Extraction de mycoprotéines par ultrasons

Répondant aux besoins en alternatives alimentaires durables et nutritives, les mycoprotéines se sont imposées comme un ingrédient révolutionnaire, issu de champignons et principalement utilisé pour fabriquer des substituts de viande, souvent appelés « fausse viande ». Cette source de protéines offre une solution prometteuse à la demande croissante d’alimentation à base de végétaux, en apportant une texture riche, semblable à celle de la viande, et une valeur nutritionnelle élevée. Pour exploiter le potentiel des mycoprotéines, une technique d’extraction avancée appelée sonication par sonde est employée. Cette méthode utilise la puissance des ondes ultrasonores pour libérer efficacement les mycoprotéines des cellules fongiques, assurant des rendements élevés en protéines dans un temps de traitement remarquablement court.

Extraction de mycoprotéines par ultrasons

L’extraction des mycoprotéines commence par la culture de champignons comestibles, tels que Fusarium venenatum, dans des bioréacteurs contrôlés. Au sein de ces cellules fongiques, les mycoprotéines sont encapsulées, ce qui nécessite une méthode d’extraction robuste pour libérer ces précieuses protéines. La sonication par sonde se distingue comme une technique idéale grâce à sa capacité à provoquer une désintégration cellulaire puissante. Au cours de ce processus, les ultrasons de puissance créent des forces de cavitation intenses qui détruisent les parois cellulaires des champignons, libérant efficacement le contenu intracellulaire, notamment les protéines, les lipides et d’autres nutriments. Cela améliore l’efficacité de l’extraction tout en assurant la préservation de l’intégrité et des propriétés fonctionnelles des protéines.

L’application d’ondes ultrasonores à l’extraction des mycoprotéines présente plusieurs avantages importants. Tout d’abord, elle permet une homogénéisation uniforme, essentielle au développement d’une large gamme de produits alimentaires aux textures et aux saveurs variées. Qu’il s’agisse d’analogues de viande, de collations riches en protéines ou de substituts de lait sans produits laitiers, le traitement par ultrasons assure une qualité constante des mycoprotéines, ce qui en fait un ingrédient polyvalent pour l’industrie alimentaire. De plus, le temps de traitement court associé à cette technique se traduit par une productivité accrue et une consommation d’énergie réduite, conformément aux objectifs de durabilité de la production alimentaire moderne. L’extraction de mycoprotéines par ultrasons répond à la demande croissante des consommateurs en protéines d’origine végétale et ouvre également la voie à des solutions alimentaires innovantes et nutritives.

Cinétique de libération des protéines de Fusarium Venenatum par sonication avec broyage
source : Prakash et al. 2014

Étude de cas – Libération de mycoprotéines par ultrasons

Prakash et al. (2014) ont étudié les effets du traitement par ultrasons sur la libération de mycoprotéines de Fusarium Venenatum. Ils ont obtenu un taux maximal de libération de protéines de 580μg de mycoprotéines extraites en 0,680 min.

Effet de la méthode de sonication avec broyage sur la libération des protéines de Fusarium venenatum
source : Prakash et al. 2014

Mycoprotéines

Les mycoprotéines sont des protéines unicellulaires présentes dans les champignons. Grâce à leur teneur élevée en protéines et en fibres, elles sont considérées comme une source saine et durable d’acides aminés de grande valeur nutritionnelle. Les mycoprotéines contiennent généralement environ 45% de protéines et 25% de fibres en poids sec. Elles sont riches en acides aminés essentiels et, avec une composition d’environ 41% de protéines totales, présentent une teneur en protéines similaire à celle de la spiruline. Cela en fait une source de protéines intéressante pour les végétariens et les végétaliens. Les mycoprotéines sont riches en fibres. Leurs fibres se composent d’environ un tiers de chitine (N-acétylglucosamine) et de deux tiers de β-glucanes (1,3-glucane et 1,6-glucane). Grâce à leur teneur élevée en protéines et en fibres, les mycoprotéines constituent une source alimentaire saine et durable.
(cf. Finnigan et al. 2019)

Extraction par ultrasons – Principe de fonctionnement et avantages

L’extraction par ultrasons repose sur le phénomène de cavitation acoustique (ultrasonore). Lorsque des ondes ultrasonores puissantes sont couplées à un liquide ou à une suspension, des cycles alternés de haute et de basse pression compriment et dilatent le liquide, créant de minuscules bulles de vide dans le milieu. Ces bulles de vide grossissent au fil de plusieurs cycles de haute et de basse pression, jusqu’à ce que la bulle de gaz ne puisse plus absorber d’énergie supplémentaire. À son expansion maximale, la bulle implose violemment pendant un cycle de haute pression. Lors de l’implosion, des conditions localement extrêmes apparaissent, telles que des températures et des pressions très élevées, les écarts de pression et de température correspondants, ainsi que des jets de liquide atteignant jusqu’à 280m/sec. Ces forces intenses perforent et rompent les parois cellulaires et favorisent le transfert de matière entre l’intérieur des cellules et le liquide environnant. Les matières intracellulaires, telles que les protéines, les lipides et d’autres composés bioactifs, sont transférées dans le liquide, dont elles peuvent facilement être séparées pour les étapes de traitement en aval.

Avantages de l’extraction de mycoprotéines par ultrasons

L’extraction assistée par ultrasons (UAE) est une technique très efficace pour libérer et isoler les matières intracellulaires telles que les protéines, les lipides et les substances bioactives (par exemple les vitamines et les polyphénols). La sonication constitue une intensification du procédé qui augmente le transfert de matière entre l’intérieur des cellules et le liquide. L’extraction par ultrasons permet d’obtenir des rendements plus élevés, un temps de traitement réduit, des extraits de qualité supérieure, ainsi que des coûts de traitement et une consommation d’énergie plus faibles.

Homogénéisateurs à ultrasons pour le traitement des mycoprotéines

Les désintégrateurs cellulaires et les extracteurs à ultrasons sont des outils bien établis dans les installations de transformation alimentaire. Grâce aux forces de cisaillement élevées produites par la cavitation, les appareils à ultrasons sont utilisés pour isoler les composés bioactifs des matières végétales et pour homogénéiser deux phases ou plus en un mélange uniforme.
Hielscher Ultrasonics propose une vaste gamme d’appareils à ultrasons haute performance, du laboratoire à l’échelle industrielle.
Les sonicateurs industriels Hielscher peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent être facilement maintenues en fonctionnement continu 24/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasonores sur mesure sont disponibles. La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24/7 sous forte sollicitation et dans des environnements exigeants.

Standardisation des procédés avec Hielscher Ultrasonics

Les extraits utilisés dans les produits alimentaires ou pharmaceutiques doivent être produits conformément aux bonnes pratiques de fabrication (GMP) et selon des spécifications de traitement standardisées. Les sonicateurs numériques Hielscher Ultrasonics sont équipés d’un logiciel intelligent qui facilite le réglage et le contrôle précis du processus de sonication. L’enregistrement automatique des données consigne tous les paramètres du procédé ultrasonore, tels que l’énergie ultrasonore (énergie totale et nette), l’amplitude, la température et la pression (lorsque des capteurs de température et de pression sont installés), avec la date et l’heure, sur la carte SD intégrée. Cela vous permet de vérifier chaque lot traité par ultrasons. La reproductibilité et une qualité de produit constamment élevée sont ainsi assurées.

Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :