Verbesserte Insektenproteinproduktion mit Ultraschall

Insekten sind eine nachhaltige, leicht zu züchtende Quelle für hochwertige Nahrungsproteine und Lipide. Um die Proteine und Lipide aus den Insekten abzutrennen, wird die Ultraschallextraktion als hocheffiziente und zuverlässige Technologie eingesetzt. Die Ultraschallextraktion hat sich für hohe Extraktionsraten, hohe Protein- und Lipidausbeuten und eine schnelle Verarbeitung von Insektenbestandteilen erster Qualität bewährt.

Warum Insektenproteine mit Power-Ultraschall extrahieren?

Insektenproteinextrakt gilt in der Regel als hochwertiger als Insektenmehl, da er einen höheren Anteil an Eiweiß und einen geringeren Anteil an anderen unerwünschten Stoffen wie Chitin und Fetten enthält.
Insektenmehl wird in der Regel durch Mahlen ganzer Insekten zu einem Pulver hergestellt, das eine erhebliche Menge unverdaulicher Stoffe wie Chitin, Exoskelette und andere nicht nahrhafte Bestandteile enthalten kann. Im Gegensatz dazu wird Insektenproteinextrakt in der Regel durch Extraktion des Proteins aus den Insekten hergestellt, was zu einem reineren und konzentrierteren Proteinprodukt führt. Die Ultraschallextraktion hat sich als hocheffiziente Produktionstechnik für hochwertiges Insektenprotein erwiesen.
Die höhere Proteinkonzentration in Insektenproteinextrakt bedeutet, dass es mehr Protein pro Gramm liefern kann als Insektenmehl, was es zu einer effizienteren Proteinquelle macht. Darüber hinaus kann die Entfernung von nicht-nutritiven Bestandteilen Insektenproteinextrakt leichter verdaulich machen und das Risiko von Verdauungsproblemen bei Tieren und Menschen, die es verzehren, verringern.
Außerdem kann Insektenproteinextrakt im Vergleich zu Insektenmehl einen milderen Geschmack und Geruch haben, was es für die Verbraucher attraktiver macht. Es ist auch vielseitiger einsetzbar, da es als Zutat in einer Vielzahl von Lebens- und Futtermitteln verwendet werden kann.
 

Extraktion von Insektenproteinen mit Ultraschall

Die Ultraschallextraktion lässt sich leicht in die reguläre Verarbeitung von Insektenmehl integrieren und ermöglicht eine Verbesserung des Endprodukts. Mit Ultraschall extrahiertes Insektenprotein ist von besserer Qualität als Insektenmehl und bietet einen höheren Nährwert, einen besseren Geschmack und bessere Funktionalitäten.

Allgemeines Protokoll für die Extraktion von Insektenproteinen mit einem Sonden-Ultraschallgerät

allgemeines Protokoll zur Extraktion von Proteinen in Lebensmittelqualität aus Larven der Soldatenfliege mit Hilfe einer Ultraschallsonde:
Materialien und Ausrüstung:

• Larven der Soldatenfliege oder anderer Insektenarten wie Mehlwurmlarven (Tenebrio molitor), ausgewachsene Grillen (Gryllus bimaculatus) und Seidenraupenpuppen (Bombyx mori) – zuvor gezüchtet und geerntet
• Ultraschall-Stabschwinger
• Mixer oder Küchenmaschine
• Destilliertes Wasser mit 9,46 mM Ascorbinsäure oder ein anderes Lösungsmittel nach Wahl
• Zentrifuge
• Glas- oder Kunststoffbehälter
• Filterpapier oder Netzfilter

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Extraktion von Insektenproteinen

1. Vorbereitung von Insektenlarven:
   • Ernten Sie die Larven der Soldatenfliege aus dem Aufzuchtsystem.
   • Waschen Sie die Larven gründlich mit destilliertem Wasser, um alle Rückstände und Verunreinigungen zu entfernen.
   • Frieren Sie die Larven bei -20°C oder niedriger ein, um die Enzyme zu deaktivieren und die Proteinqualität zu erhalten.
2. Störung der Larven:
   • Tauen Sie die gefrorenen Larven auf und geben Sie sie in einen Mixer oder eine Küchenmaschine.
   • Fügen Sie ein geeignetes Volumen an destilliertem Wasser oder Pufferlösung hinzu, um die gewünschte Proteinkonzentration zu erreichen (z. B. 10 % w/v).
   • Mischen oder verarbeiten Sie die Larven, bis Sie einen homogenen Brei erhalten.
   • Die Aufschlämmung in einen Glas- oder Kunststoffbehälter füllen.
3. Entfetten (optional):
   • Das Entfetten des Insektenmehls ist ein optionaler Schritt, der dazu beiträgt, die Proteinausbeute und -qualität zu erhöhen. Der Fettgehalt des Insektenmehls wird durch Hexanbehandlung reduziert. Insgesamt wird für die meisten Insektenproteinextrakte für den menschlichen Verzehr eine Entfettung empfohlen, um die Proteinqualität zu verbessern. Der herkömmliche Hexan-Entfettungsprozess ist zeitaufwändig. Die Ultraschallbehandlung kann die Entfettung von Insektenmehl erheblich beschleunigen!
4. Beschallung:
   • Tauchen Sie die Sonde des Ultraschallgeräts, z. B. UIP2000hdT, in den Larvenbrei ein.
   • Stellen Sie die Parameter des Ultraschallgeräts, z. B. 100 % Amplitude und Beschallungszeit, entsprechend dem Volumen und der Aufschlämmung ein.
   • Wenden Sie Ultraschallwellen auf den Larvenbrei an, während Sie eine konstante Temperatur beibehalten, um eine Denaturierung der Proteine zu vermeiden.
   • Die Ultraschallbehandlung trägt dazu bei, die Zellen aufzubrechen und die Proteine aus den Larven freizusetzen.
   • Überwachen Sie die Temperatur während der Beschallung. Hielscher-Ultraschallgeräte sind mit einem Temperatursensor und einer Temperaturkontrolle ausgestattet.
5. Zentrifugation:
   • Nach der Ultraschallbehandlung die beschallte Larvenaufschlämmung in Zentrifugenröhrchen füllen.
   • Zentrifugieren Sie die Röhrchen bei geeigneter Geschwindigkeit und Dauer, um den proteinhaltigen Überstand von festen Trümmern und ungebrochenen Zellen zu trennen.
   • Fangen Sie den Überstand, der die extrahierten Proteine enthält, auf und geben Sie ihn in einen sauberen Behälter.
   • Gegebenenfalls ist der Zentrifugationsschritt zu wiederholen, um verbleibende feste Partikel zu entfernen. Alternativ kann auch die Filtration als Proteintrennverfahren eingesetzt werden.
6. Analyse und Lagerung von Proteinen:
   • Führen Sie eine Proteinanalyse durch, um die Qualität und Zusammensetzung der extrahierten Proteine zu bewerten.
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 die wachsende Nachfrage nach hochwertigen Proteinen zu befriedigen, werden Insekten als gesunde, nachhaltige und umweltfreundliche Proteinquelle geschätzt, die für die menschliche Ernährung, die Ernährung von Haustieren und die Fütterung von Nutztieren verwendet wird. Insekten sind ektotherm (d. h. sie sind kaltblütig und verbrauchen keine Energie zur Erzeugung von Wärme, um ihre Körpertemperatur zu erhöhen), sie benötigen nicht viel Platz und können mit Abfällen als Wachstumssubstrat gefüttert werden. Dies macht Insektenproteine und -lipide zu einer vielversprechenden Nahrungsquelle, die dazu beitragen kann, die "Proteinlücke" zu schließen, die überwunden werden muss, um die wachsende Weltbevölkerung und ihren Bedarf an hochwertigen Nährstoffen, insbesondere Proteinen, zu ernähren.
Insektenzucht: Insekten werden in Insektenfarmen gezüchtet, wo sie in Containern oder Reaktoren gezüchtet werden. Sie haben den Vorteil, dass sie schnell wachsende Organismen sind, relativ wenig Pflege benötigen, mit organischen Abfällen gefüttert werden können und schnell auf Erntegröße oder Reifegrad gezüchtet werden. Vor allem Fliegenlarven, Mehlwürmer und Grillen sind leicht zu züchten. Was die Effizienz betrifft, so sind die Larven der schwarzen Soldatenfliege dafür bekannt, dass sie organische Abfälle hervorragend in hochwertiges Eiweiß umwandeln können, weshalb die schwarze Soldatenfliege unter Insektenzüchtern auch als "Königin der Abfallverwertung" bezeichnet wird.
 
