Estrazione della micoproteina mediante ultrasuoni

Rispondendo alla domanda di alternative alimentari sostenibili e nutrienti, la micoproteina si è affermata come ingrediente rivoluzionario, derivato dai funghi e utilizzato principalmente per la produzione di sostituti della carne, spesso definiti “carne finta”. Questa fonte proteica offre una soluzione promettente alla crescente domanda di diete a base vegetale, fornendo una consistenza ricca, simile a quella della carne, e un elevato valore nutrizionale. Per sfruttare il potenziale della micoproteina, si impiega una tecnica di estrazione avanzata nota come sonicazione a sonda. Questo metodo sfrutta la potenza delle onde ultrasoniche per liberare efficacemente la micoproteina dalle cellule fungine, garantendo elevate rese proteiche in un tempo di trattamento notevolmente breve.

Estrazione della micoproteina mediante ultrasuoni

L’estrazione della micoproteina inizia con la coltivazione di funghi commestibili, come Fusarium venenatum, in bioreattori controllati. All’interno di queste cellule fungine, la micoproteina è racchiusa e richiede un metodo di estrazione efficace per liberare questa preziosa proteina. La sonicazione a sonda si distingue come tecnica ideale grazie alla sua capacità di indurre una potente disgregazione cellulare. Durante questo processo, gli ultrasuoni di potenza generano intense forze di cavitazione che disgregano le pareti cellulari dei funghi, liberando efficacemente il contenuto intracellulare, comprese proteine, lipidi e altre sostanze nutritive. Ciò non solo migliora l’efficienza di estrazione, ma garantisce anche la conservazione dell’integrità e delle proprietà funzionali della proteina.

L’applicazione delle onde ultrasoniche nell’estrazione della micoproteina offre diversi vantaggi significativi. Innanzitutto, consente di ottenere un’omogeneizzazione uniforme, fondamentale per sviluppare un’ampia gamma di prodotti alimentari con consistenze e sapori diversi. Che si tratti di analoghi della carne, snack ricchi di proteine o sostituti del latte privi di ingredienti lattiero-caseari, il trattamento a ultrasuoni consente di ottenere una qualità costante della micoproteina, rendendola un ingrediente versatile nell’industria alimentare. Inoltre, il breve tempo di trattamento associato a questa tecnica si traduce in una maggiore produttività e in un minore consumo energetico, in linea con gli obiettivi di sostenibilità della moderna produzione alimentare. L’estrazione della micoproteina mediante ultrasuoni non solo soddisfa la crescente domanda dei consumatori di proteine di origine vegetale, ma apre anche la strada a soluzioni alimentari innovative e nutrienti.

Cinetica del rilascio di proteine da Fusarium Venenatum mediante sonicazione con macinazione
fonte: Prakash et al. 2014

Caso di studio – Rilascio della micoproteina mediante ultrasuoni

Prakash et al. (2014) hanno studiato gli effetti del trattamento a ultrasuoni sul rilascio della micoproteina da Fusarium Venenatum. Hanno raggiunto un tasso massimo di rilascio proteico di 580μg di micoproteina estratta entro 0,680 min.

Effetto della sonicazione con il metodo di macinazione sul rilascio di proteine da Fusarium venenatum
fonte: Prakash et al. 2014

Micoproteina

La micoproteina è una proteina unicellulare presente nei funghi. Grazie all’elevato contenuto di proteine e fibre, la micoproteina è considerata una fonte sana e sostenibile di amminoacidi di valore nutrizionale. La micoproteina contiene generalmente circa il 45% di proteine e il 25% di fibre sul peso secco. La micoproteina è ricca di amminoacidi essenziali e, con una composizione di circa il 41% di proteine totali, offre un contenuto proteico simile a quello della spirulina. Ciò rende la micoproteina una fonte proteica interessante per vegetariani e vegani. La micoproteina è ricca di fibre. Il suo contenuto di fibre è costituito per circa un terzo da chitina (N-acetilglucosamina) e per due terzi da β-glucani (1,3-glucano e 1,6-glucano). Grazie all’elevato contenuto di proteine e fibre, la micoproteina è una fonte alimentare sana e sostenibile.
(cfr. Finnigan et al. 2019)

Estrazione mediante ultrasuoni – Principio di funzionamento e vantaggi

L’estrazione mediante ultrasuoni si basa sul fenomeno della cavitazione acustica (ultrasonica). Quando potenti onde ultrasoniche vengono accoppiate a un liquido o a una sospensione, cicli alternati di alta e bassa pressione comprimono ed espandono il liquido, creando minuscole bolle di vuoto nel mezzo. Queste bolle di vuoto crescono nel corso di diversi cicli di alta e bassa pressione fino a raggiungere un punto in cui la bolla di gas non può assorbire ulteriore energia. Al punto di massima espansione, la bolla implode violentemente durante un ciclo di alta pressione. Durante l’implosione della bolla si verificano localmente condizioni estreme, come temperature e pressioni molto elevate e i corrispondenti differenziali di pressione e temperatura, nonché getti di liquido con velocità fino a 280m/sec. Queste intense forze perforano e rompono le pareti cellulari e favoriscono il trasferimento di massa tra l’interno della cellula e il liquido circostante. Il materiale intracellulare, come proteine, lipidi e altri composti bioattivi, viene trasferito al liquido, dal quale può essere facilmente separato per i processi successivi.

Benefici dell’estrazione della micoproteina mediante ultrasuoni

L’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) è una tecnica altamente efficiente per liberare e isolare materiale intracellulare, come proteine, lipidi e sostanze bioattive (ad esempio vitamine e polifenoli). La sonicazione costituisce un’intensificazione del processo che aumenta il trasferimento di massa tra l’interno della cellula e il liquido. L’estrazione mediante ultrasuoni consente di ottenere rese più elevate, tempi di trattamento ridotti, una qualità superiore dell’estratto, costi di trattamento ridotti e un minore consumo energetico.

Omogeneizzatori a ultrasuoni per il trattamento della micoproteina

I disgregatori cellulari e gli estrattori a ultrasuoni sono strumenti consolidati negli impianti di trasformazione alimentare. Generando elevate forze di taglio mediante cavitazione, i sonicatori vengono utilizzati per isolare composti bioattivi da materiale vegetale e per omogeneizzare due o più fasi in una miscela uniforme.
Hielscher Ultrasonics offre un’ampia gamma di sonicatori ad alte prestazioni, dalle dimensioni da laboratorio a quelle industriali.
I sonicatori industriali Hielscher possono fornire ampiezze molto elevate. È possibile operare facilmente e in modo continuo con ampiezze fino a 200µm in funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi.

Standardizzazione del processo con Hielscher Ultrasonics

Gli estratti utilizzati negli alimenti o nei prodotti farmaceutici devono essere prodotti in conformità alle buone pratiche di fabbricazione (GMP) e secondo specifiche di trattamento standardizzate. I sonicatori digitali Hielscher Ultrasonics sono dotati di un software intelligente che consente di impostare e controllare facilmente e con precisione il processo di sonicazione. La registrazione automatica dei dati memorizza sulla scheda SD integrata tutti i parametri del processo a ultrasuoni, come l’energia ultrasonica (energia totale e netta), l’ampiezza, la temperatura e la pressione (quando sono installati sensori di temperatura e pressione), con indicazione della data e dell’ora. Ciò consente di riesaminare ogni lotto trattato a ultrasuoni. Allo stesso tempo, vengono garantite la riproducibilità e una qualità del prodotto costantemente elevata.

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori: