoz 24/7 při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou vlastností vysoce výkonných mixérů Hielscher.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje orientační údaje o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů: