Hielscher Ultraschalltechnik

Verbesserte Produktion von Insektenproteinen mit Ultraschall

Insekten sind eine nachhaltige, leicht zu züchtende Quelle für hochwertige Nahrungsproteine und Lipide. Um Proteine und Lipide von den Insekten zu trennen, wird die Ultraschall-Extraktion als hocheffiziente und zuverlässige Technologie eingesetzt. Ultraschall hat sich für hohe Extraktionsraten, hohe Protein- und Lipidausbeuten und die schnelle Verarbeitung von Insekteninhaltsstoffen bester Qualität bewährt.

Ultraschall-Extraktion von Insektenproteinen

Mealsworms are used as source to produce proteins and lipids for human and animal nutrition. ULtrasonic extraction is used to release and separate lipid and proteins from insects.Insekten wie Grillen, Würmer, Fliegen und Larven sind reich an Proteinen. Um die wachsende Nachfrage nach qualitativ hochwertigen Proteinen zu befriedigen, werden Insekten als gesunde, nachhaltige und umweltfreundliche Proteinquelle geschätzt, die für menschliche Nahrung, Haustierfutter und Viehfutter verwendet wird. Insekten sind ektothermisch (d.h. sie sind kaltblütig und verschwenden keine Energie, um Wärme zur Erhöhung ihrer Körpertemperatur zu erzeugen), sie benötigen nicht viel Platz und können mit Abfallstoffen als Wachstumssubstrat gefüttert werden. Dies macht Insektenproteine und -lipide zu einer vielversprechenden Nahrungsquelle, die dazu beitragen kann, die "Proteinlücke" zu füllen, die überwunden werden muss, um eine wachsende Weltbevölkerung und ihren Bedarf an hochwertigen Nährstoffen, insbesondere Proteinen, zu ernähren.
Insekt wächst: Die Insekten werden in Insektenfarmen gezüchtet, wo sie in Containern oder Reaktoren gezüchtet werden. Mit dem Vorteil, dass es sich um schnell wachsende Organismen handelt, benötigen sie relativ wenig Pflege, können mit organischen Abfällen gefüttert werden und werden schnell auf Erntegröße oder Reife kultiviert. Besonders Fliegenlarven, Mehlwürmer und Grillen lassen sich leicht züchten. Was die Effizienz anbelangt, so ist die Larve der schwarzen Soldatenfliege für ihre ausgezeichnete Umwandlung von organischen Abfällen in hochwertiges Protein bekannt. Aus diesem Grund wird die schwarze Soldatenfliege unter den Insektenzüchtern auch als "Königin der Abfalltransformation" bezeichnet.
Die Verarbeitungsschritte von Insektenmehl: Wenn die Insekten ihre Zielgröße oder ihr Zielstadium erreicht haben, werden sie geerntet. Das bedeutet, sie sind bereit, zu Lebensmittelzutaten verarbeitet zu werden. Vor der Verarbeitung werden die Insekten in Wasser gewaschen, gesiebt und etwa einen Tag lang ohne Futtermittel lebend unter 4℃ gelagert.
Danach werden die Insekten gekocht und dann durch sehr heiße Luft oder durch Erhitzen in einem Behälter getrocknet. Die Wärmebehandlung ist auch zur Abtötung von Bakterien erforderlich. Zum Schluss werden die Insekten zu einem trockenen Insektenmehl (auch als Insektenmehl bekannt) gemahlen. Das Insektenmehl kann als Lebensmittelzutat oder als Zusatzstoff für Tierfutter verwendet werden. Um das Insektenmehl zu verfeinern und aufzuwerten, werden jedoch die wertvollsten Inhaltsstoffe, d.h. Proteine und Lipide, extrahiert. Besonders reines Insektenprotein wird als hochgradig nährstoffreiche Zutat geschätzt, die in Proteinriegeln, Proteinpulvern und als Zusatz in vielen Nahrungsmitteln wie Backwaren, Chips, Crackern usw. verwendet wird.
Ultraschall-Extraktion von Insektenproteinen:
Die Ultraschallextraktion wird zur Herstellung von Proteinpulvern, Hydrolysaten und Proteinisolaten aus vielen Insektenformen, einschließlich Fliegen, Würmern, Wanzen, Grillen und Larven, verwendet. Durch die Extraktion hochwertiger Proteine aus Insektenmehl werden mittels Ultraschall funktionelle Lebensmittelzutaten mit einem überlegenen Nährwertprofil hergestellt.

Ultraschallprozessor UIP2000hdT (2kW) mit gerührtem Reaktor

Ultraschall-Extraktor UIP2000hdT (2kW) mit Batch-Reaktor

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Vorteile der Ultraschall-Proteinextraktion aus Insekten

Ultraschall wird häufig eingesetzt, um Proteine aus verschiedenen Quellen zu extrahieren und zu behandeln, wie z.B. aus Pflanzen (z.B. aus Soja, Reis, Raps, Sonnenblumen, Kürbiskernen usw.), Milchprodukten (z.B, Molkenproteinkonzentrat (WPC), Molkenprotein, Milchproteinretentate, Kalziumkaseinat), Algen (z.B. Meeresalgen), Meeresfrüchte (z.B. Fisch-Nebenprodukte und Meeresfrüchteabfälle) und Insekten (z.B. Würmer, Larven, Fliegen, Maden, Käfer, Grillen, Schaben usw.).
Als hocheffiziente und umweltfreundliche Extraktionstechnologie hat die Ultraschall-Extraktion von Insektenproteinen ihren Platz bei der Herstellung von Insektenproteinpulvern, -hydrolysaten und -isolaten gefunden. Aufgrund der hohen Prozesssicherheit, Wiederholbarkeit und des linearen Up-Scaling wird Ultraschall zur Extraktion von Insektenprotein, zur Veränderung von Proteinstrukturen und zur Verbesserung der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Proteinen eingesetzt.
Zum Beispiel wandten Mintha et al. (2020) die Ultraschall-Extraktion bei schwarzen Soldatenfliegenlarven (H. illucens) an. Sie berichten, dass die Ultraschall-Extraktion die Proteinstruktur verbesserte, die Proteinfunktionalität veränderte und dadurch die Produktion von H. illucens Protein/Hydrolysaten förderte. Insbesondere das Zetapotential, die Dispergierbarkeit und die Thiolwerte wurden durch Ultraschall erhöht. Darüber hinaus nahmen Trübung und Partikelgröße des Proteins nach Ultraschall ab. Der Ultraschall erhöhte die Helligkeit (L*) der Proteinisolate signifikant um x ¯ 7,46% im Vergleich zur nicht beschallten Kontrolle.

The UIP4000hdT is a 4000 watts powerful ultrasonic inline extractor.

UIP4000hdTein 4000 Watt starker industrieller Mischer mit hoher Scherleistung für die Inline-Extraktion von Proteinen aus Pflanzen, Insekten und Meeresfrüchten.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für die Verarbeitung von Insektenproteinen

Die Ultraschall-Extraktion und -Homogenisierung ist eine zuverlässige Verarbeitungstechnologie, die die Produktion von hochwertigen Insektenproteinen erleichtert und beschleunigt. Das Portfolio von Hielscher Ultrasonics deckt die gesamte Bandbreite von kompakten Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu industriellen Extraktionssystemen ab. Dadurch können wir bei Hielscher Ihnen das für Ihre geplante Prozesskapazität am besten geeignete Ultraschallgerät anbieten. Unsere langjährig erfahrenen Mitarbeiter begleiten Sie von der Machbarkeitsprüfung über die Prozessoptimierung bis hin zur Installation Ihrer Ultraschallanlage auf Endproduktionsniveau.
Dank der geringen Stellfläche unserer Ultraschallextraktoren sowie ihrer vielseitigen Installationsmöglichkeiten passen sie selbst in Insektenprotein-Verarbeitungsanlagen mit geringem Platzbedarf. Ultraschallprozessoren sind weltweit in Produktionsanlagen für Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel sowie für die Herstellung von Haustier- und Viehfutter installiert. Darüber hinaus eignen sich Ultraschall-Hochscherenmischer ideal für die Formulierung von Insektenproteinen in menschliche Nahrungsmittel sowie in Haustierfutter für Begleittiere und Viehfutter für Nutztiere.

Hielscher Ultrasonics – Hochentwickelte Extraktionsausrüstung

Das Produktportfolio von Hielscher Ultrasonics umfasst die gesamte Palette von Hochleistungs-Ultraschall-Absaugern von klein bis groß. Zusätzliches Zubehör ermöglicht die einfache Montage der am besten geeigneten Ultraschallgerätekonfiguration für Ihren Insektenproteinprozess. Die optimale Ultraschallkonfiguration hängt von der geplanten Kapazität, dem Volumen, dem Rohmaterial, der Charge oder dem Inline-Prozess und der Zeitachse ab.

Batch und Inline

Hielscher-Ultraschallgeräte können für Batch- und kontinuierliche Durchflussverarbeitung eingesetzt werden. Die Ultraschall-Batch-Verarbeitung eignet sich ideal für die Prozessprüfung und -optimierung sowie für kleine bis mittlere Produktionsgrößen. Für die Herstellung großer Mengen von Insektenproteinen könnte die Inline-Verarbeitung vorteilhafter sein. Während das Chargenverfahren nur eine sehr einfache Einrichtung erfordert, ist es zeit- und arbeitsintensiver. Ein kontinuierlicher Inline-Mischprozess erfordert ein ausgeklügeltes Setup. – bestehend aus einer Pumpe, Schläuchen oder Rohren und Tanks -, aber es ist effizienter, schneller und erfordert wesentlich weniger Arbeit. Hielscher Ultrasonics hat die am besten geeignete Absauganlage für Ihr Absaugvolumen und Ihre Prozessziele.

Ultraschall-Extraktoren für jede Produktkapazität

UIP4000hdT Ultraschallreaktor für die Inline-Beschallung im industriellen MaßstabDie Produktpalette von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum der Ultraschallprozessoren ab, von kompakten Labor-Ultraschallgeräten über Tisch- und Pilotsysteme bis hin zu vollindustriellen Ultraschallprozessoren mit der Kapazität zur Bearbeitung von LKW-Ladungen pro Stunde. Die vollständige Produktpalette ermöglicht es uns, Ihnen den für Ihr Rohmaterial, Ihre Prozesskapazität und Ihre Produktionsziele am besten geeigneten Ultraschall-Absauger anzubieten.
Ultraschall-Tischsysteme sind ideal für Machbarkeitstests und Prozessoptimierung. Das lineare Scale-up auf der Grundlage etablierter Prozessparameter macht es sehr einfach, die Verarbeitungskapazitäten von kleineren Losen bis hin zur vollständig kommerziellen Produktion zu erhöhen. Das Up-Scaling kann entweder durch die Installation einer leistungsfähigeren Ultraschall-Absaugeinheit oder durch die Bündelung mehrerer Ultraschallgeräte parallel erfolgen. Mit dem UIP16000 bietet Hielscher den weltweit leistungsstärksten Ultraschall-Absauger an.

Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Hielscher-Ultraschallgeräte sind präzise steuerbar und damit zuverlässige Arbeitspferde in der Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, die die Effizienz und Effektivität der Ultraschall-Extraktion von Nährstoffen aus Insekten beeinflussen.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Insektenmaterial wie Larven und Fliegen benötigen eine mildere Beschallung und niedrigere Amplitudeneinstellungen, während Grillen und Insekten mit einem dicken Exoskelettpanzer eine Beschallung bei höheren Amplituden benötigen, um die gewünschten Nährstoffe freizusetzen. Alle Hielscher-Ultraschall‘ Prozessoren ermöglichen die präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Booster-Hörner sind Zubehörteile, die es erlauben, die Amplitude in einem noch größeren Bereich zu verändern. Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen und liefern die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich betrieben werden.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschallprozessparameter über eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, Ihre Seeds unter den effektivsten Ultraschallbedingungen zu behandeln. Optimale Beschallung für beste Extraktionsergebnisse!
Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen. Das macht die Ultraschallgeräte von Hielscher zu einem zuverlässigen Arbeitsgerät, das Ihre Absauganforderungen erfüllt.

Einfache, risikofreie Tests

Ultraschallprozesse können vollständig linear skaliert werden. Das bedeutet, dass jedes Ergebnis, das Sie mit einem Labor- oder Tisch-Ultraschallgerät erzielt haben, auf exakt die gleiche Leistung mit den exakt gleichen Prozessparametern skaliert werden kann. Dies macht Ultraschall ideal für risikofreie Machbarkeitsprüfungen, Prozessoptimierung und die anschließende Implementierung in die kommerzielle Fertigung. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie die Beschallung Ihre Insektenproteinproduktion steigern kann.

Höchste Qualität – entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen setzt Hielscher auf höchste Qualitätsstandards für seine Ultraschallprozessoren. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin entwickelt, hergestellt und gründlich getestet. Robustheit und Zuverlässigkeit machen Hielscher Ultraschallgeräte zu einer zuverlässigen Technologie in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist ein selbstverständliches Merkmal der Hielscher Hochleistungsmischer.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren für die Dispersion, Emulgierung und Zellenextraktion her.

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis Pilot- und industrielle Maßstab.

Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Entomophagie

Die Verwendung von Insekten als Nahrungsbestandteil zur Ernährung von Mensch und Tier wird als "Entomophagie" bezeichnet. Das Oxford Online Dictionary definiert den Begriff "Entomophagie" als "die Praxis des Verzehrs von Insekten, insbesondere durch Menschen". Da Insekten eine nachhaltige Quelle sind, die reich an hochwertigen Proteinen und Lipiden ist, werden Insekten wie Grillen, Fliegen, Larven, Würmer, Maden, Käfer und Schaben angebaut und zur Herstellung von Proteinen und Fettsäuren für die menschliche und tierische Ernährung verarbeitet.

Insekten als Quelle für Nahrungsproteine

Insekten sind als Quelle für hochwertiges Protein bekannt, das viele essentielle Aminosäuren enthält. Daher werden zahlreiche Grillen, Heuschrecken, Käfer, Motten, Würmer, Fliegen und verschiedene andere Insekten gezüchtet, um Proteine für die menschliche und tierische Ernährung zu produzieren. Insekten sind nicht nur reich an Proteinen, sondern auch eine bedeutende Quelle von Fettsäuren, Mineralien (z.B. Eisen, Zink, Kalium, Selen und Kupfer) und Vitaminen (meist B-Vitamine). Beispielsweise weisen Insekten wie Grillen und Mehlwürmer hohe Konzentrationen an Gesamtprotein, Vitamin B12, Riboflavin und Vitamin A auf.
Im Gegensatz zu tierischen Folgeprodukten enthalten Insekten auch Ballaststoffe. Insektenfasern kommen hauptsächlich in Form von Chitin vor, einem wesentlichen Baustein des Exoskeletts.
Häufig werden die folgenden Insekten für die Proteinproduktion gezüchtet:

  • Der Mehlwurm (Tenebrio Molitor L.) ist die Larvenform einer Art von Schwarzkäfern (Coleoptera). Die optimale Inkubationstemperatur beträgt 25 ̊C – 27 ̊C und seine embryonale Entwicklung dauert 4 - 6 Tage. Sie hat eine lange Larvenperiode von etwa einem halben Jahr mit der optimalen Temperatur und niedrigem Feuchtigkeitsgehalt endet. Der Proteingehalt von Tenebrio Molitor-Larven und adulten Tieren beträgt 46,44% bzw. 63,34%.
  • Die Hausgrille (Acheta domesticus) ist die häufigste Grillenart, die für den menschlichen Verzehr verwendet wird. Die Grille ist bekanntlich eines der nahrhaftesten essbaren Insekten. Grillen können trocken gebraten, gebacken, frittiert, gekocht oder als Lebensmittelzutat verwendet werden. Um Grillen in funktionelle Lebensmittel, Lebensmittelformulierungen oder -rezepte zu integrieren, wird Grillenmehl oder -mehl verwendet. Grillenmehl ist ein Pulver aus getrockneten und fein gemahlenen Grillen. Grillen reifen schnell und sind in der Regel innerhalb von 3 - 4 Wochen ausgewachsen. Ein einzelnes Weibchen kann innerhalb von 3-4 Wochen 1.200 bis 1.500 Eier legen. Aufgrund des schnellen und einfachen Wachstums werden Grillen sowohl für die menschliche Ernährung als auch für die Tierernährung gezüchtet. Grillen werden normalerweise durch Tiefgefrieren getötet, wobei sie keine Schmerzen spüren und vor dem neurologischen Tod sediert werden.
  • Die Schwarze Soldatenfliege (Hermetia illucens) ist eine häufige und weit verbreitete Fliege aus der Familie der Stratiomyidae. Die Schwarze Kriegerfliege wird wegen ihres außergewöhnlich hohen Proteingehalts und des geringen Bedarfs während der Zucht- und Wachstumsphase weit verbreitet gezüchtet. Sie benötigen sehr wenig Ressourcen, was eine wirksame Behandlung von Bioabfällen ermöglicht. Schwarze Soldatenfliegenlarven (BSFL) enthalten bis zu 43% Protein, 35% Fettsäuren und sind reich an Kalzium und anderen Mikronährstoffen. Da die Larven den höchsten Proteingehalt haben, werden Schwarze Kriegerfliegen nur ca. 18 Tage lang gezüchtet, bis sie das Larvenstadium erreicht haben und dann geerntet werden. Der gesamte Lebenszyklus der Schwarzen Soldatenfliege ist nur 6 Wochen kurz.
    Die Larven der Schwarzen Soldatenfliege (Hermetia illucens) wurden ebenfalls erfolgreich als Quelle für die Extraktion von Lipiden verwendet, die anschließend Nano-Emulgierung durch Ultraschall.