Verarbeitungsschritte von Insektenmehl: Wenn die Insekten ihre angestrebte Größe oder ihr Stadium erreicht haben, werden sie geerntet. Das heißt, sie sind bereit für die Verarbeitung zu Lebensmittelzutaten. Vor der Verarbeitung werden die Insekten in Wasser gewaschen, gesiebt und etwa einen Tag lang lebend bei 4 °C ohne Futter gelagert.
Anschließend werden die Insekten gekocht und dann durch sehr heiße Luft oder durch Erhitzen in einem Behälter getrocknet. Eine Wärmebehandlung ist auch erforderlich, um Bakterien abzutöten. Schließlich werden die Insekten zu einem trockenen Insektenmehl (auch als Insektenmehl bekannt) vermahlen. Das Insektenmehl kann als Lebensmittelzutat oder als Zusatzstoff in Tierfutter verwendet werden. Um das Insektenmehl zu verfeinern und zu veredeln, werden jedoch die wertvollsten Bestandteile, d. h. Proteine und Lipide, extrahiert. Vor allem reines Insektenprotein wird als hochgradig nahrhafte Zutat geschätzt, die in Proteinriegeln, Proteinpulvern und als Zusatzstoff in vielen Lebensmitteln wie Backwaren, Chips, Crackern usw. verwendet wird.
 
Verwenden Sie Ultraschallsondenextraktoren zur Herstellung von hochwertigem Insektenprotein!
 
Ultraschallextraktion von hochwertigen Proteinen aus Insekten:
Die Ultraschallextraktion wird zur Herstellung von Proteinpulvern, -hydrolysaten und -isolaten aus vielen Insektenarten wie Fliegen, Würmern, Käfern, Grillen und Larven verwendet. Durch die Extraktion hochwertiger Proteine aus Insektenmehl werden mit Hilfe von Ultraschall funktionelle Lebensmittelzutaten mit einem hervorragenden Nährwertprofil hergestellt.

Vorteile der Proteinextraktion mit Ultraschall aus Insekten

Ultraschall wird in großem Umfang zur Extraktion und Behandlung von Proteinen aus verschiedenen Quellen wie Pflanzen (z. B. aus Soja, Reis, Raps, Sonnenblumen, Kürbiskernen usw.), Milchprodukten (z. B., Molkenproteinkonzentrat (WPC), Molkenprotein, Milcheiweißretentate, Kalziumkaseinat), Algen (z. B. Seetang), Meeresfrüchten (z. B. Fischnebenprodukte und Meeresfrüchteabfälle) und Insekten (z. B. Würmer, Larven, Fliegen, Maden, Käfer, Grillen, Schaben usw.).
Als hocheffiziente und umweltfreundliche Extraktionstechnologie hat die Ultraschallextraktion von Insektenprotein ihren Platz in der Herstellung von Insektenproteinpulvern, -hydrolysaten und -isolaten gefunden. Aufgrund der hohen Prozesssicherheit, der Wiederholbarkeit und der linearen Skalierbarkeit wird die Ultraschallextraktion zur Extraktion von Proteinen aus Insekten, zur Veränderung von Proteinstrukturen und zur Verbesserung der physikochemischen Eigenschaften von Proteinen eingesetzt.
Mintha et al. (2020) beispielsweise wendeten Ultraschallextraktion bei Larven der Schwarzen Soldatenfliege (H. illucens) an. Sie berichten, dass die Beschallung die Proteinstruktur verbesserte, die Proteinfunktionalität veränderte und somit für die Herstellung von H. illucens-Protein/Hydrolysaten von Vorteil war. Insbesondere das Zetapotenzial, die Dispergierbarkeit und die Thiolwerte wurden durch die Ultraschallbehandlung erhöht. Außerdem nahmen die Trübung und die Partikelgröße des Proteins nach der Beschallung ab. Die Ultraschallbehandlung erhöhte die Helligkeit (L*) der Proteinisolate im Vergleich zur nicht beschallten Kontrolle signifikant um x ¯ 7,46 %.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für die Verarbeitung von Insektenproteinen

Die Extraktion und Homogenisierung mit Ultraschall ist eine zuverlässige Verfahrenstechnik, die die Herstellung hochwertiger Insektenproteine erleichtert und beschleunigt. Das Portfolio von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät bis zum industriellen Extraktionssystem ab. So können wir Ihnen bei Hielscher den für Ihre geplante Prozesskapazität am besten geeigneten Ultraschallgeber anbieten. Unsere langjährig erfahrenen Mitarbeiter unterstützen Sie von der Machbarkeitsprüfung über die Prozessoptimierung bis hin zur Installation Ihres Ultraschallsystems in der Endfertigung.
Dank des geringen Platzbedarfs unserer Ultraschallextraktoren und ihrer vielseitigen Installationsmöglichkeiten passen sie auch in Anlagen zur Verarbeitung von Insektenproteinen mit geringem Platzangebot. Ultraschallprozessoren werden weltweit in Produktionsanlagen für Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel sowie für die Herstellung von Heim- und Nutztierfutter eingesetzt. Darüber hinaus sind Ultraschall-Hochschermischer ideal für die Formulierung von Insektenproteinen zu Lebensmitteln für den Menschen sowie zu Heimtierfutter für Begleittiere und Viehfutter für Nutztiere.

Hielscher Ultrasonics – Hochentwickelte Extraktionssysteme

Das Produktportfolio von Hielscher Ultrasonics umfasst die gesamte Palette von Hochleistungs-Ultraschallextraktoren - von handlichen und kompakten bis hin zu großen industriellen Geräten. Zusätzliches 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, der Charge oder dem Inline-Prozess und dem Zeitlimit ab.

Ultraschall-Insektenextraktion – Batch- und Inline-Verarbeitung

Hielscher-Ultraschallgeräte können sowohl für die Chargen- als auch für die kontinuierliche Durchlaufverarbeitung eingesetzt werden. Die Batch-Verarbeitung mit Ultraschall ist ideal für Prozesstests, Optimierung und kleine bis mittlere Produktionsmengen. Für die Herstellung großer Mengen von Insektenproteinen kann die Inline-Verarbeitung vorteilhafter sein. Während die Chargenverarbeitung nur eine sehr einfache Einrichtung erfordert, ist sie zeit- und arbeitsintensiver. Ein kontinuierlicher Inline-Mischprozess erfordert ein ausgeklügeltes Setup – bestehend aus einer Pumpe, Schläuchen oder Rohren und Tanks. Dafür ist die kontinuierliche Ultraschallverarbeitung effizienter, schneller und erfordert wesentlich weniger Arbeit. Hielscher Ultrasonics hat die am besten geeignete Extraktionsanlage für Ihr Extraktionsvolumen und Ihre Prozessziele.

Ultraschall-Extraktoren für jede Produktkapazität

Die 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 umfassende Produktpalette ermöglicht es uns, Ihnen den für Ihr Rohmaterial, Ihre Prozesskapazität und Ihre Produktionsziele das am besten geeigneten Ultraschall-Extraktionssystem anzubieten.
Ultraschall-Bechtop-Systeme sind ideal für Machbarkeitstests und Prozessoptimierung. Das lineare Scale-up auf der Grundlage etablierter Prozessparameter macht es sehr einfach, die Verarbeitungskapazitäten von kleineren Losen auf die vollständig kommerzielle Produktion zu erhöhen. Das Sclae-up kann entweder durch die Installation eines leistungsstärkeren Ultraschall-Extraktionssystems oder durch den parallelen Cluster-Aufbau mehrerer Ultraschallgeräte erfolgen. Mit dem UIP16000 bietet Hielscher den weltweit leistungsstärksten Ultraschall-Extraktor an.

Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Hielscher-Ultraschallgeräte sind präzise steuerbare und damit zuverlässige Arbeitstiere in der Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, die die Effizienz und Effektivität der Ultraschallextraktion von Nährstoffen aus Insekten beeinflussen.
Insektenmaterial wie Larven und Fliegen erfordern eine mildere Beschallung und geringere Amplitudeneinstellungen, während Grillen und Insekten mit einem dicken Exoskelettpanzer eine Beschallung mit höheren Amplituden benötigen, um die gewünschten Nährstoffe freizusetzen. Bei allen Hielscher Ultrasonics-Prozessoren lässt sich die Amplitude präzise einstellen. Sonotroden und Boosterhörner sind Zubehörteile, mit denen sich die Amplitude in einem noch größeren Bereich verändern lässt. Hielscher Industrie-Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern und liefern die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb gefahren werden.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschallprozessparameter über eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, Ihr Saatgut mit den effektivsten Ultraschallbedingungen zu behandeln. Optimale Beschallung für beste Extraktionsergebnisse!
Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen. Das macht Hielscher Ultraschallgeräte zu einem zuverlässigen Arbeitsinstrument, das Ihre Anforderungen an die Extraktion erfüllt.

Einfache, risikofreie Prozessprüfung

Ultraschallverfahren können vollständig linear skaliert werden. Das bedeutet, dass jedes Ergebnis, das Sie mit einem Labor- oder Tisch-Ultraschallgerät erzielt haben, mit denselben Prozessparametern auf genau dieselbe Leistung skaliert werden kann. Damit eignet sich die Beschallung ideal für risikofreie Machbarkeitstests, Prozessoptimierung und die anschließende Einführung in die kommerzielle Fertigung. Setzen Sie sich mit uns in Verbindung, um zu erfahren, wie die Beschallung Ihre Produktion von Insektenproteinen steigern kann!

Höchste Qualität – entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen setzt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Stammhaus in Teltow bei Berlin entwickelt, gefertigt und auf Herz und Nieren geprüft. Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Hielscher Ultraschallgeräte machen sie zu einem Arbeitspferd in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist eine selbstverständliche Eigenschaft der Hielscher Hochleistungsmischer.

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