Ultraheli ekstraheerimine leghemoglobiini tootmiseks

Puhtam, kiirem ja paremini skaleeritav viis avada taimsete toitude taga olev „lihane“ molekul: leghemoglobiin – hemi sisaldav valk, mis vastutab liha aroomi, värvi ja maitse eest – on kujunenud üheks väärtuslikumaks biomolekuliks taimse toidu tööstuses. Traditsiooniliselt fermentatsiooni või keerukate järeltöötlusetappidega toodetud leghemoglobiini ekstraheerimine on jäänud kulukaks ja raskesti skaleeritavaks. Ultrahelipõhine töötlus muudab selle olukorra täielikult.
Ultraheli töötlus võimaldab sojahemoglobiini valkude tõhusat vabastamist, dispergeerimist ja stabiliseerimist ning pakub selge tee tööstusliku mastaabiga leghemoglobiini ekstraheerimiseni.

Miks leghemoglobiin on oluline

Leghemoglobiin on looduslikult rikkalikult esindatud sojaoa juurekääbustes ja täidab hapniku reguleerimisel olulist bioloogilist rolli. Toidurakendustes katalüüsib selle hemirühm küpsetamise ajal maitset kujundavaid reaktsioone, jäljendades tihedalt loomaliha. Teadlased on kinnitanud, et sojaoa leghemoglobiin säilitab hemi sidumise, peroksidaasi aktiivsuse ja seeduvuse, mistõttu on see sobiv ja ohutu toidukomponent.
Väljakutseks pole kunagi olnud funktsionaalsus – see on olnud tõhus ekstraheerimine ja skaleeritav töötlus.
Ultraheli ekstraheerimine suurendab leghemoglobiini saagist, säilitab leghemoglobiini hemi funktsionaalsuse ja seda saab skaleerida lineaarselt laborist tööstusliku tootmiseni, muutes selle väga tõhusaks ja töökindlaks meetodiks leghemoglobiini tootmisel taimsete toiduainete rakenduste jaoks.

Leghmoglobiini ekstraheerimine sojaoast või E. coli bioreaktoritest

Leghemoglobiini on võimalik saada kahel põhimõtteliselt erineval viisil, kuid tänapäeval tugineb tööstuslik tootmine mikroobsele sünteesile, mitte otsesele ekstraheerimisele sojaubadest. Kuigi leghemoglobiin esineb looduslikult suurtes kontsentratsioonides sojaoa juurekääbustes, on otsene ekstraheerimine taimedest mastaabis ebapraktiline madala taaskasutatava saagise, põllumajandusliku varieeruvuse ja keerukate järelpuhastusetappide tõttu. Seetõttu toodetakse leghemoglobiini valdavalt biosünteesi teel muundatud mikroorganismides, kõige sagedamini Escherichia coli või pärmi abil, kuhu sojaoa leghemoglobiini geen viiakse sisse ja kus see ekspresseeritakse kontrollitud bioreaktori tingimustes. Hiljutised uuringud näitavad, et E. coli-põhised süsteemid, sealhulgas rakupõhised ja rakuvabad bioreaktorid, suudavad toota funktsionaalset sojaoa leghemoglobiini õige aminohappelise järjestuse, hemi sidumise ja ensümaatilise aktiivsusega, mistõttu on mikroobne süntees eelistatud tööstuslik tee.
Ultraheli ekstraktorid sobivad leghemoglobiini ekstraheerimiseks mõlemast allikast – sojaoa juurekääbustest ja E.coli bioreaktoritest.

Kuidas ultraheli parandab leghemoglobiini ekstraheerimist

Ultraheli töötlus põhineb suure intensiivsusega akustilise kavitatsiooni tekitamisel vedelas keskkonnas. Kui mikroskoopilised mullid kollapseeruvad, tekitavad nad lokaalseid nihkejõude, mis:

• lõhuvad taimede ja mikroobide rakustruktuure
• vabastavad rakusiseseid valke, näiteks leghemoglobiini
• vähendavad valgu agregaate ja parandavad dispersiooni
• kiirendavad massiülekannet ilma karmide kemikaalideta

Kontrollitud laborisüsteemides on sonikeerimisega juba näidatud hemoglobiini agregaatide lagunemist ja osakeste suuruse vähenemist suurusjärkude võrra, säilitades samal ajal valgu funktsionaalsuse.

See on eriti oluline leghemoglobiini puhul, kus agregatsioon ja ebaühtlane dispersioon võivad piirata saagist ning järeltöötluse tõhusust.

Laborist tehaseni: lineaarne skaleeritavus tööstuslike sonikaatoritega

Üks ultraheli suurimaid eeliseid on lineaarne skaleeritavus. Erinevalt mehaanilisest homogeniseerimisest või kuulveskis jahvatamisest skaleerub ultrahelienergia sisend otseselt töödeldava mahuga. See tähendab, et laual optimeeritud parameetreid – näiteks amplituudi, energiatihedust ja viibeaega – saab usaldusväärselt üle kanda pilootmastaabile ja tootmismastaabile.

Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultrahelisüsteemid on selleks otstarbeks spetsiaalselt kavandatud. Nende suure võimsusega pidevvoolulised sonikaatorid võimaldavad:

• Ekstraheerimist otse liinis sojaläga
• Reprodutseeritavat valgu vabastamist kilogrammi- ja tonnimastaabis
• Energiasisendi täpset juhtimist (W/L)
• Ööpäevaringset 24/7 tööstuslikku tööd toiduainetööstuses lubatud materjalidega

Need süsteemid võimaldavad tootjatel liikuda sujuvalt teadus- ja arendustegevusest kommertstootmisele ilma protsessi ümber projekteerimata.

Puhtam töötlus, parem valgu kvaliteet

Ultraheli ekstraheerimise teine oluline eelis on protsessi puhtus. Uuringud näitavad, et ultraheli võib vähendada sõltuvust agressiivsetest lahustitest või liigsest termilisest töötlusest, mis mõlemad kahjustavad ohtu hemirühma või denatureerivad valke.

Õigesti temperatuuri reguleerides säilitab sonikeerimine:

• hemi terviklikkuse
• hapnikku siduvad omadused
• seeduvuse simuleeritud maotingimustes

See sobib hästi kokku tööstuse nõudlusega puhta koostisega (clean-label) ja jätkusuutlike töötlustehnoloogiate järele.

Mida see tähendab taimsele toidule

Kuna nõudlus taimse liha järele kasvab jätkuvalt, otsivad tootjad võimalusi kulude vähendamiseks ja toote ühtlase kvaliteedi parandamiseks. Ultraheli ekstraheerimine pakub veenvat lahendust:

• suuremad saagised sojaoa toorainest
• lühemad töötlusajad
• ennustatav mastaabi suurendamine
• väiksem tegevuskeerukus

Koos Hielscher Ultrasonicsi tööstusliku klassi ultraheli reaktoritega pakub see tehnoloogia otsetee kommertsiaalselt elujõulise leghemoglobiini tootmiseni.

Teaduslikud tõendid toetavad nüüd seda, mida protsessiinsenerid on ammu kahtlustanud: ultraheli ei ole pelgalt laborivahend – see on tööstuslik tööhobune. Leghemoglobiini ekstraheerimisel sojaubadest tagab ultraheli töötlus tõhususe, skaleeritavuse ja toote kvaliteedi ühel platvormil.

Kuna taimse toidu sektor jätkab kasvu, võib ultraheli ekstraheerimisest saada selgrootehnoloogia, mis muudab leghemoglobiini tootmise lõpuks kiiremaks, puhtamaks ja majanduslikult jätkusuutlikuks.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Disain, tootmine ja nõustamine – Saksamaal valmistatud kvaliteet

Hielscheri ultraheliseadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultraheliseadmeid sujuvalt tööstusrajatistesse integreerida. Hielscheri ultraheliseadmed tulevad hõlpsasti toime rasked tingimuste ja nõudlike keskkondadega.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega ultraheliseadmetele, mis on varustatud kaasaegseima tehnoloogiaga ja kasutajasõbralikkusega. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheliseadmed CE nõuetele ning UL-i, CSA ja RoHs nõuetele.