שיפור ייצור חלבון מחרקים באמצעות אולטרסאונד

חרקים הם מקור בר־קיימא וקל לגידול לחלבונים ולליפידים תזונתיים באיכות גבוהה. כדי להפריד חלבונים וליפידים מהחרקים, משתמשים במיצוי אולטרסוני כטכנולוגיה יעילה ואמינה ביותר. הוכח כי טיפול אולטרסוני מאפשר שיעורי מיצוי גבוהים, תפוקות גבוהות של חלבונים וליפידים ועיבוד מהיר של רכיבים מחרקים באיכות מעולה.

מדוע למצות חלבונים מחרקים באמצעות אולטרסאונד רב־עוצמה?

תמצית חלבון מחרקים נחשבת בדרך כלל לאיכותית יותר מקמח חרקים, משום שהיא מכילה אחוז גבוה יותר של חלבון ואחוז נמוך יותר של חומרים בלתי רצויים אחרים, כגון כיטין ושומנים.
קמח חרקים מיוצר בדרך כלל באמצעות טחינת חרקים שלמים לאבקה, שעלולה להכיל כמות ניכרת של חומרים שאינם ניתנים לעיכול, כגון כיטין, שלדים חיצוניים ורכיבים אחרים חסרי ערך תזונתי. לעומת זאת, תמצית חלבון מחרקים מיוצרת בדרך כלל באמצעות מיצוי החלבון מהחרקים, והתוצאה היא מוצר חלבוני טהור ומרוכז יותר. מיצוי אולטרסוני הוכח כשיטת ייצור יעילה ביותר לחלבון מחרקים באיכות גבוהה.
ריכוז החלבון הגבוה יותר בתמצית חלבון מחרקים פירושו שהיא יכולה לספק יותר חלבון לגרם מאשר קמח חרקים, ולכן היא מקור יעיל יותר לחלבון. נוסף על כך, הסרת רכיבים חסרי ערך תזונתי יכולה להקל על עיכול תמצית החלבון מחרקים ועשויה להפחית את הסיכון לבעיות עיכול בבעלי חיים ובבני אדם הצורכים אותה.
יתר על כן, לתמצית חלבון מחרקים עשויים להיות טעם וריח עדינים יותר בהשוואה לקמח חרקים, ולכן היא עשויה להיות מושכת יותר לצרכנים. יש לה גם מגוון שימושים רחב יותר, שכן ניתן להשתמש בה כרכיב במגוון רחב של מוצרי מזון ומספוא.
 

מיצוי אולטרסוני של חלבונים מחרקים

ניתן לשלב בקלות מיצוי אולטרסוני בתהליך העיבוד הרגיל של קמח חרקים ולשפר כך את המוצר הסופי. חלבון מחרקים שמוצה באמצעות אולטרסאונד איכותי יותר מקמח חרקים ומציע ערכים תזונתיים גבוהים יותר, טעם משופר ותכונות תפקודיות טובות יותר.

פרוטוקול כללי למיצוי חלבון מחרקים באמצעות מכשיר אולטרסוני בעל גשוש

פרוטוקול כללי למיצוי חלבונים בדרגת מזון מזחלי זבוב החייל באמצעות גשוש אולטרסוני:
חומרים וציוד:

• זחלי זבוב החייל או מיני חרקים אחרים, כגון זחלי חיפושית הקמח (Tenebrio molitor), צרצרים בוגרים (Gryllus bimaculatus) וגלמי טוואי המשי (Bombyx mori) – שגודלו ונאספו מראש
• מכשיר אולטרסוני בעל גשוש
• בלנדר או מעבד מזון
• מים מזוקקים המכילים חומצה אסקורבית בריכוז 9.46 mM או ממס אחר לבחירתכם
• צנטריפוגה
• מכלי זכוכית או פלסטיק
• נייר סינון או מסנני רשת

הוראות שלב אחר שלב למיצוי חלבון מחרקים

1. הכנת זחלי החרקים:
   • אספו את זחלי זבוב החייל ממערכת הגידול.
   • שטפו את הזחלים היטב במים מזוקקים להסרת שאריות או מזהמים.
   • הקפיאו את הזחלים בטמפרטורה של -20°C או נמוכה יותר כדי להשבית אנזימים ולשמר את איכות החלבון.
2. פירוק הזחלים:
   • הפשירו את הזחלים הקפואים והעבירו אותם לבלנדר או למעבד מזון.
   • הוסיפו נפח מתאים של מים מזוקקים או תמיסת בופר כדי להגיע לריכוז החלבון הרצוי (למשל, 10% w/v).
   • ערבלו או עבדו את הזחלים עד לקבלת תרחיף הומוגני.
   • העבירו את התרחיף למכל זכוכית או פלסטיק.
3. הסרת שומן (אופציונלי):
   • הסרת שומן מקמח החרקים היא שלב אופציונלי המסייע להגדיל את תפוקת החלבון ולשפר את איכותו. תכולת השומן בקמח החרקים מופחתת באמצעות טיפול בהקסאן. ככלל, ברוב תמציות החלבון מחרקים המיועדות לצריכת אדם, מומלץ להסיר את השומן כדי לשפר את איכות החלבון. תהליך הסרת השומן המקובל באמצעות הקסאן גוזל זמן רב. טיפול אולטרסוני יכול להאיץ במידה ניכרת את הסרת השומן מקמח החרקים!
4. טיפול אולטרסוני:
   • טבלו את הגשוש של המכשיר האולטרסוני, למשל UIP2000hdT, בתרחיף הזחלים.
   • הגדירו את פרמטרי המכשיר האולטרסוני, למשל משרעת של 100% ומשך סוניקציה בהתאם לנפח ולתרחיף.
   • הפעילו גלים אולטרסוניים על תרחיף הזחלים תוך שמירה על טמפרטורה קבועה כדי למנוע דנטורציה של החלבונים.
   • תהליך הסוניקציה מסייע בפירוק התאים ובשחרור החלבונים מהזחלים.
   • נטרו את הטמפרטורה במהלך הסוניקציה. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מצוידים בחיישן טמפרטורה ובבקרת טמפרטורה.
5. צנטריפוגציה:
   • לאחר הסוניקציה, העבירו את תרחיף הזחלים שעבר סוניקציה למבחנות צנטריפוגה.
   • סרכזו את המבחנות במהירות מתאימה ולמשך זמן מתאים כדי להפריד את הנוזל העליון המכיל חלבונים משאריות מוצקות ומתאים שלא פורקו.
   • אספו את הנוזל העליון, המכיל את החלבונים שמוצו, והעבירו אותו לכלי נקי.
   • אפשר לחזור על שלב הצנטריפוגציה במידת הצורך כדי להסיר חלקיקים מוצקים שנותרו. לחלופין, ניתן להשתמש בסינון כשיטה להפרדת חלבונים.
6. אנליזת חלבונים ואחסון:
   • בצעו אנליזת חלבונים כדי להעריך את איכות החלבונים שמוצו ואת הרכבם.
7. אחסון:
   • אחסנו את החלבונים שמוצו בכלים מתאימים במקום קריר, יבש וחשוך.

 
חרקים כמקור מזון: חרקים כגון צרצרים, תולעים, זבובים וזחלים עשירים בחלבונים. כדי לענות על הביקוש הגובר לחלבונים באיכות גבוהה, חרקים זוכים להערכה כמקור חלבון בריא, בר־קיימא וידידותי לסביבה, המשמש למזון לבני אדם, למזון לחיות מחמד ולמספוא לחיות משק. חרקים הם אקטותרמיים (כלומר, הם בעלי דם קר ואינם מבזבזים אנרגיה על ייצור חום להעלאת טמפרטורת גופם), הם אינם זקוקים לשטח רב, וניתן להזין אותם בפסולת המשמשת כמצע גידול. תכונות אלה הופכות חלבונים וליפידים מחרקים למקור מזון מבטיח, שעשוי לסייע בסגירת "פער החלבון", שיש להתגבר עליו כדי להזין את אוכלוסיית העולם הגדלה ולענות על הביקוש שלה לרכיבי תזונה באיכות גבוהה, ובייחוד לחלבון.
גידול חרקים: חרקים מגודלים בחוות חרקים, במכלים או בריאקטורים. בזכות היותם אורגניזמים הגדלים במהירות, הם דורשים טיפול מועט יחסית, ניתן להזין אותם בפסולת אורגנית, והם מגיעים במהירות לגודל המתאים לאיסוף או לבגרות. זחלי זבובים, תולעי קמח וצרצרים קלים במיוחד לגידול. מבחינת יעילות, זחלי זבוב החייל השחור מוכרים בזכות יכולתם המעולה להמיר פסולת אורגנית לחלבון באיכות גבוהה. משום כך זבוב החייל השחור מוכר בקרב מגדלי חרקים גם בכינוי "מלכת המרת הפסולת".
 
שלבי העיבוד של קמח חרקים: כאשר החרקים מגיעים לגודל או לשלב ההתפתחות הרצוי, אוספים אותם. משמעות הדבר היא שהם מוכנים לעיבוד לרכיבי מזון. לפני העיבוד, החרקים נשטפים במים, מנופים ומאוחסנים בעודם חיים בטמפרטורה של 4℃ למשך כיום אחד ללא כל מזון.
לאחר מכן מבשלים את החרקים, ואז מייבשים אותם באוויר חם מאוד או באמצעות חימומם במכל. טיפול בחום נדרש גם להשמדת חיידקים. לבסוף, החרקים נטחנים לקמח חרקים יבש (המכונה גם קמח חרקים). קמח החרקים יכול לשמש כרכיב מזון או כתוסף למזון לבעלי חיים. אולם כדי לטייב ולהשביח את קמח החרקים, ממצים ממנו את הרכיבים בעלי הערך הרב ביותר, כלומר חלבונים וליפידים. חלבון חרקים טהור מוערך במיוחד כרכיב בעל ערך תזונתי גבוה, המשמש בחטיפי חלבון, באבקות חלבון וכתוסף למוצרי מזון רבים כגון מאפים, צ'יפס, קרקרים וכדומה.
 
השתמשו במכשירי מיצוי אולטרסוניים מסוג גשושית לייצור חלבון חרקים באיכות גבוהה!
 
מיצוי אולטרסוני של חלבונים באיכות גבוהה מחרקים:
מיצוי אולטרסוני משמש לייצור אבקות חלבון, הידרוליזטים ומבודדי חלבון מצורות רבות של חרקים, ובהן זבובים, תולעים, פשפשים, צרצרים וזחלים. באמצעות מיצוי חלבונים באיכות גבוהה מקמח חרקים, סוניקציה מאפשרת לייצר רכיבי מזון פונקציונליים בעלי פרופיל תזונתי מעולה.

יתרונות המיצוי האולטרסוני של חלבון מחרקים

סוניקציה מיושמת באופן נרחב למיצוי חלבונים ולטיפול בהם ממקורות שונים כגון צמחים (למשל סויה, אורז, לפתית, חמנייה, זרעי דלעת וכו׳), מוצרי חלב (למשל תרכיז חלבון מי גבינה (WPC), חלבון מי גבינה, רטנטטים של חלבוני חלב, סידן קזאינט), אצות (למשל אצות ים), מזון מן הים (למשל תוצרי לוואי של דגים ופסולת של מזון מן הים) וחרקים (למשל תולעים, זחלים, זבובים, רימות, חיפושיות, צרצרים, תיקנים וכו׳).
כטכנולוגיית מיצוי יעילה ביותר וירוקה, מיצוי אולטרסוני של חלבון מחרקים מצא את מקומו בייצור אבקות חלבון מחרקים, הידרוליזטים ומבודדי חלבון. בזכות אמינות תהליך גבוהה, הדירות והגדלת קנה מידה ליניארית, סוניקציה משמשת למיצוי חלבון מחרקים, לשינוי מבני חלבון ולשיפור התכונות הפיזיקוכימיות של החלבון.
לדוגמה, Mintha et al. (2020) יישמו מיצוי אולטרסוני על זחלי זבוב החייל השחור (H. illucens). הם מדווחים כי סוניקציה שיפרה את מבנה החלבון, שינתה את תפקודיות החלבון ובכך הועילה לייצור חלבון / הידרוליזטים של H. illucens. בפרט, פוטנציאל הזטא, כושר הפיזור וערכי התיול עלו בעקבות סוניקציה. נוסף על כך, העכירות וגודל חלקיקי החלבון פחתו לאחר הסוניקציה. סוניקציה הגדילה באופן מובהק את הבהירות (L*) של מבודדי החלבון ב־x ¯ 7.46% בהשוואה לביקורת שלא עברה סוניקציה.

מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לעיבוד חלבון מחרקים

מיצוי והומוגניזציה אולטרסוניים הם טכנולוגיית עיבוד אמינה, המקלה על ייצור חלבונים איכותיים מחרקים ומאיצה אותו. מגוון המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את כל הטווח, ממכשירים אולטרסוניים קומפקטיים למעבדה ועד למערכות מיצוי תעשייתיות. כך אנו ב־Hielscher יכולים להציע לכם את המכשיר האולטרסוני המתאים ביותר לכושר העיבוד המתוכנן שלכם. הצוות שלנו, בעל הניסיון רב השנים, יסייע לכם מבדיקות היתכנות ואופטימיזציה של התהליך ועד להתקנת המערכת האולטרסונית שלכם בהיקף הייצור הסופי.
השטח הקטן שתופסים מכשירי המיצוי האולטרסוניים שלנו, לצד הגמישות באפשרויות התקנתם, מאפשרים לשלב אותם גם במתקנים לעיבוד חלבון מחרקים שבהם המקום מוגבל. מעבדים אולטרסוניים מותקנים ברחבי העולם במתקנים לייצור מזון ותוספי תזונה, וכן לייצור מזון לחיות מחמד ומספוא לבעלי חיים במשק. יתר על כן, מערבלים אולטרסוניים בעלי כוחות גזירה גבוהים אידאליים לשילוב חלבונים מחרקים בפורמולציות של מוצרי מזון לבני אדם, וכן במזון לחיות מחמד המשמשות כחיות ליווי ובמספוא לחיות משק.

Hielscher Ultrasonics – ציוד מיצוי מתקדם

מגוון המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את כל הטווח של מכשירי מיצוי אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, מקנה מידה קטן ועד גדול. אביזרים נוספים מאפשרים להרכיב בקלות את תצורת המכשיר האולטרסוני המתאימה ביותר לתהליך עיבוד החלבון מחרקים שלכם. המערך האולטרסוני המיטבי תלוי בכושר העיבוד המתוכנן, בנפח, בחומר הגלם, בעיבוד באצווה או בקו הייצור ובלוח הזמנים.

מיצוי אולטרסוני מחרקים – עיבוד באצווה ובקו הייצור

המכשירים האולטרסוניים של Hielscher יכולים לשמש לעיבוד באצווה ולעיבוד בזרימה רציפה. עיבוד אולטרסוני באצווה אידאלי לבדיקת תהליכים, לאופטימיזציה ולייצור בהיקף קטן עד בינוני. לייצור כמויות גדולות של חלבונים מחרקים, עיבוד בקו הייצור עשוי להיות מועיל יותר. בעוד שעיבוד באצווה דורש מערך פשוט מאוד בלבד, הוא מצריך יותר זמן ועבודה. תהליך ערבול רציף בקו הייצור דורש מערך מתקדם – המורכב ממשאבה, צינורות גמישים או קשיחים ומכלים – אך הוא יעיל יותר, מהיר יותר ודורש פחות עבודה באופן משמעותי. ל־Hielscher Ultrasonics יש מערך המיצוי המתאים ביותר לנפח המיצוי ולמטרות התהליך שלכם.

מכשירי מיצוי אולטרסוניים לכל תפוקת ייצור

מגוון המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את מלוא קשת המעבדים האולטרסוניים, ממכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קומפקטיים, דרך מערכות שולחניות ומערכות פיילוט, ועד למעבדים אולטרסוניים תעשייתיים מלאים בעלי יכולת לעבד מטעני משאיות בשעה. מגוון המוצרים המלא מאפשר לנו להציע לכם את הממצה האולטרסוני המתאים ביותר לחומר הגלם שלכם, לכושר העיבוד וליעדי הייצור שלכם.
מערכות אולטרסוניות שולחניות אידיאליות לבדיקות היתכנות ולאופטימיזציה של תהליכים. הגדלת קנה מידה ליניארית המבוססת על פרמטרי תהליך מבוססים מקלה מאוד על הגדלת כושר העיבוד מאצוות קטנות לייצור מסחרי מלא. ניתן להגדיל את קנה המידה באמצעות התקנת יחידת מיצוי אולטרסונית חזקה יותר או באמצעות שילוב של כמה מכשירים אולטרסוניים במערך מקביל. עם UIP16000, חברת Hielscher מציעה את הממצה האולטרסוני החזק ביותר בעולם.

משרעות הניתנות לבקרה מדויקת לתוצאות מיטביות

כל המכשירים האולטרסוניים של Hielscher ניתנים לבקרה מדויקת, ולכן משמשים כלי עבודה אמינים בייצור. המשרעת היא אחד מפרמטרי התהליך המכריעים המשפיעים על היעילות ועל האפקטיביות של מיצוי אולטרסוני של רכיבי תזונה מחרקים.
חומר שמקורו בחרקים כגון זחלים וזבובים מצריך סוניקציה מתונה יותר והגדרות משרעת נמוכות יותר, ואילו צרצרים וחרקים בעלי מעטפת עבה של שלד חיצוני מצריכים סוניקציה במשרעות גבוהות יותר כדי לשחרר את רכיבי התזונה המבוקשים. כל המעבדים של Hielscher Ultrasonics מאפשרים הגדרה מדויקת של המשרעת. סונוטרודות וקרני הגברה הן אביזרים המאפשרים לשנות את המשרעת בטווח רחב אף יותר. המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher יכולים לספק משרעות גבוהות מאוד ואת העוצמה האולטרסונית הדרושה ליישומים תובעניים. ניתן להפעילם בקלות וברציפות במשרעות של עד 200µm בפעולה של 24/7.
הגדרות משרעת מדויקות וניטור מתמיד של פרמטרי התהליך האולטרסוני באמצעות תוכנה חכמה מאפשרים לכם לטפל בזרעים שלכם בתנאים האולטרסוניים האפקטיביים ביותר. סוניקציה מיטבית להשגת תוצאות המיצוי הטובות ביותר!
עמידות הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת פעולה של 24/7 בעומס עבודה כבד ובסביבות תובעניות. תכונה זו הופכת את הציוד האולטרסוני של Hielscher לכלי עבודה אמין העומד בדרישות המיצוי שלכם.

בדיקת תהליכים קלה ונטולת סיכון

ניתן להגדיל את קנה המידה של תהליכים אולטרסוניים באופן ליניארי לחלוטין. משמעות הדבר היא שניתן להגדיל את קנה המידה של כל תוצאה שהשגתם באמצעות מכשיר אולטרסוני מעבדתי או שולחני, ולהשיג בדיוק את אותה תפוקה באמצעות אותם פרמטרי תהליך בדיוק. תכונה זו הופכת את הסוניקציה לאידיאלית לבדיקות היתכנות נטולות סיכון, לאופטימיזציה של תהליכים וליישום בהמשך בייצור מסחרי. צרו איתנו קשר כדי ללמוד כיצד סוניקציה יכולה להגדיל את ייצור חלבון החרקים שלכם!

האיכות הגבוהה ביותר – תוכנן ויוצר בגרמניה

כעסק בבעלות משפחתית ובניהול משפחתי, Hielscher נותנת עדיפות לתקני האיכות הגבוהים ביותר עבור המעבדים האולטרסוניים שלה. כל המכשירים האולטרסוניים מתוכננים, מיוצרים ונבדקים ביסודיות במטה שלנו בטלטו שליד ברלין, גרמניה. העמידות והאמינות של הציוד האולטרסוני של Hielscher הופכות אותו לכלי עבודה אמין בייצור שלכם. פעולה של 24/7 בעומס מלא ובסביבות תובעניות היא מאפיין טבעי של המערבלים עתירי הביצועים של Hielscher.

הטבלה שלהלן נותנת לכם מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו: