Verbesserte Produktion von Insektenprotein mit Ultraschall

Insekten sind eine nachhaltige, einfach zu züchtende Quelle für hochwertige Proteine und Lipide für die Ernährung. Um Proteine und Lipide aus den Insekten abzutrennen, wird die Ultraschallextraktion als hocheffiziente und zuverlässige Technologie eingesetzt. Die Ultraschallbehandlung hat sich durch hohe Extraktionsraten, hohe Protein- und Lipidausbeuten sowie die schnelle Verarbeitung hochwertiger Inhaltsstoffe aus Insekten bewährt.

Warum Insektenproteine mit Leistungsultraschall extrahieren?

Insektenproteinextrakt gilt in der Regel als hochwertiger als Insektenmehl, da er einen höheren Proteinanteil und einen geringeren Anteil anderer unerwünschter Stoffe wie Chitin und Fette enthält.
Insektenmehl wird üblicherweise durch Vermahlen ganzer Insekten zu einem Pulver hergestellt, das erhebliche Mengen unverdaulicher Stoffe wie Chitin, Exoskelette und andere Bestandteile ohne Nährwert enthalten kann. Insektenproteinextrakt hingegen wird üblicherweise durch Extraktion des Proteins aus den Insekten hergestellt, wodurch ein reineres und stärker konzentriertes Proteinprodukt entsteht. Die Ultraschallextraktion hat sich als hochwirksames Herstellungsverfahren für hochwertiges Insektenprotein bewährt.
Aufgrund seiner höheren Proteinkonzentration kann Insektenproteinextrakt pro Gramm mehr Protein liefern als Insektenmehl und ist damit eine effizientere Proteinquelle. Darüber hinaus kann die Entfernung von Bestandteilen ohne Nährwert den Insektenproteinextrakt leichter verdaulich machen und das Risiko von Verdauungsbeschwerden bei Tieren und Menschen, die ihn verzehren, verringern.
Zudem kann Insektenproteinextrakt im Vergleich zu Insektenmehl einen milderen Geschmack und Geruch aufweisen, was ihn für Verbraucher attraktiver macht. Er ist außerdem vielseitiger einsetzbar, da er als Zutat in einer breiten Palette von Lebens- und Futtermitteln verwendet werden kann.
 

Ultraschallextraktion von Insektenproteinen

Die Ultraschallextraktion lässt sich leicht in die übliche Verarbeitung von Insektenmehl integrieren und ermöglicht eine Aufwertung des Endprodukts. Mit Ultraschall extrahiertes Insektenprotein ist hochwertiger als Insektenmehl und bietet einen höheren Nährwert, einen verbesserten Geschmack und bessere funktionelle Eigenschaften.

Allgemeines Protokoll zur Extraktion von Insektenprotein mit einem Sonotroden-Ultraschallgerät

Allgemeines Protokoll zur Extraktion von Proteinen in Lebensmittelqualität aus Soldatenfliegenlarven mithilfe einer Sonotrode:
Materialien und Geräte:

• Soldatenfliegenlarven oder andere Insektenarten wie Mehlwurmlarven (Tenebrio molitor), adulte Grillen (Gryllus bimaculatus) und Seidenspinnerpuppen (Bombyx mori) – zuvor gezüchtet und geerntet
• Sonotroden-Ultraschallgerät
• Mixer oder Küchenmaschine
• Destilliertes Wasser mit 9,46 mM Ascorbinsäure oder ein anderes Lösungsmittel nach Wahl
• Zentrifuge
• Glas- oder Kunststoffbehälter
• Filterpapier oder Siebfilter

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Extraktion von Insektenprotein

1. Vorbereitung der Insektenlarven:
   • Ernten Sie die Soldatenfliegenlarven aus dem Aufzuchtsystem.
   • Waschen Sie die Larven gründlich mit destilliertem Wasser, um Rückstände oder Verunreinigungen zu entfernen.
   • Frieren Sie die Larven bei -20°C oder darunter ein, um Enzyme zu deaktivieren und die Proteinqualität zu erhalten.
2. Aufschluss der Larven:
   • Tauen Sie die gefrorenen Larven auf und geben Sie sie in einen Mixer oder eine Küchenmaschine.
   • Geben Sie eine geeignete Menge destilliertes Wasser oder Pufferlösung hinzu, um die gewünschte Proteinkonzentration zu erreichen (e.g., 10% w/v).
   • Zerkleinern oder verarbeiten Sie die Larven, bis eine homogene Suspension entsteht.
   • Überführen Sie die Suspension in einen Glas- oder Kunststoffbehälter.
3. Entfettung (optional):
   • Die Entfettung des Insektenmehls ist ein optionaler Schritt, der zur Steigerung der Proteinausbeute und -qualität beiträgt. Der Fettgehalt des Insektenmehls wird durch eine Behandlung mit Hexan reduziert. Generell wird für die meisten Insektenproteinextrakte für den menschlichen Verzehr eine Entfettung empfohlen, um die Proteinqualität zu verbessern. Das herkömmliche Entfettungsverfahren mit Hexan ist zeitaufwendig. Die Ultraschallbehandlung kann die Entfettung von Insektenmehl erheblich beschleunigen!
4. Ultraschallbehandlung:
   • Tauchen Sie die Sonotrode des Ultraschallgeräts, e.g. UIP2000hdT, in die Larvensuspension ein.
   • Stellen Sie die Parameter des Ultraschallgeräts, e.g. 100% Amplitude und Beschallungsdauer, entsprechend dem Volumen und der Suspension ein.
   • Behandeln Sie die Larvensuspension mit Ultraschallwellen und halten Sie dabei die Temperatur konstant, um eine Denaturierung der Proteine zu vermeiden.
   • Die Ultraschallbehandlung unterstützt den Zellaufschluss und die Freisetzung der Proteine aus den Larven.
   • Überwachen Sie die Temperatur während der Beschallung. Ultraschallgeräte von Hielscher sind mit einem Temperatursensor und einer Temperaturregelung ausgestattet.
5. Zentrifugation:
   • Überführen Sie die beschallte Larvensuspension nach der Ultraschallbehandlung in Zentrifugenröhrchen.
   • Zentrifugieren Sie die Röhrchen bei geeigneter Drehzahl und Dauer, um den proteinhaltigen Überstand von festen Rückständen und nicht aufgeschlossenen Zellen zu trennen.
   • Sammeln Sie den Überstand, der die extrahierten Proteine enthält, und überführen Sie ihn in einen sauberen Behälter.
   • Wiederholen Sie bei Bedarf den Zentrifugationsschritt, um verbleibende Feststoffpartikel zu entfernen. Alternativ kann eine Filtration als Verfahren zur Proteinabtrennung eingesetzt werden.
6. Proteinanalyse und Lagerung:
   • Führen Sie eine Proteinanalyse durch, um die Qualität und Zusammensetzung der extrahierten Proteine zu beurteilen.
7. Lagerung:
   • Lagern Sie die extrahierten Proteine in geeigneten Behältern an einem kühlen, trockenen und dunklen Ort.

