استخراج فراصوتی مایکوپروتئین
مایکوپروتئین، در پاسخ به تقاضا برای جایگزین‌های غذایی پایدار و مغذی، به‌عنوان ماده‌ای تحول‌آفرین مطرح شده است. این ماده از قارچ‌ها به دست می‌آید و عمدتاً برای تولید جایگزین‌های گوشت، که اغلب «گوشت مصنوعی» نامیده می‌شوند، به کار می‌رود. این منبع پروتئینی با فراهم کردن بافتی غنی و شبیه گوشت و ارزش تغذیه‌ای بالا، راهکاری امیدبخش برای پاسخ به تقاضای روزافزون برای رژیم‌های غذایی گیاهی ارائه می‌دهد. برای بهره‌گیری از قابلیت‌های مایکوپروتئین، از روش پیشرفته‌ای برای استخراج به نام فراصوت‌دهی پروبی استفاده می‌شود. این روش با استفاده از توان امواج فراصوت، مایکوپروتئین را به‌طور مؤثر از سلول‌های قارچی آزاد می‌کند و بازده بالای پروتئین را در زمان پردازشی بسیار کوتاه تضمین می‌کند.
استخراج فراصوتی مایکوپروتئین
استخراج مایکوپروتئین با کشت قارچ‌های خوراکی، مانند Fusarium venenatum، در زیست‌راکتورهای کنترل‌شده آغاز می‌شود. مایکوپروتئین درون این سلول‌های قارچی محصور است و برای آزادسازی این پروتئین ارزشمند به روشی کارآمد برای استخراج نیاز است. فراصوت‌دهی پروبی به‌دلیل توانایی ایجاد تخریب سلولی قوی، روشی ایدئال محسوب می‌شود. در این فرایند، فراصوت پرتوان نیروهای شدید کاویتاسیون ایجاد می‌کند که دیواره‌های سلولی قارچ‌ها را می‌شکنند و محتویات درون‌سلولی، از جمله پروتئین‌ها، لیپیدها و دیگر مواد مغذی را به‌طور مؤثر آزاد می‌کنند. این امر نه‌تنها کارایی استخراج را افزایش می‌دهد، بلکه حفظ یکپارچگی و خواص عملکردی پروتئین را نیز تضمین می‌کند.
استفاده از امواج فراصوت در استخراج مایکوپروتئین چندین مزیت مهم دارد. نخست، همگن‌سازی یکنواختی ایجاد می‌کند که برای توسعه طیف گسترده‌ای از محصولات غذایی با بافت‌ها و طعم‌های متنوع ضروری است. چه برای محصولات مشابه گوشت، چه برای میان‌وعده‌های سرشار از پروتئین یا جایگزین‌های غیرلبنی شیر، فراصوت‌دهی کیفیت یکنواخت مایکوپروتئین را امکان‌پذیر می‌سازد و آن را به ماده‌ای با کاربردهای متنوع در صنایع غذایی تبدیل می‌کند. افزون بر این، زمان کوتاه پردازش در این روش به بهره‌وری بیشتر و مصرف انرژی کمتر می‌انجامد و با اهداف پایداری در تولید مدرن مواد غذایی همسو است. استخراج فراصوتی مایکوپروتئین نه‌تنها تقاضای رو‌به‌رشد مصرف‌کنندگان برای پروتئین گیاهی را برآورده می‌کند، بلکه راه را برای راهکارهای غذایی نوآورانه و مغذی هموار می‌سازد.
هموژنایزر فراصوتی UIP2000hdT (2kW) مجهز به راکتور ناپیوسته با هم‌زدن مداوم
سینتیک آزادسازی پروتئین از Fusarium Venenatum با فراصوت‌دهی همراه با آسیاب‌کردن
منبع: Prakash et al. 2014
مطالعه موردی – آزادسازی فراصوتی مایکوپروتئین
Prakash et al. (2014) تأثیر فراصوت‌دهی بر آزادسازی مایکوپروتئین از Fusarium Venenatum را بررسی کردند. آن‌ها به بیشینه نرخ آزادسازی پروتئین معادل 580μg مایکوپروتئین استخراج‌شده طی 0٫680 min دست یافتند.
تأثیر روش فراصوت‌دهی همراه با آسیاب‌کردن بر آزادسازی پروتئین از Fusarium venenatum
منبع: Prakash et al. 2014
- بازده بالا / استخراج کامل
- کیفیت بالا
- سریع
- ملایم، غیرحرارتی
- قابل‌کنترل با دقت بالا
- مقرون‌به‌صرفه
- کاربری ساده و ایمن
مایکوپروتئین
مایکوپروتئین نوعی پروتئین تک‌سلولی موجود در قارچ‌هاست. مایکوپروتئین با داشتن مقدار زیادی پروتئین و فیبر، منبعی سالم و پایدار از اسیدهای آمینه باارزش از نظر تغذیه‌ای محسوب می‌شود. مایکوپروتئین معمولاً بر پایه وزن خشک، حدود 45% پروتئین و 25% فیبر دارد. مایکوپروتئین سرشار از اسیدهای آمینه ضروری است و با داشتن حدود 41% پروتئین کل در ترکیب خود، محتوای پروتئینی مشابه اسپیرولینا دارد. این ویژگی، مایکوپروتئین را به منبع پروتئینی جالب‌توجهی برای گیاه‌خواران و وگان‌ها تبدیل می‌کند. مایکوپروتئین سرشار از فیبر است. فیبر آن تقریباً از یک‌سوم کیتین (N-استیل‌گلوکوزآمین) و دوسوم β-گلوکان‌ها (1,3-گلوکان و 1,6-گلوکان) تشکیل شده است. مایکوپروتئین با داشتن پروتئین و فیبر فراوان، منبع غذایی سالم و پایداری است.
(رجوع کنید به Finnigan et al. 2019)
استخراج فراصوتی – اصل عملکرد و مزایا
استخراج فراصوتی بر پدیده کاویتاسیون آکوستیکی (فراصوتی) استوار است. هنگامی که انرژی امواج فراصوت پرتوان به یک مایع یا دوغاب کوپل می‌شود، چرخه‌های متناوب پرفشار و کم‌فشار، مایع را فشرده و منبسط می‌کنند و حباب‌های بسیار ریز خلأ در محیط ایجاد می‌کنند. این حباب‌های خلأ طی چندین چرخه پرفشار/کم‌فشار رشد می‌کنند تا به نقطه‌ای برسند که حباب گاز دیگر نتواند انرژی بیشتری جذب کند. در نقطه بیشینه رشد، حباب در طول یک چرخه پرفشار به‌شدت به درون فرو می‌پاشد. هنگام فروپاشی حباب، شرایط موضعی بسیار شدیدی، از جمله دما و فشار بسیار بالا و اختلاف‌های متناظر فشار و دما، و همچنین جت‌های مایع با سرعتی تا 280m/sec ایجاد می‌شود. این نیروهای شدید، دیواره‌های سلولی را سوراخ می‌کنند و می‌شکنند و انتقال جرم بین درون سلول و مایع پیرامون را افزایش می‌دهند. مواد درون‌سلولی، مانند پروتئین‌ها، لیپیدها و دیگر ترکیبات زیست‌فعال، به مایع منتقل می‌شوند و می‌توان آن‌ها را به‌آسانی برای فرایندهای پایین‌دستی از مایع جدا کرد.
مزایای استخراج فراصوتی مایکوپروتئین
استخراج به کمک فراصوت (UAE) روشی بسیار کارآمد برای آزادسازی و جداسازی مواد درون‌سلولی، مانند پروتئین‌ها، لیپیدها و مواد زیست‌فعال (برای مثال، ویتامین‌ها و پلی‌فنول‌ها) است. فراصوت‌دهی روشی برای تشدید فرایند است که انتقال جرم بین درون سلول و مایع را افزایش می‌دهد. استخراج فراصوتی به بازده بیشتر، زمان پردازش کوتاه‌تر، کیفیت برتر عصاره، کاهش هزینه‌های پردازش و مصرف انرژی کمتر می‌انجامد.
هموژنایزرهای فراصوتی برای پردازش مایکوپروتئین
دستگاه‌های فراصوتی تخریب سلولی و استخراج، ابزارهایی جاافتاده در تأسیسات فرآوری مواد غذایی هستند. سونیکاتورها با ایجاد نیروهای برشی شدید ناشی از کاویتاسیون، برای جداسازی ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی و همگن‌سازی دو یا چند فاز به‌صورت مخلوطی یکنواخت به کار می‌روند.
Hielscher Ultrasonics مجموعه گسترده‌ای از سونیکاتورهای پربازده را از اندازه آزمایشگاهی تا صنعتی عرضه می‌کند.
سونیکاتورهای صنعتی Hielscher می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی ایجاد کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm در بهره‌برداری 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است. برای دامنه‌های حتی بالاتر، سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی در دسترس هستند. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher امکان بهره‌برداری 24/7 را در کاربری‌های سنگین و محیط‌های دشوار فراهم می‌کند.
استانداردسازی فرایند با Hielscher Ultrasonics
عصاره‌هایی که در مواد غذایی یا داروها استفاده می‌شوند، باید مطابق با اصول روش‌های صحیح تولید (GMP) و مشخصات استانداردشده پردازش تولید شوند. سونیکاتورهای دیجیتال Hielscher Ultrasonics به نرم‌افزار هوشمندی مجهز هستند که تنظیم و کنترل دقیق فرایند فراصوت‌دهی را آسان می‌کند. سامانه ثبت خودکار داده‌ها، تمام پارامترهای فرایند فراصوتی، مانند انرژی فراصوت (انرژی کل و خالص)، دامنه، دما و فشار (در صورت نصب حسگرهای دما و فشار) را همراه با برچسب تاریخ و زمان روی کارت SD داخلی ثبت می‌کند. این قابلیت به شما امکان می‌دهد هر سری ساخت پردازش‌شده با فراصوت را بازبینی کنید. هم‌زمان، تکرارپذیری و کیفیت بالای همیشگی محصول تضمین می‌شود.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی .
دانستنی‌های مفید
مایکوپروتئین چیست؟
مایکوپروتئین نوعی پروتئین موسوم به تک‌سلولی است؛ یعنی از یک جاندار تک‌سلولی به دست می‌آید. در مورد مایکوپروتئین، این جاندار تک‌سلولی یک قارچ است. بنابراین، مایکوپروتئین با نام پروتئین قارچی نیز شناخته می‌شود. جزء واژگانی «myco» از واژه یونانی «mykes» به معنای قارچ گرفته شده است.
برای تولید مایکوپروتئین معمولاً از قارچ Fusarium venenatum استفاده می‌شود. این قارچ میکروسکوپی از سرده Fusarium است و محتوای پروتئین بالایی دارد.
برای تولید تجاری مایکوپروتئین، هاگ‌های قارچ در محیط مایع حاوی گلوکز و دیگر مواد مغذی کشت داده می‌شوند و تحت تخمیر قرار می‌گیرند. مراحل بعدی پردازش شامل بخاردهی، سردکردن و انجماد زیست‌توده قارچی با محتوای کاهش‌یافته RNA است. در نهایت، توده‌ای سرشار از پروتئین و فیبر به دست می‌آید که می‌توان آن را به محصولات غذایی گوناگون، مانند جایگزین‌های گوشت یا افزودنی‌های غذایی، تبدیل کرد. مایکوپروتئین عمدتاً برای تولید آنچه «گوشت مصنوعی» نامیده می‌شود، یعنی جایگزین‌های گوشت یا محصولات مشابه گوشت، به کار می‌رود.
مایکوپروتئین چگونه تولید می‌شود؟
مایکوپروتئین از طریق تخمیر یک قارچ مشخص، معمولاً Fusarium venenatum، در زیست‌راکتورهای بزرگ تولید می‌شود؛ قارچ در این زیست‌راکتورها رشد و تکثیر می‌شود. سپس زیست‌توده قارچی برداشت می‌شود و مایکوپروتئین با استفاده از روش‌هایی مانند فراصوت‌دهی پروبی استخراج می‌شود تا دیواره‌های سلولی شکسته و پروتئین آزاد شود. پروتئین حاصل سپس فرآوری و به محصولات غذایی گوناگون تبدیل می‌شود.
مایکوپروتئین چه مزایایی دارد؟
مایکوپروتئین مزایای متعددی دارد؛ از جمله اینکه منبع غذایی سرشار از پروتئین، کم‌چرب و کم‌کلسترول است و به همین دلیل جایگزینی سالم برای گوشت محسوب می‌شود. این ماده سرشار از فیبر غذایی است، به مدیریت وزن کمک می‌کند و از رشد عضلات پشتیبانی می‌کند. افزون بر این، تولید مایکوپروتئین در مقایسه با تولید سنتی گوشت، اثرات زیست‌محیطی کمتری دارد، به زمین و آب کمتری نیاز دارد و گازهای گلخانه‌ای کمتری منتشر می‌کند. همچنین ماده‌ای با کاربردهای متنوع برای تولید انواع جایگزین‌های گوشت فراهم می‌کند و پاسخ‌گوی تقاضای رو‌به‌رشد برای رژیم‌های غذایی گیاهی است.
منابع علمی / مراجع
- Prakash P.; Namasivayam S.K.R. (2014): Evaluation of Protein Release Rate from Mycoprotein – Fusarium Venenatum by Cell Disruption Method. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Vol 6, Issue 7, 2014. 491-493.
- Wan M. F. B. W. Nawawi, Mitchell Jones, Richard J. Murphy, Koon-Yang Lee, Eero Kontturi, Alexander Bismarck (2020): Nanomaterials Derived from Fungal Sources – Is It the New Hype? Biomacromolecules 21, 2020. 30-55.
- J. Lonchamp, M. Akintoye, P. S. Clegg, S. R. Euston (2020): Sonicated extracts from the Quorn fermentation co-product as oil-lowering emulsifiers and foaming agents. European Food Research and Technology (2020) 246:767–780.
- Tim JA Finnigan, Benjamin T Wall, Peter J Wilde, Francis B Stephens, Steve L Taylor, Marjorie R Freedman (2019): Mycoprotein: The Future of Nutritious Nonmeat Protein, a Symposium Review. Current Developments in Nutrition, June 2019.