מיצוי אולטרסוני לייצור לגהמוגלובין

דרך נקייה יותר, מהירה יותר וקלה יותר להרחבה להפקת המולקולה ה"בשרית" שמאחורי מזונות מן הצומח: לגהמוגלובין – החלבון המכיל הֵם שאחראי לארומה, לצבע ולטעם של בשר – הפך לאחת הביומולקולות בעלות הערך הרב ביותר בתעשיית המזון מן הצומח. לגהמוגלובין מיוצר באופן מסורתי באמצעות תסיסה או תהליכי המשך מורכבים, ומיצויו נותר יקר וקשה להרחבה. עיבוד המבוסס על אולטרסאונד משנה את המשוואה הזאת לחלוטין.
עיבוד אולטרסוני מאפשר שחרור, פיזור וייצוב יעילים של חלבוני המוגלובין מסויה, ומציע נתיב ברור למיצוי לגהמוגלובין בקנה מידה תעשייתי.

מדוע לגהמוגלובין חשוב

לגהמוגלובין מצוי באופן טבעי בשפע בפקעיות השורש של סויה, וממלא תפקיד ביולוגי חיוני בוויסות החמצן. ביישומי מזון, קבוצת ההֵם שלו מזרזת תגובות ליצירת טעם במהלך הבישול, תוך חיקוי קרוב של בשר מן החי. חוקרים אישרו כי לגהמוגלובין מסויה שומר על יכולת קשירת ההֵם, על פעילות פראוקסידאז ועל יכולת העיכול, ולכן הוא רכיב מזון מתאים ובטוח.
האתגר מעולם לא היה התפקוד – אלא מיצוי יעיל ועיבוד שניתן להרחיב לקנה מידה גדול יותר.
מיצוי אולטרסוני מגדיל את תפוקת הלגהמוגלובין, שומר על תפקוד ההֵם של הלגהמוגלובין וניתן להרחבה ליניארית מקנה מידה מעבדתי לייצור תעשייתי, ולכן הוא שיטה יעילה ביותר ועמידה לייצור לגהמוגלובין ליישומי מזון מן הצומח.

מיצוי לגהמוגלובין מסויה או מביוריאקטורים של E. coli

ניתן להשיג לגהמוגלובין בשתי דרכים שונות מהותית, אך הייצור התעשייתי כיום מסתמך על סינתזה מיקרוביאלית ולא על מיצוי ישיר מסויה. אף שלגהמוגלובין מצוי באופן טבעי בריכוזים גבוהים בפקעיות השורש של סויה, מיצוי ישיר מצמחים אינו מעשי בקנה מידה גדול בשל תפוקות נמוכות שניתן להשיב, שונות חקלאית וטיהור מורכב בשלבי ההמשך. כתוצאה מכך, לגהמוגלובין מיוצר בעיקר באמצעות ביוסינתזה במיקרואורגניזמים מהונדסים, לרוב Escherichia coli או שמרים, שאליהם מוחדר הגן ללגהמוגלובין של סויה ומתבטא בתנאי ביוריאקטור מבוקרים. מחקרים עדכניים מראים כי מערכות המבוססות על E. coli, לרבות ביוריאקטורים מבוססי תאים וביוריאקטורים נטולי תאים, יכולות לייצר לגהמוגלובין מתפקד של סויה בעל רצף חומצות אמינו תקין, יכולת קשירת הֵם ופעילות אנזימטית, ולכן סינתזה מיקרוביאלית היא המסלול התעשייתי המועדף.
מכשירי מיצוי אולטרסוניים מתאימים למיצוי לגהמוגלובין משני המקורות – פקעיות השורש של סויה וביוריאקטורים של E.coli.

כיצד אולטרסאונד משפר את מיצוי הלגהמוגלובין

עיבוד אולטרסוני פועל באמצעות יצירת קוויטציה אקוסטית בעוצמה גבוהה בתווך נוזלי. כאשר בועות מיקרוסקופיות קורסות, הן יוצרות כוחות גזירה מקומיים אשר:

• מפרקים מבני תאים של צמחים ומיקרואורגניזמים
• משחררים חלבונים תוך־תאיים כגון לגהמוגלובין
• מצמצמים צברי חלבונים ומשפרים את הפיזור
• מאיצים מעבר מסה ללא כימיקלים חריפים

במערכות מעבדה מבוקרות כבר הוכח כי סוניקציה מפרקת צברי המוגלובין ומקטינה את גודל החלקיקים בסדרי גודל, תוך שמירה על תפקוד החלבון.

הדבר חשוב במיוחד עבור לגהמוגלובין, שכן היווצרות צברים ופיזור לא אחיד עלולים להגביל את התפוקה ואת יעילות העיבוד בשלבי ההמשך.

מהמעבדה למפעל: הרחבה ליניארית של קנה המידה באמצעות מכשירי סוניקציה תעשייתיים

אחד היתרונות הגדולים ביותר של אולטרסאונד הוא האפשרות להרחבה ליניארית של קנה המידה. בניגוד להומוגניזציה מכנית או לטחינה בחרוזים, תשומת האנרגיה האולטרסונית גדלה ביחס ישר לנפח העיבוד. משמעות הדבר היא שניתן להעביר באופן אמין פרמטרים שעברו אופטימיזציה במערכות שולחניות – כגון משרעת, צפיפות אנרגיה וזמן שהייה – לקנה מידה של פיילוט ושל ייצור.

המערכות האולטרסוניות התעשייתיות של Hielscher Ultrasonics תוכננו במיוחד למטרה זו. מכשירי הסוניקציה שלהן, הפועלים בהספק גבוה ובזרימה רציפה, מאפשרים:

• מיצוי בקו הייצור מתרחיפי סויה
• שחרור חלבונים הדיר בהיקף של קילוגרמים וטונות
• שליטה מדויקת בתשומת האנרגיה (W/L)
• פעולה תעשייתית 24/7 עם חומרים המתאימים למגע עם מזון

מערכות אלו מאפשרות ליצרנים לעבור בצורה חלקה ממחקר ופיתוח לייצור מסחרי ללא תכנון הנדסי מחדש של התהליך.

עיבוד נקי יותר, איכות חלבון טובה יותר

יתרון מרכזי נוסף של מיצוי אולטרסוני הוא ניקיון התהליך. מחקרים מצביעים על כך שאולטרסאונד יכול להפחית את ההסתמכות על ממסים אגרסיביים או על טיפול תרמי מופרז, ששניהם כרוכים בסיכון לפגיעה בקבוצת ההֵם או לדנטורציה של חלבונים.

כאשר הטמפרטורה מבוקרת כראוי, סוניקציה שומרת על:

• שלמות ההֵם
• תכונות קשירת החמצן
• יכולת העיכול בתנאים המדמים את הקיבה

הדבר תואם היטב את דרישת התעשייה לטכנולוגיות עיבוד בנות־קיימא התומכות בתווית נקייה.

מה המשמעות עבור מזונות מן הצומח

ככל שהביקוש לבשר מן הצומח ממשיך לעלות, יצרנים מחפשים דרכים להפחית עלויות תוך שיפור אחידות המוצר. מיצוי אולטרסוני מציע פתרון משכנע:

• תפוקות גבוהות יותר מחומרי גלם של סויה
• זמני עיבוד קצרים יותר
• הגדלת קנה מידה עם תוצאות הניתנות לחיזוי
• מורכבות תפעולית נמוכה יותר

בשילוב עם ריאקטורים אולטרסוניים ברמה תעשייתית של Hielscher Ultrasonics, הטכנולוגיה מספקת נתיב ישיר לייצור לגהמוגלובין בעל כדאיות מסחרית.

ראיות מדעיות תומכות כעת במה שמהנדסי תהליכים חשדו בו זה מכבר: אולטרסאונד אינו רק כלי מעבדתי – הוא כלי עבודה תעשייתי רב־עוצמה. במיצוי לגהמוגלובין מסויה, עיבוד אולטרסוני מספק יעילות, יכולת הרחבה של קנה המידה ואיכות מוצר בפלטפורמה אחת.

ככל שתחום המזון מן הצומח ממשיך להרחיב את היקפיו, מיצוי אולטרסוני עשוי להפוך לטכנולוגיית הליבה שסוף סוף תהפוך את ייצור הלגהמוגלובין למהיר יותר, נקי יותר ובר־קיימא מבחינה כלכלית.

הטבלה שלהלן מספקת אינדיקציה לקיבולת העיבוד המשוערת של המכשירים האולטרסוניים שלנו:

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

המכשירים האולטרסוניים של Hielscher ידועים בסטנדרטים הגבוהים ביותר שלהם לאיכות ולתכנון. עמידות וקלות תפעול מאפשרות שילוב חלק של המכשירים האולטרסוניים שלנו במתקנים תעשייתיים. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.

Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, המשלבים טכנולוגיה מתקדמת ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו־RoHs.