מיצוי אולטרסוני של מיקופרוטאין

מיקופרוטאין התגלה כרכיב מהפכני הנותן מענה לדרישה לחלופות מזון מזינות ובנות קיימא. הוא מופק מפטריות ומשמש בעיקר ליצירת תחליפי בשר, המכונים לעיתים קרובות "בשר מדומה". מקור חלבון זה מציע פתרון מבטיח לביקוש הגובר לתזונה מבוססת צמחים, ומספק מרקם עשיר דמוי בשר וערך תזונתי גבוה. כדי לממש את הפוטנציאל של מיקופרוטאין, נעשה שימוש בטכניקת מיצוי מתקדמת המכונה סוניקציה באמצעות גשוש. שיטה זו משתמשת בעוצמתם של גלים אולטרסוניים כדי לשחרר ביעילות מיקופרוטאין מתאי פטריות, ומבטיחה תפוקות חלבון גבוהות בזמן עיבוד קצר להפליא.

מיצוי אולטרסוני של מיקופרוטאין

מיצוי מיקופרוטאין מתחיל בגידול פטריות מאכל, כגון Fusarium venenatum, בביוריאקטורים מבוקרים. המיקופרוטאין כלוא בתוך תאי הפטריות הללו, ולכן נדרשת שיטת מיצוי רבת עוצמה כדי לשחרר את החלבון יקר הערך. סוניקציה באמצעות גשוש בולטת כטכניקה אידיאלית בזכות יכולתה לגרום לפירוק תאים עוצמתי. במהלך תהליך זה, אולטרסאונד בעוצמה גבוהה יוצר כוחות קוויטציה חזקים המפרקים את דופנות תאי הפטריות ומשחררים ביעילות את התכולה התוך־תאית, לרבות חלבונים, ליפידים ורכיבי תזונה אחרים. הדבר לא רק משפר את יעילות המיצוי, אלא גם מבטיח את שמירת שלמות החלבון ותכונותיו התפקודיות.

השימוש בגלים אולטרסוניים במיצוי מיקופרוטאין מציע כמה יתרונות משמעותיים. ראשית, הוא משיג הומוגניזציה אחידה, החיונית לפיתוח מגוון רחב של מוצרי מזון בעלי מרקמים וטעמים מגוונים. בין שמדובר בתחליפי בשר, בחטיפים עשירים בחלבון או בתחליפי חלב ללא רכיבי חלב, הטיפול האולטרסוני מאפשר איכות עקבית של המיקופרוטאין והופך אותו לרכיב רב־שימושי בתעשיית המזון. נוסף על כך, זמן העיבוד הקצר הכרוך בטכניקה זו מתבטא בפריון גבוה יותר ובצריכת אנרגיה מופחתת, בהתאם ליעדי הקיימות של ייצור המזון המודרני. מיצוי אולטרסוני של מיקופרוטאין לא רק נותן מענה לביקוש הצרכני הגובר לחלבון מן הצומח, אלא גם סולל את הדרך לפתרונות מזון חדשניים ומזינים.

קינטיקה של שחרור חלבון מ־Fusarium Venenatum באמצעות סוניקציה בשילוב טחינה
מקור: Prakash et al. 2014

מקרה בוחן – שחרור אולטרסוני של מיקופרוטאין

Prakash et al. (2014) חקרו את השפעות הטיפול האולטרסוני על שחרור מיקופרוטאין מ־Fusarium Venenatum. הם השיגו קצב שחרור חלבון מרבי של 580μg של מיקופרוטאין ממוצה בתוך 0.680 min.

השפעת שיטת הסוניקציה בשילוב טחינה על שחרור חלבון מ־Fusarium venenatum
מקור: Prakash et al. 2014

מיקופרוטאין

מיקופרוטאין הוא חלבון חד־תאי המצוי בפטריות. הודות לתכולת החלבון והסיבים הגבוהה שלו, מיקופרוטאין נחשב למקור בריא ובר־קיימא לחומצות אמינו בעלות ערך תזונתי. מיקופרוטאין מכיל בדרך כלל כ־45% חלבון ו־25% סיבים לפי משקל יבש. מיקופרוטאין עשיר בחומצות אמינו חיוניות, ועם תכולת חלבון כוללת של כ־41%, הוא מציע תכולת חלבון דומה לזו של ספירולינה. הדבר הופך את המיקופרוטאין למקור חלבון מעניין לצמחונים ולטבעונים. מיקופרוטאין עשיר בסיבים. תכולת הסיבים שלו מורכבת מכשליש כיטין (N-acetylglucosamine) ומשני שלישים β-glucans (1,3-glucan ו־1,6-glucan). הודות לתכולת החלבון והסיבים הגבוהה שלו, מיקופרוטאין הוא מקור מזון בריא ובר־קיימא.
(ראו Finnigan et al. 2019)

מיצוי אולטרסוני – עקרון הפעולה והיתרונות

מיצוי אולטרסוני מבוסס על תופעת הקוויטציה האקוסטית (האולטרסונית). כאשר גלי אולטרסאונד רבי עוצמה מועברים לנוזל או לתרחיף, מחזורים מתחלפים של לחץ גבוה ולחץ נמוך דוחסים ומרחיבים את הנוזל ויוצרים בועות ריק זעירות בתווך. בועות הריק הללו גדלות לאורך כמה מחזורי לחץ גבוה/לחץ נמוך, עד שהן מגיעות לנקודה שבה בועת הגז אינה יכולה לספוג עוד אנרגיה. בנקודת הגדילה המרבית, הבועה קורסת בעוצמה במהלך מחזור של לחץ גבוה. בעת קריסת הבועה נוצרים תנאים מקומיים קיצוניים, כגון טמפרטורה גבוהה מאוד, לחצים גבוהים מאוד והפרשי לחץ וטמפרטורה תואמים, וכן סילוני נוזל במהירויות של עד 280m/sec. כוחות עזים אלה מנקבים ומפרקים דופנות תאים ומקדמים את מעבר המסה בין פנים התא לנוזל שסביבו. החומר התוך־תאי, כגון חלבונים, ליפידים ותרכובות פעילות ביולוגית אחרות, מועבר לנוזל, שממנו ניתן להפרידו בקלות לצורך תהליכי המשך.

יתרונות המיצוי האולטרסוני של מיקופרוטאין

מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE) הוא טכניקה יעילה ביותר לשחרור ולבידוד של חומר תוך־תאי, כגון חלבונים, ליפידים וחומרים פעילים ביולוגית (למשל ויטמינים ופוליפנולים). סוניקציה היא אמצעי להעצמת תהליכים, המגביר את מעבר המסה בין פנים התא לנוזל. מיצוי אולטרסוני מניב תפוקות גבוהות יותר, זמן עיבוד קצר יותר, איכות תמצית מעולה, עלויות עיבוד מופחתות וצריכת אנרגיה נמוכה יותר.

הומוגנייזרים אולטרסוניים לעיבוד מיקופרוטאין

מכשירים אולטרסוניים לפירוק תאים ולמיצוי הם כלים מבוססים היטב במתקנים לעיבוד מזון. מכשירים אולטרסוניים יוצרים כוחות גזירה גבוהים באמצעות קוויטציה ומשמשים לבידוד תרכובות פעילות ביולוגית מחומר צמחי ולהומוגניזציה של שתי פאזות או יותר לתערובת אחידה.
Hielscher Ultrasonics מציעה מגוון רחב של מכשירים אולטרסוניים עתירי ביצועים, מגדלים מעבדתיים ועד לגדלים תעשייתיים.
מכשירי הסוניקציה התעשייתיים של Hielscher יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. ניתן להפעיל בקלות וברציפות אמפליטודות של עד 200µm בפעולה של 24/7. לאמפליטודות גבוהות אף יותר, זמינות סונוטרודות אולטרסוניות בהתאמה אישית. עמידותו של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת פעולה של 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות.

תקנון תהליכים עם Hielscher Ultrasonics

יש לייצר תמציות המשמשות במזון או בתרופות בהתאם לתנאי ייצור נאותים (GMP) ועל פי מפרטי עיבוד מתוקננים. מכשירי הסוניקציה הדיגיטליים של Hielscher Ultrasonics מצוידים בתוכנה חכמה, המקלה על הגדרה ובקרה מדויקות של תהליך הסוניקציה. רישום נתונים אוטומטי מתעד את כל פרמטרי התהליך האולטרסוני, כגון אנרגיית האולטרסאונד (אנרגיה כוללת ונטו), אמפליטודה, טמפרטורה ולחץ (כאשר מותקנים חיישני טמפרטורה ולחץ), עם חותמת תאריך ושעה בכרטיס ה־SD המובנה. כך ניתן לבדוק בדיעבד כל אצווה שעברה עיבוד אולטרסוני. במקביל, מובטחות שחזוריות ואיכות מוצר גבוהה באופן עקבי.

הטבלה שלהלן מספקת הערכה של כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו: