마이코프로틴의 초음파 추출
지속 가능하고 영양가 높은 대체 식품에 대한 수요를 충족하는 마이코프로틴은 균류에서 유래한 혁신적인 식재료로 부상했으며, 흔히 “모조육”이라 불리는 육류 대체품을 만드는 데 주로 사용됩니다. 이 단백질 공급원은 풍부한 육류 유사 식감과 높은 영양가를 제공하여 식물성 식단에 대한 증가하는 수요를 충족할 유망한 해결책을 제시합니다. 마이코프로틴의 잠재력을 활용하기 위해 프로브형 초음파 처리라는 첨단 추출 기술이 사용됩니다. 이 방법은 초음파의 힘을 활용하여 균류 세포에서 마이코프로틴을 효율적으로 방출시켜, 매우 짧은 처리 시간에 높은 단백질 수율을 보장합니다.
초음파 마이코프로틴 추출
마이코프로틴 추출은 제어된 생물반응기에서 Fusarium venenatum과 같은 식용 균류를 배양하는 것으로 시작됩니다. 마이코프로틴은 이러한 균류 세포 내부에 갇혀 있으므로, 이 가치 있는 단백질을 방출하려면 강력한 추출 방법이 필요합니다. 프로브형 초음파 처리는 강력한 세포 파쇄를 유도할 수 있어 이상적인 기술로 두각을 나타냅니다. 이 과정에서 고출력 초음파는 강한 캐비테이션 힘을 발생시켜 균류의 세포벽을 파괴하고, 단백질, 지질 및 기타 영양소를 포함한 세포 내 물질을 효과적으로 방출합니다. 이는 추출 효율을 높일 뿐 아니라 단백질의 온전성과 기능적 특성의 보존도 보장합니다.
마이코프로틴 추출에 초음파를 적용하면 여러 가지 중요한 이점을 얻을 수 있습니다. 첫째, 균일한 균질화를 달성하며, 이는 다양한 식감과 풍미를 지닌 폭넓은 식품을 개발하는 데 필수적입니다. 육류 유사 식품, 고단백 간식 또는 유제품을 함유하지 않은 우유 대체품 등 어떤 용도로 사용하든 초음파 처리는 마이코프로틴의 일관된 품질을 구현하여 식품 산업에서 다용도로 활용할 수 있는 원료로 만들어 줍니다. 또한 이 기술의 빠른 처리 속도는 생산성 향상과 에너지 소비 감소로 이어져 현대 식품 생산의 지속 가능성 목표에 부합합니다. 초음파 마이코프로틴 추출은 식물성 단백질에 대한 증가하는 소비자 수요를 충족할 뿐 아니라 혁신적이고 영양가 높은 식품 솔루션을 위한 길도 열어 줍니다.
초음파 균질기 UIP2000hdT (2kW) – 연속 교반식 배치 반응기 장착
분쇄를 병행한 초음파 처리에 의한 Fusarium Venenatum의 단백질 방출 동역학
출처: Prakash et al. 2014
사례 연구 – 초음파를 이용한 마이코프로틴 방출
Prakash et al. (2014)은 초음파 처리가 Fusarium Venenatum의 마이코프로틴 방출에 미치는 영향을 조사했습니다. 이들은 0.680 min 이내에 추출된 마이코프로틴 580μg이라는 최대 단백질 방출 속도를 달성했습니다.
분쇄를 병행한 초음파 처리 방법이 Fusarium venenatum의 단백질 방출에 미치는 영향
출처: Prakash et al. 2014
- 높은 수율 / 완전한 추출
- 높은 품질
- 신속한 처리
- 온화한 비열적 처리
- 정밀한 제어 가능
- 높은 비용 효율성
- 간편하고 안전한 작동
마이코프로틴
마이코프로틴은 균류에 존재하는 단세포 단백질입니다. 단백질과 식이섬유를 풍부하게 함유한 마이코프로틴은 영양학적으로 가치 있는 아미노산의 건강하고 지속 가능한 공급원으로 여겨집니다. 마이코프로틴은 일반적으로 건조 중량 기준 약 45%의 단백질과 25%의 식이섬유를 함유합니다. 마이코프로틴은 필수 아미노산이 풍부하며, 총단백질 함량이 약 41%로 스피룰리나와 유사한 단백질 함량을 제공합니다. 따라서 마이코프로틴은 채식주의자와 비건에게 흥미로운 단백질 공급원입니다. 마이코프로틴은 식이섬유가 풍부합니다. 식이섬유 성분은 약 삼분의 일이 키틴(N-아세틸글루코사민)이고 삼분의 이가 β-글루칸(1,3-글루칸 및 1,6-글루칸)입니다. 단백질과 식이섬유 함량이 높은 마이코프로틴은 건강하고 지속 가능한 식량 공급원입니다.
(Finnigan et al. 2019 참조)
초음파 추출 – 작동 원리 및 이점
초음파 추출은 음향(초음파) 캐비테이션 현상에 기반합니다. 강력한 초음파 에너지가 액체나 슬러리에 전달되면 고압과 저압 주기가 교대로 반복되면서 액체를 압축하고 팽창시켜 매질 내부에 미세한 진공 기포를 생성합니다. 이러한 진공 기포는 여러 차례의 고압/저압 주기에 걸쳐 성장하다가 기체 기포가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없는 지점에 도달합니다. 최대 크기로 성장한 기포는 고압 주기 동안 격렬하게 내파합니다. 기포가 내파하는 동안 국소적으로 매우 높은 온도와 압력, 이에 따른 압력차와 온도차, 그리고 최대 280m/sec에 달하는 액체 제트와 같은 극한 조건이 발생합니다. 이러한 강한 힘은 세포벽에 구멍을 내고 파괴하며, 세포 내부와 주변 액체 사이의 물질 전달을 촉진합니다. 단백질, 지질 및 기타 생리활성 화합물과 같은 세포 내 물질은 액체로 이동하며, 이후 후속 공정을 위해 액체에서 쉽게 분리할 수 있습니다.
초음파 마이코프로틴 추출의 이점
초음파 보조 추출 (UAE) 은 단백질, 지질 및 생리활성 물질(예: 비타민과 폴리페놀)과 같은 세포 내 물질을 방출하고 분리하는 데 매우 효율적인 기술입니다. 초음파 처리는 세포 내부와 액체 사이의 물질 전달을 증가시키는 공정 강화 방법입니다. 초음파 추출은 더 높은 수율, 더 짧은 처리 시간, 더 우수한 추출물 품질, 더 낮은 처리 비용 및 에너지 소비를 실현합니다.
마이코프로틴 가공용 초음파 균질기
초음파 세포 파쇄기와 추출기는 식품 가공 시설에서 널리 정착된 장비입니다. 초음파 처리기는 캐비테이션에 의한 높은 전단력을 제공하여 식물 원료에서 생리활성 화합물을 분리하고 둘 이상의 상을 균일한 혼합물로 균질화하는 데 사용됩니다.
Hielscher Ultrasonics는 실험실 규모부터 산업 규모까지 폭넓은 고성능 초음파 처리기 제품군을 제공합니다.
Hielscher 산업용 초음파 처리기는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로 손쉽게 24/7 연속 운전할 수 있습니다. 더 높은 진폭이 필요한 경우 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함은 고부하 및 까다로운 환경에서도 24/7 운전을 가능하게 합니다.
Hielscher Ultrasonics를 통한 공정 표준화
식품이나 의약품에 사용되는 추출물은 우수 제조 관리 기준(GMP)에 따라 표준화된 공정 규격하에서 생산해야 합니다. Hielscher Ultrasonics의 디지털 초음파 처리기에는 지능형 소프트웨어가 탑재되어 있어 초음파 처리 공정을 손쉽게 정밀 설정하고 제어할 수 있습니다. 자동 데이터 기록 기능은 초음파 에너지(총에너지 및 순에너지), 진폭, 온도, 압력(온도 및 압력 센서가 장착된 경우) 등 모든 초음파 공정 매개변수를 날짜 및 시간 정보와 함께 내장 SD 카드에 기록합니다. 이를 통해 초음파로 처리한 각 로트를 검토할 수 있습니다. 동시에 재현성과 일관되게 높은 제품 품질이 보장됩니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여 줍니다:
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장비 |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | 더 큰 유량 | 클러스터 구성: UIP16000 |
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알아 두면 유용한 정보
마이코프로틴이란 무엇인가요?
마이코프로틴은 이른바 단세포 단백질로, 단세포 생물에서 유래한다는 뜻입니다. 마이코프로틴의 경우 이 단세포 생물은 균류입니다. 따라서 마이코프로틴은 균류 단백질이라고도 합니다. “myco”라는 음절은 균류를 뜻하는 그리스어 “mykes”에서 유래했습니다.
마이코프로틴 생산에는 일반적으로 Fusarium venenatum이라는 균류가 사용됩니다. 이는 Fusarium 속에 속하는 미세균류로 단백질 함량이 높습니다.
마이코프로틴을 상업적으로 생산하기 위해 포도당과 기타 영양소가 함유된 액체 배지에서 균류 포자를 배양하고 발효시킵니다. 후속 가공 단계에는 RNA 함량을 줄인 균류 바이오매스를 증기로 찌고, 냉각하고, 냉동하는 과정이 포함됩니다. 최종적으로 단백질과 식이섬유가 풍부한 덩어리가 얻어지며, 이를 육류 대체품이나 식품 첨가물 등 다양한 식품으로 가공할 수 있습니다. 마이코프로틴은 주로 육류 대체품 또는 육류 유사 식품인 이른바 “모조육”을 생산하는 데 사용됩니다.
마이코프로틴은 어떻게 생산되나요?
마이코프로틴은 특정 균류, 일반적으로 Fusarium venenatum을 대형 생물반응기에서 발효시켜 생산하며, 이 과정에서 균류가 성장하고 증식합니다. 이후 균류 바이오매스를 수확하고, 프로브형 초음파 처리와 같은 방법으로 세포벽을 파괴하고 단백질을 방출하여 마이코프로틴을 추출합니다. 추출된 마이코프로틴은 이후 다양한 식품으로 가공됩니다.
마이코프로틴의 장점은 무엇인가요?
마이코프로틴은 고단백, 저지방, 저콜레스테롤 식량 공급원이라는 점을 비롯해 여러 장점을 지니고 있어 건강한 육류 대안이 됩니다. 식이섬유가 풍부하고 체중 관리에 도움이 되며 근육 성장을 지원합니다. 또한 마이코프로틴 생산은 기존 육류 생산에 비해 토지와 물이 덜 필요하고 온실가스 배출량도 적어 환경에 미치는 영향이 더 작습니다. 다양한 육류 대체품을 만드는 데 다용도로 활용할 수 있는 원료이기도 하여 식물성 식단에 대한 증가하는 수요를 충족합니다.
문헌 / 참고문헌
- 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.