Ultraskaņas ekstrakcija leghemoglobīna ražošanai

Tīrāks, ātrāks un vieglāk mērogojams veids, kā iegūt molekulu, kas augu izcelsmes pārtikai piešķir gaļai raksturīgās īpašības: leghemoglobīns – hēmu saturoša olbaltumviela, kas nodrošina gaļas aromātu, krāsu un garšu, – ir kļuvis par vienu no vērtīgākajām biomolekulām augu izcelsmes pārtikas nozarē. Leghemoglobīnu tradicionāli ražo, izmantojot fermentāciju vai sarežģītus pēcapstrādes procesus, un tā ekstrakcija joprojām ir dārga un grūti mērogojama. Apstrāde ar ultraskaņu pilnībā maina šo situāciju.
Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina efektīvu sojas hemoglobīna olbaltumvielu atbrīvošanu, disperģēšanu un stabilizēšanu, paverot skaidru ceļu uz leghemoglobīna ekstrakciju rūpnieciskā mērogā.

Kāpēc leghemoglobīns ir svarīgs

Leghemoglobīns dabā lielā daudzumā sastopams sojas sakņu gumiņos, un tam ir izšķiroša bioloģiska nozīme skābekļa regulēšanā. Pārtikas produktos tā hēma grupa gatavošanas laikā katalizē garšu veidojošas reakcijas, precīzi atdarinot dzīvnieku gaļai raksturīgos procesus. Pētnieki ir apstiprinājuši, ka sojas leghemoglobīns saglabā spēju saistīt hēmu, peroksidāzes aktivitāti un sagremojamību, tādēļ tas ir izmantojama un droša pārtikas sastāvdaļa.
Izaicinājums nekad nav bijis funkcionalitāte – tā ir bijusi efektīva ekstrakcija un mērogojama apstrāde.
Ultraskaņas ekstrakcija palielina leghemoglobīna iznākumu, saglabā leghemoglobīna hēma funkcionalitāti un ir lineāri mērogojama no laboratorijas līdz rūpnieciskai ražošanai, tādēļ tā ir ļoti efektīva un uzticama metode leghemoglobīna ražošanai izmantošanai augu izcelsmes pārtikā.

Leghemoglobīna ekstrakcija no sojas vai E. coli bioreaktoriem

Leghemoglobīnu var iegūt divos principiāli atšķirīgos veidos, taču mūsdienās rūpnieciskā ražošana balstās uz mikrobiālo sintēzi, nevis tiešu ekstrakciju no sojas. Lai gan leghemoglobīns dabā lielā koncentrācijā sastopams sojas sakņu gumiņos, tieša ekstrakcija no augiem lielā mērogā ir nepraktiska mazā atgūstamā daudzuma, lauksaimnieciskās mainības un sarežģītās turpmākās attīrīšanas dēļ. Tādēļ leghemoglobīnu galvenokārt ražo biosintēzes ceļā ģenētiski modificētos mikroorganismos, visbiežāk Escherichia coli vai raugā, kuros ievada sojas leghemoglobīna gēnu un nodrošina tā ekspresiju kontrolētos bioreaktora apstākļos. Jaunākie pētījumi liecina, ka uz E. coli balstītas sistēmas, tostarp bioreaktori ar šūnām un bezšūnu bioreaktori, var ražot funkcionālu sojas leghemoglobīnu ar pareizu aminoskābju secību, spēju saistīt hēmu un fermentatīvo aktivitāti, tādēļ mikrobiālā sintēze ir vēlamais rūpnieciskās ražošanas ceļš.
Ultraskaņas ekstraktori ir piemēroti leghemoglobīna ekstrakcijai no abiem avotiem – sojas sakņu gumiņiem un E.coli bioreaktoriem.

Kā ultraskaņa uzlabo leghemoglobīna ekstrakciju

Apstrādes ar ultraskaņu pamatā ir augstas intensitātes akustiskās kavitācijas radīšana šķidrā vidē. Mikroskopiskajiem burbuļiem sabrūkot, rodas lokāli bīdes spēki, kas:

• Sagrauj augu un mikroorganismu šūnu struktūras
• Atbrīvo šūnās esošās olbaltumvielas, piemēram, leghemoglobīnu
• Samazina olbaltumvielu agregātus un uzlabo disperģēšanu
• Paātrina masas pārnesi bez agresīvām ķīmiskām vielām

Kontrolētās laboratorijas sistēmās jau ir pierādīts, ka apstrāde ar ultraskaņu sašķeļ hemoglobīna agregātus un samazina daļiņu izmēru par vairākām lieluma kārtām, vienlaikus saglabājot olbaltumvielu funkcionalitāti.

Tas ir īpaši svarīgi leghemoglobīnam, kura agregācija un nevienmērīga izkliede var ierobežot iznākumu un turpmākās apstrādes efektivitāti.

No laboratorijas līdz rūpnīcai: lineāra mērogojamība ar rūpnieciskām ultraskaņas apstrādes ierīcēm

Viena no lielākajām ultraskaņas priekšrocībām ir lineāra mērogojamība. Atšķirībā no mehāniskās homogenizācijas vai malšanas lodīšu dzirnavās ultraskaņas enerģijas ievade mainās tieši proporcionāli apstrādes tilpumam. Tas nozīmē, ka laboratorijas galda iekārtās optimizētos parametrus – piemēram, amplitūdu, enerģijas blīvumu un uzturēšanās laiku – var uzticami pārnest uz pilotiekārtu un ražošanas mērogu.

Hielscher Ultrasonics rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas ir īpaši izstrādātas šim nolūkam. To lieljaudas ultraskaņas apstrādes ierīces ar nepārtrauktu plūsmu nodrošina:

• Ekstrakciju no sojas suspensijām tieši plūsmas līnijā
• Atkārtojamu olbaltumvielu atbrīvošanu kilogramu un tonnu mērogā
• Precīzu enerģijas ievades kontroli (W/L)
• Rūpniecisku darbību 24/7 ar saskarei ar pārtiku piemērotiem materiāliem

Šīs sistēmas ļauj ražotājiem netraucēti pāriet no pētniecības un izstrādes uz komerciālu ražošanu, nepārprojektējot procesu.

Tīrāka apstrāde, labāka olbaltumvielu kvalitāte

Vēl viena būtiska ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocība ir procesa tīrība. Pētījumi liecina, ka ultraskaņa var samazināt nepieciešamību pēc agresīviem šķīdinātājiem vai pārmērīgas termiskās apstrādes, kas abos gadījumos rada hēma grupas bojāšanas vai olbaltumvielu denaturācijas risku.

Ja temperatūra tiek pienācīgi kontrolēta, apstrāde ar ultraskaņu saglabā:

• Hēma struktūras neskartību
• Skābekļa saistīšanas īpašības
• Sagremojamību simulētos kuņģa apstākļos

Tas labi atbilst nozares pieprasījumam pēc ilgtspējīgām apstrādes tehnoloģijām, kas ļauj iegūt produktus ar vienkāršu un saprotamu sastāvu.

Ko tas nozīmē augu izcelsmes pārtikai

Pieprasījumam pēc augu izcelsmes gaļas turpinot pieaugt, ražotāji meklē veidus, kā samazināt izmaksas, vienlaikus uzlabojot produktu īpašību nemainīgumu. Ultraskaņas ekstrakcija piedāvā pārliecinošu risinājumu:

• Lielāks iznākums no sojas izejvielām
• Īsāks apstrādes laiks
• Prognozējama mēroga palielināšana
• Mazāka darbības sarežģītība

Apvienojumā ar Hielscher Ultrasonics rūpnieciskās klases ultraskaņas reaktoriem šī tehnoloģija nodrošina tiešu ceļu uz komerciāli dzīvotspējīgu leghemoglobīna ražošanu.

Zinātniskie pierādījumi tagad apstiprina to, par ko procesu inženieriem jau sen bijušas aizdomas: ultraskaņa nav tikai laboratorijas instruments – tā ir jaudīgs rūpnieciskā darba līdzeklis. Leghemoglobīna ekstrakcijai no sojas apstrāde ar ultraskaņu vienā platformā nodrošina efektivitāti, mērogojamību un produkta kvalitāti.

Augu izcelsmes pārtikas nozarei turpinot paplašināties, ultraskaņas ekstrakcija var kļūt par pamattehnoloģiju, kas beidzot padara leghemoglobīna ražošanu ātrāku, tīrāku un ekonomiski ilgtspējīgu.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču aptuveno apstrādes jaudu:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir plaši pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un projektēšanas standartiem. Izturība un vienkāršā lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes ierīces netraucēti integrēt rūpnieciskās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar vismodernākajām tehnoloģijām un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.