 
Insekten als Nahrungsquelle: Insekten wie Grillen, Würmer, Fliegen und Larven sind reich an Proteinen. Um den wachsenden Bedarf an hochwertigen Proteinen zu decken, werden Insekten als gesunde, nachhaltige und umweltfreundliche Proteinquelle geschätzt, die für Lebensmittel sowie für Heimtier- und Nutztierfutter genutzt wird. Insekten sind ektotherm (das bedeutet, dass sie wechselwarm sind und keine Energie zur Wärmeerzeugung aufwenden, um ihre Körpertemperatur zu erhöhen), benötigen wenig Platz und können mit Abfällen als Wachstumssubstrat gefüttert werden. Dadurch sind Insektenproteine und -lipide eine vielversprechende Nahrungsquelle, die dazu beitragen kann, die „Proteinlücke“ zu schließen, die überwunden werden muss, um eine wachsende Weltbevölkerung zu ernähren und ihren Bedarf an hochwertigen Nährstoffen, insbesondere Protein, zu decken.
Insektenzucht: Insekten werden auf Insektenfarmen gezüchtet, wo sie in Behältern oder Reaktoren heranwachsen. Als schnell wachsende Organismen benötigen sie vergleichsweise wenig Pflege, können mit organischen Abfällen gefüttert werden und erreichen rasch die Erntegröße oder -reife. Besonders Fliegenlarven, Mehlwürmer und Grillen lassen sich leicht züchten. Hinsichtlich ihrer Effizienz sind die Larven der Schwarzen Soldatenfliege für ihre hervorragende Umwandlung organischer Abfälle in hochwertiges Protein bekannt. Deshalb wird die Schwarze Soldatenfliege unter Insektenzüchtern auch als „Königin der Abfallverwertung“ bezeichnet.
 
Verarbeitungsschritte zur Herstellung von Insektenmehl: Wenn die Insekten die gewünschte Größe oder das gewünschte Entwicklungsstadium erreicht haben, werden sie geerntet. Damit sind sie bereit für die Verarbeitung zu Lebensmittelzutaten. Vor der Verarbeitung werden die Insekten mit Wasser gewaschen, gesiebt und etwa einen Tag lang lebend bei 4℃ ohne Futter gelagert.
Anschließend werden die Insekten gekocht und danach mit sehr heißer Luft oder durch Erhitzen in einem Behälter getrocknet. Die Wärmebehandlung ist auch erforderlich, um Bakterien abzutöten. Schließlich werden die Insekten zu trockenem Insektenmehl vermahlen, das auch als Insektenpulver bezeichnet wird. Das Insektenmehl kann als Lebensmittelzutat oder Zusatz in Tierfutter verwendet werden. Zur Veredelung und Aufwertung des Insektenmehls werden jedoch die wertvollsten Inhaltsstoffe, also Proteine und Lipide, extrahiert. Besonders reines Insektenprotein wird als nährstoffreiche Zutat geschätzt und in Proteinriegeln, Proteinpulvern sowie als Zusatz in zahlreichen Lebensmitteln wie Backwaren, Chips, Crackern usw. eingesetzt.
 
Nutzen Sie Ultraschallextraktoren mit Sonotrode zur Herstellung von hochwertigem Insektenprotein!
 
Ultraschallextraktion hochwertiger Proteine aus Insekten:
Die Ultraschallextraktion wird eingesetzt, um Proteinpulver, Hydrolysate und Proteinisolate aus verschiedenen Insektenformen zu gewinnen, darunter Fliegen, Würmer, Wanzen, Grillen und Larven. Durch die Extraktion hochwertiger Proteine aus Insektenmehl entstehen mithilfe der Ultraschallbehandlung funktionelle Lebensmittelzutaten mit einem besonders hochwertigen Nährstoffprofil.

Vorteile der Ultraschallextraktion von Proteinen aus Insekten

Die Ultraschallbehandlung wird vielfach zur Extraktion und Behandlung von Proteinen aus verschiedenen Quellen eingesetzt, etwa aus pflanzlichen Rohstoffen (e.g. Soja, Reis, Raps, Sonnenblumen, Kürbiskernen usw.), Milchprodukten (e.g. Molkenproteinkonzentrat (WPC), Molkenprotein, Milchproteinretentaten, Calciumcaseinat), Algen (e.g. Meeresalgen), Fisch und Meeresfrüchten (e.g. Fischnebenprodukten und Abfällen aus der Verarbeitung von Meeresfrüchten) sowie Insekten (e.g. Würmern, Larven, Fliegen, Maden, Käfern, Grillen, Schaben usw.).
Als hocheffiziente und umweltfreundliche Extraktionstechnologie hat sich die Ultraschallextraktion von Insektenprotein bei der Herstellung von Insektenproteinpulvern, Hydrolysaten und Isolaten etabliert. Aufgrund der hohen Prozesszuverlässigkeit, Wiederholbarkeit und linearen Maßstabsvergrößerung wird die Ultraschallbehandlung eingesetzt, um Protein aus Insekten zu extrahieren, Proteinstrukturen zu modifizieren und die physikochemischen Eigenschaften von Protein zu verbessern.
Beispielsweise wendeten Mintha et al. (2020) die Ultraschallextraktion auf Larven der Schwarzen Soldatenfliege (H. illucens) an. Sie berichten, dass die Beschallung die Proteinstruktur verbesserte, die funktionellen Eigenschaften des Proteins veränderte und dadurch für die Herstellung von H. illucens-Protein und -Hydrolysaten vorteilhaft war. Insbesondere wurden das Zetapotenzial, die Dispergierbarkeit und die Thiolwerte durch die Ultraschallbehandlung erhöht. Darüber hinaus nahmen die Trübung und die Partikelgröße des Proteins nach der Beschallung ab. Die Ultraschallbehandlung erhöhte die Helligkeit (L*) der Proteinisolate gegenüber der unbeschallten Kontrolle signifikant um x ¯ 7,46%.

Hochleistungsultraschallgeräte für die Verarbeitung von Insektenprotein

Die Ultraschallextraktion und -homogenisierung ist eine zuverlässige Verarbeitungstechnologie, die die Herstellung hochwertiger Insektenproteine erleichtert und beschleunigt. Das Portfolio von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum von kompakten Laborultraschallgeräten bis hin zu industriellen Extraktionssystemen ab. Dadurch können wir bei Hielscher Ihnen das am besten geeignete Ultraschallgerät für Ihre geplante Verarbeitungskapazität anbieten. Unsere langjährig erfahrenen Mitarbeiter unterstützen Sie von Machbarkeitstests und der Prozessoptimierung bis zur Installation Ihres Ultraschallsystems im endgültigen Produktionsmaßstab.
Dank des geringen Platzbedarfs unserer Ultraschallextraktoren und ihrer vielseitigen Installationsmöglichkeiten eignen sie sich auch für Anlagen zur Verarbeitung von Insektenprotein mit begrenztem Raumangebot. Ultraschallprozessoren werden weltweit in Produktionsanlagen für Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel sowie für Heimtier- und Nutztierfutter installiert. Darüber hinaus eignen sich Ultraschall-Hochschermischer ideal, um Insektenproteine in Lebensmittel sowie in Heimtierfutter für Begleittiere und Nutztierfutter für landwirtschaftliche Nutztiere einzuarbeiten.

Hielscher Ultrasonics – Ausgereifte Extraktionstechnik

Das Produktportfolio von Hielscher Ultrasonics umfasst das gesamte Spektrum leistungsstarker Ultraschallextraktoren vom kleinen bis zum großen Maßstab. Ergänzendes Zubehör ermöglicht die einfache Zusammenstellung der am besten geeigneten Ultraschallgerätekonfiguration für Ihren Insektenproteinprozess. Die optimale Ultraschallkonfiguration hängt von der geplanten Kapazität, dem Volumen, dem Rohmaterial, dem Chargen- oder Inline-Verfahren und dem Zeitplan ab.

Ultraschallextraktion aus Insekten – Chargen- und Inline-Verarbeitung

Ultraschallgeräte von Hielscher können für die Chargenverarbeitung und die kontinuierliche Durchflussverarbeitung eingesetzt werden. Die Ultraschallbehandlung im Chargenbetrieb eignet sich ideal für Prozessversuche, Optimierungen und die Produktion im kleinen bis mittleren Maßstab. Für die Herstellung großer Mengen an Insektenproteinen kann die Inline-Verarbeitung vorteilhafter sein. Während die Chargenverarbeitung nur einen sehr einfachen Aufbau erfordert, ist sie zeit- und arbeitsintensiver. Ein kontinuierlicher Inline-Mischprozess erfordert einen aufwendigeren Aufbau – bestehend aus einer Pumpe, Schläuchen oder Rohrleitungen und Tanks –, ist jedoch effizienter, schneller und mit deutlich geringerem Arbeitsaufwand verbunden. Hielscher Ultrasonics bietet die am besten geeignete Extraktionskonfiguration für Ihr Extraktionsvolumen und Ihre Prozessziele.

Ultraschallextraktoren für jede Produktionskapazität

Das Produktsortiment von Hielscher Ultrasonics umfasst das gesamte Spektrum an Ultraschallprozessoren, von kompakten Laborultraschallgeräten über Tischgeräte und Pilotanlagen bis hin zu industriellen Ultraschallprozessoren, die Lkw-Ladungen pro Stunde verarbeiten können. Dieses umfassende Sortiment ermöglicht es uns, Ihnen den am besten geeigneten Ultraschallextraktor für Ihr Rohmaterial, Ihre Verarbeitungskapazität und Ihre Produktionsziele anzubieten.
Ultraschall-Tischsysteme eignen sich ideal für Machbarkeitstests und die Prozessoptimierung. Die lineare Maßstabsvergrößerung auf Basis etablierter Prozessparameter macht es sehr einfach, die Verarbeitungskapazität von kleineren Chargen bis zur kommerziellen Produktion zu erhöhen. Die Maßstabsvergrößerung kann entweder durch die Installation eines leistungsstärkeren Ultraschallextraktors oder durch die Parallelschaltung mehrerer Ultraschallgeräte erfolgen. Mit dem UIP16000 bietet Hielscher den leistungsstärksten Ultraschallextraktor weltweit.

Präzise regelbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Ultraschallgeräte von Hielscher sind präzise regelbar und damit zuverlässige Arbeitspferde in der Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, die die Effizienz und Wirksamkeit der Ultraschallextraktion von Nährstoffen aus Insekten beeinflussen.
Insektenmaterial wie Larven und Fliegen erfordert eine schonendere Beschallung und niedrigere Amplitudeneinstellungen, während Grillen und Insekten mit einem dicken Exoskelett eine Beschallung bei höheren Amplituden benötigen, um die gewünschten Nährstoffe freizusetzen. Alle Prozessoren von Hielscher Ultrasonics ermöglichen eine präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Boosterhörner sind Zubehörteile, mit denen sich die Amplitude in einem noch größeren Bereich verändern lässt. Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen und die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen bereitstellen. Amplituden von bis zu 200µm lassen sich problemlos kontinuierlich im 24/7-Betrieb realisieren.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die kontinuierliche Überwachung der Ultraschallprozessparameter durch intelligente Software ermöglichen es Ihnen, Ihr Saatgut unter den wirksamsten Ultraschallbedingungen zu behandeln. Optimale Beschallung für beste Extraktionsergebnisse!
Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen. Damit sind die Ultraschallgeräte von Hielscher zuverlässige Arbeitsmittel, die Ihre Extraktionsanforderungen erfüllen.

Einfache, risikofreie Prozessversuche

Ultraschallprozesse lassen sich vollständig linear skalieren. Das bedeutet, dass sich jedes mit einem Labor- oder Tischultraschallgerät erzielte Ergebnis bei exakt gleichen Prozessparametern mit genau dem gleichen Resultat auf einen größeren Maßstab übertragen lässt. Damit eignet sich die Ultraschallbehandlung ideal für risikofreie Machbarkeitstests, die Prozessoptimierung und die anschließende Umsetzung in der kommerziellen Produktion. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie die Beschallung Ihre Insektenproteinproduktion steigern kann!

Höchste Qualität – Entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen in Familienbesitz setzt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden an unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin in Deutschland entwickelt, hergestellt und gründlich geprüft. Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Ultraschallgeräte von Hielscher machen sie zu Arbeitspferden in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist eine selbstverständliche Eigenschaft der Hochleistungsmischer von Hielscher.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: