Ultrazvučna ekstrakcija mikoproteina
Odgovarajući na potrebe za održivim i hranjivim prehrambenim alternativama, mikoprotein se pojavio kao revolucionaran sastojak dobiven iz gljiva, koji se prvenstveno upotrebljava za izradu zamjena za meso, često nazivanih „lažnim mesom”. Ovaj izvor proteina nudi obećavajuće rješenje za sve veću potražnju za prehranom na biljnoj osnovi, pružajući bogatu teksturu sličnu mesu i visoku hranjivu vrijednost. Kako bi se iskoristio potencijal mikoproteina, primjenjuje se napredna tehnika ekstrakcije poznata kao sonikacija sondom. Ova metoda iskorištava snagu ultrazvučnih valova za učinkovito oslobađanje mikoproteina iz stanica gljiva, osiguravajući visoke prinose proteina u iznimno kratkom vremenu obrade.
Ultrazvučna ekstrakcija mikoproteina
Ekstrakcija mikoproteina započinje uzgojem jestivih gljiva, poput Fusarium venenatum, u kontroliranim bioreaktorima. Mikoprotein je zatvoren unutar tih stanica gljiva, pa je za oslobađanje vrijednog proteina potrebna snažna metoda ekstrakcije. Sonikacija sondom ističe se kao idealna tehnika zbog svoje sposobnosti izazivanja snažnog razaranja stanica. Tijekom tog procesa ultrazvuk velike snage stvara intenzivne kavitacijske sile koje razgrađuju stanične stijenke gljiva, učinkovito oslobađajući unutarstanični sadržaj, uključujući proteine, lipide i druge hranjive tvari. Time se ne samo povećava učinkovitost ekstrakcije nego i osigurava očuvanje cjelovitosti i funkcionalnih svojstava proteina.
Primjena ultrazvučnih valova u ekstrakciji mikoproteina nudi nekoliko značajnih prednosti. Prvo, postiže se ujednačena homogenizacija, što je ključno za razvoj širokog raspona prehrambenih proizvoda različitih tekstura i okusa. Bilo da je riječ o analozima mesa, grickalicama bogatim proteinima ili zamjenama za mlijeko bez mliječnih sastojaka, ultrazvučna obrada omogućuje postojanu kvalitetu mikoproteina, što ga čini svestranim sastojkom u prehrambenoj industriji. Osim toga, kratko vrijeme obrade povezano s ovom tehnikom donosi veću produktivnost i manju potrošnju energije, u skladu s ciljevima održivosti suvremene proizvodnje hrane. Ultrazvučna ekstrakcija mikoproteina ne samo da zadovoljava sve veću potražnju potrošača za proteinima biljnog podrijetla nego i otvara put inovativnim i hranjivim prehrambenim rješenjima.
Ultrazvučni homogenizator UIP2000hdT (2kW) s reaktorom za šaržnu obradu uz neprekidno miješanje
Kinetika oslobađanja proteina iz Fusarium Venenatum sonikacijom uz mljevenje
izvor: Prakash et al. 2014
Studija slučaja – Ultrazvučno oslobađanje mikoproteina
Prakash et al. (2014) istražili su učinke ultrazvučne obrade na oslobađanje mikoproteina iz Fusarium Venenatum. Postigli su maksimalnu brzinu oslobađanja proteina od 580μg ekstrahiranog mikoproteina unutar 0,680 min.
Učinak metode sonikacije uz mljevenje na oslobađanje proteina iz Fusarium venenatum
izvor: Prakash et al. 2014
- Visok prinos / potpuna ekstrakcija
- Visoka kvaliteta
- Brza
- Blaga, netoplinska
- Mogućnost preciznog upravljanja
- Troškovno učinkovita
- Jednostavna i sigurna za primjenu
Mikoprotein
Mikoprotein je jednostanični protein prisutan u gljivama. Zbog visokog sadržaja proteina i vlakana mikoprotein se smatra zdravim i održivim izvorom nutritivno vrijednih aminokiselina. Mikoprotein obično sadržava oko 45% proteina i 25% vlakana u suhoj tvari. Mikoprotein je bogat esencijalnim aminokiselinama, a s udjelom ukupnih proteina od približno 41% ima sadržaj proteina sličan spirulini. To mikoprotein čini zanimljivim izvorom proteina za vegetarijance i vegane. Mikoprotein je bogat vlaknima. Njegova vlakna čine približno jedna trećina hitina (N-acetilglukozamina) i dvije trećine β-glukana (1,3-glucan i 1,6-glucan). Zbog visokog sadržaja proteina i vlakana mikoprotein je zdrav i održiv izvor hrane.
(usp. Finnigan et al. 2019)
Ultrazvučna ekstrakcija – Načelo rada i prednosti
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na pojavi akustične (ultrazvučne) kavitacije. Kada se snažni ultrazvučni valovi uvode u tekućinu ili suspenziju, izmjenični ciklusi visokog i niskog tlaka komprimiraju i šire tekućinu, stvarajući sićušne vakuumske mjehuriće u mediju. Ti vakuumski mjehurići rastu tijekom nekoliko ciklusa visokog i niskog tlaka dok ne dosegnu točku u kojoj plinski mjehurić više ne može apsorbirati dodatnu energiju. U trenutku najvećeg rasta mjehurić snažno implodira tijekom ciklusa visokog tlaka. Tijekom implozije mjehurića lokalno nastaju ekstremni uvjeti, poput vrlo visoke temperature, visokih tlakova i odgovarajućih razlika u tlaku i temperaturi, kao i mlazova tekućine brzine do 280m/sec. Te intenzivne sile perforiraju i razaraju stanične stijenke te potiču prijenos tvari između unutrašnjosti stanice i okolne tekućine. Unutarstanični materijal, poput proteina, lipida i drugih bioaktivnih spojeva, prenosi se u tekućinu, iz koje se lako može izdvojiti za daljnje procese.
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije mikoproteina
Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) vrlo je učinkovita tehnika za oslobađanje i izolaciju unutarstaničnog materijala poput proteina, lipida i bioaktivnih tvari (npr. vitamina i polifenola). Sonikacija je postupak intenzifikacije procesa koji povećava prijenos tvari između unutrašnjosti stanice i tekućine. Ultrazvučna ekstrakcija rezultira višim prinosima, kraćim vremenom obrade, vrhunskom kvalitetom ekstrakta, smanjenim troškovima obrade i manjom potrošnjom energije.
Ultrazvučni homogenizatori za obradu mikoproteina
Ultrazvučni uređaji za razaranje stanica i ekstraktori dobro su etablirani alati u pogonima za preradu hrane. Stvarajući snažne smične sile kavitacijom, ultrazvučni uređaji upotrebljavaju se za izolaciju bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala i za homogenizaciju dviju ili više faza u ujednačenu smjesu.
Hielscher Ultrasonics nudi širok raspon ultrazvučnih uređaja visokih performansi, od laboratorijskih do industrijskih veličina.
Industrijski sonikatori Hielscher mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm lako se mogu održavati neprekidno tijekom rada 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost ultrazvučne opreme Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Standardizacija procesa uz Hielscher Ultrasonics
Ekstrakti koji se upotrebljavaju u hrani ili farmaceutskim proizvodima trebaju se proizvoditi u skladu s dobrom proizvođačkom praksom (GMP) i prema standardiziranim specifikacijama obrade. Digitalni sonikatori Hielscher Ultrasonics opremljeni su inteligentnim softverom koji olakšava precizno postavljanje procesa sonikacije i upravljanje njime. Automatsko bilježenje podataka zapisuje sve parametre ultrazvučnog procesa, poput ultrazvučne energije (ukupne i neto energije), amplitude, temperature i tlaka (kada su ugrađeni senzori temperature i tlaka), s datumskom i vremenskom oznakom na ugrađenu SD karticu. To vam omogućuje provjeru svake ultrazvučno obrađene šarže. Istodobno se osiguravaju ponovljivost i postojano visoka kvaliteta proizvoda.
Tablica u nastavku daje okvirni pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skup uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijske do pilotne i industrijske razine.
Korisne činjenice
Što je mikoprotein?
Mikoprotein je takozvani jednostanični protein, što znači da se dobiva iz jednostaničnog organizma. U slučaju mikoproteina taj je jednostanični organizam gljiva. Stoga je mikoprotein poznat i kao gljivični protein. Slog „myco” potječe od grčke riječi „mykes”, koja znači gljiva.
Za proizvodnju mikoproteina uobičajeno se upotrebljava gljiva Fusarium venenatum. To je mikroskopska gljiva iz roda Fusarium s visokim sadržajem proteina.
Za komercijalnu proizvodnju mikoproteina spore gljiva uzgajaju se i fermentiraju u bujonu od glukoze i drugih hranjivih tvari. Naknadni koraci obrade uključuju obradu parom, hlađenje i zamrzavanje gljivične biomase sa smanjenim sadržajem RNA. Na kraju se dobiva masa bogata proteinima i vlaknima, koja se može preraditi u različite prehrambene proizvode, poput zamjena za meso ili prehrambenih aditiva. Mikoprotein se uglavnom upotrebljava za proizvodnju takozvanog „lažnog mesa”, odnosno zamjena za meso ili analoga mesa.
Kako se proizvodi mikoprotein?
Mikoprotein se proizvodi fermentacijom određene gljive, obično Fusarium venenatum, u velikim bioreaktorima u kojima gljiva raste i razmnožava se. Gljivična biomasa zatim se prikuplja, a mikoprotein se ekstrahira metodama poput sonikacije sondom kako bi se razgradile stanične stijenke i oslobodio protein, koji se potom prerađuje u različite prehrambene proizvode.
Koje su prednosti mikoproteina?
Mikoprotein nudi nekoliko prednosti, uključujući visok sadržaj proteina te nizak sadržaj masti i kolesterola, što ga čini zdravom alternativom mesu. Bogat je prehrambenim vlaknima, pomaže u regulaciji tjelesne mase i podupire rast mišića. Osim toga, proizvodnja mikoproteina ima manji utjecaj na okoliš u usporedbi s tradicionalnom proizvodnjom mesa jer zahtijeva manje zemljišta i vode te uzrokuje manje emisije stakleničkih plinova. Također je svestran sastojak za izradu različitih zamjena za meso, čime odgovara na sve veću potražnju za prehranom na biljnoj osnovi.
Literatura / Reference
- 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.