Ultrasone extractie van Mycoproteïne

Mycoproteïnen zijn van schimmels afgeleide eiwitten die worden geproduceerd voor menselijke consumptie en die voornamelijk worden gebruikt voor de bereiding van vleesvervangers of "nepvlees". Ultrasone extractie en homogenisatie is een zeer efficiënte methode om mycoproteïne uit de schimmel vrij te maken en zo een zeer hoge eiwitopbrengst te bereiken in een korte verwerkingstijd.

Mycoproteïne

Mycoproteïne is een eencellige proteïne die aanwezig is in schimmels. Met een hoog gehalte aan eiwitten en vezels wordt mycoproteïne beschouwd als een gezonde en duurzame bron van nutritioneel waardevolle aminozuren. Mycoproteïne bevat doorgaans ongeveer 45% eiwit en 25% vezels op droog gewicht. Mycoproteïne is rijk aan essentiële aminozuren en biedt met een samenstelling van ca. 41% totaal eiwit een vergelijkbaar eiwitgehalte als spirulina. Dit maakt mycoproteïne een interessante eiwitbron voor vegetariërs en veganisten. Mycoproteïne is rijk aan vezels. Het vezelgehalte bestaat voor ongeveer een derde uit chitine (N-acetylglucosamine) en voor twee derde uit β-glucanen (1,3-glucaan en 1,6-glucaan). Met een hoog eiwit- en vezelgehalte is mycoproteïne een gezonde en duurzame voedingsbron.
(zie Finnigan et al. 2019)

Ultrasone Mycoproteïne-extractie

Om mycoproteïnen te produceren worden eetbare schimmelsoorten gekweekt en gekweekt in bioreactoren. Dit betekent dat het eiwit gevangen zit in de schimmelsoort, bijvoorbeeld Fusarium venenatum. Om het mycoproteïne vrij te maken is een krachtige celverstoring en extractietechniek nodig, die de schimmel lyseert. Tijdens de lysis worden de celwanden van het micro-organisme verstoord en afgebroken, zodat het intracellulaire materiaal zoals eiwitten, lipiden en andere voedingsstoffen vrijkomen. Ultrasonicatie is een beproefde techniek die in de voedselproductie en de biotechnologie wordt gebruikt om cellen en weefsels te ontregelen en waardevolle verbindingen te onttrekken. Bovendien maakt de uniforme homogenisering door ultrasonificatie het gemakkelijk om het mycoproteïne om te zetten in innovatieve voedingsproducten met verschillende texturen, smaken en toepassingen, waaronder vleesanalogen, eiwitrijke snacks, zuivelvrije melkvervangers en desserts.

Kinetiek van het vrijkomen van eiwitten uit Fusarium Venenatum door middel van sonicatie met slijpen
Bron: Prakash et al. 2014

Casestudy – Ultrasone Mycoproteïne afgifte

Prakash et al. (2014) onderzochten de effecten van ultrasoon onderzoek op het vrijkomen van mycoproteïnen uit Fusarium Venenatum. Ze bereikten een maximale eiwitvrijstelling K van 0.680 min met 580μg geëxtraheerde mycoproteïne.

Effect van sonicatie met slijpmethode op het vrijkomen van eiwitten van Fusarium venenatum
Bron: Prakash et al. 2014

Ultrasone extractie – Werkingsprincipe en voordelen

Ultrasone extractie is gebaseerd op het fenomeen van akoestische (ultrasone) cavitatie. Wanneer krachtige ultrasone golven worden gekoppeld in een vloeistof of drijfmest, wordt de vloeistof door afwisselend hoge- en lagedrukcycli samengeperst en uitgebreid, waardoor minieme vacuümbellen in het medium ontstaan. Deze vacuümbellen groeien over verschillende hogedruk-/lagedrukcycli tot ze een punt bereiken waarop de gasbel geen verdere energie meer kan absorberen. Op het punt van de maximale groei implodeert de luchtbel heftig tijdens een hogedrukcyclus. Tijdens de luchtbelimplosie ontstaan plaatselijk extreme omstandigheden zoals zeer hoge temperatuur, druk en bijbehorende druk- en temperatuursverschillen en vloeistofstralen met tot 280m/sec. Deze intense krachten perforeren en breken de celwanden en bevorderen de massatransfer tussen het binnenste van de cel en de omringende vloeistof. Het intracellulaire materiaal zoals proteïnen, lipiden en andere bioactieve verbindingen worden overgebracht naar de vloeistof, van waaruit het gemakkelijk kan worden gescheiden voor downstream processen.

Voordelen van ultrasone extractie

Ultrasonisch geassisteerde extractie (UAE) is een zeer efficiënte techniek om intracellulair materiaal zoals eiwitten, lipiden en bioactieve stoffen (bijv. vitaminen en polyfenolen) vrij te geven en te isoleren. Sonificatie is een procesintensivering, die de massatransfer tussen het inwendige van de cel en de vloeistof verhoogt. Ultrasone extractie resulteert in een hogere opbrengst, een kortere verwerkingstijd, een superieure kwaliteit van het extract en lagere verwerkingskosten en een lager energieverbruik.

Ultrasone homogenisatoren voor Mycoproteïneverwerking

Ultrasone celverstoorders en -extractoren zijn gevestigde instrumenten in de voedselverwerkende industrie. Met behulp van ultrasone ultrasooncellen worden bioactieve verbindingen uit plantaardig materiaal geïsoleerd en worden twee of meer fasen gehomogeniseerd tot een gelijkmatig mengsel.
Hielscher Ultrasonics biedt een breed portfolio van hoogwaardige ultrasoonsystemen van laboratorium tot industrieel formaat.
Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden gebruikt in 24/7 werking. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24 uur per dag, 7 dagen per week, 24 uur per dag, 7 dagen per week en in veeleisende omgevingen mogelijk.

Processtandaardisatie met Hielscher Ultrasonics

Extracten, die in levensmiddelen of geneesmiddelen worden gebruikt, moeten worden geproduceerd in overeenstemming met Good Manufacturing Practices (GMP) en onder gestandaardiseerde verwerkingsspecificaties. De digitale extractiesystemen van Hielscher Ultrasonics worden geleverd met intelligente software, die het eenvoudig maakt om het geluidsproces nauwkeurig in te stellen en te controleren. De automatische gegevensregistratie schrijft alle ultrasone procesparameters zoals ultrasone energie (totale en netto energie), amplitude, temperatuur, druk (bij montage van temperatuur- en druksensoren) met datum- en tijdstempel op de ingebouwde SD-kaart. Hierdoor kunt u elk ultrasoon verwerkt lot herzien. Tegelijkertijd is de reproduceerbaarheid en de continue hoge productkwaliteit gewaarborgd.

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: