Ekstrakcja białka z rzęsy wodnej

Rzęsa (Lemna minor) jest szybko rosnącą rośliną wodną bogatą w białka i inne związki odżywcze. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest stosowana jako wysoce wydajna i niezawodna technologia przetwarzania w celu uwalniania białek, lipidów i fitoskładników odżywczych z rzęsy wodnej. Sonikacja pozwala na prostą i szybką obróbkę rzęsy dla produktów spożywczych.

Rzęsa dla celów odżywczych

Rzęsa (rodzaj Lemna), kwitnąca roślina wodna, jest najmniejszą znaną rośliną kwitnącą. Znana również jako Wolffia, soczewica wodna lub soczewka wodna, rzęsa wodna rośnie w środowiskach słodkowodnych i można ją znaleźć na całym świecie. Wśród rodzajów rzęsy wodnej znane są różne gatunki, takie jak Spirodela, Landoltia, Lemna, Wolffiella i Wolffia. Ponieważ roślina Lemna ma zdolność szybkiego wzrostu, która może podwoić swój rozmiar każdego dnia, rzęsa zainteresowała naukowców i inżynierów żywności pracujących w dziedzinie żywienia, bezpieczeństwa żywnościowego i żywności funkcjonalnej. W niektórych częściach Azji Południowo-Wschodniej rzęsa wodna jest znana od dawna ze swojej gęstości odżywczej i jest znana pod pseudonimem “klops warzywny” ze względu na wysoką zawartość białka (ponad 45% suchej masy). Rzęsa oferuje kompletny profil białkowy (taki jak jaja kurze), zawierający wszystkie dziewięć niezbędnych i sześć warunkowych aminokwasów.

Lipidy i białka z rzęsy wodnej

Rzęsa zawiera 20-35% białka, 4-7% tłuszczu i 4-10% skrobi na suchą masę. Co ciekawe, rozkład aminokwasów w rzęsie jest zbliżony do zaleceń WHO, zawierając np. 4,8% lizyny, 2,7% metioniny i cysteiny oraz 7,7% fenyloalaniny i tyrozyny. Zawartość wielonienasyconych kwasów tłuszczowych wynosiła od 48 do 71%, a wysoka zawartość kwasów tłuszczowych n3 skutkowała korzystnym stosunkiem n6/n3 wynoszącym 0,5 lub mniej". (Appenroth et al. 2017)

Obrazy SEM próbek rzęsy wodnej: Górny rząd pokazuje nienaruszone komórki próbek kontrolnych rzęsy wodnej
Dolny rząd pokazuje próbki rzęsy wodnej ekstrahowane za pomocą sonikatora UP400ST. Komórki wykazują wyraźny rozkład mechaniczny spowodowany sonikacją.
Opracowanie i zdjęcia: ©2023 Inguanez et. al.

Ekstrakcja ultradźwiękowa rzęsy wodnej

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest stosowana do ekstrakcji związków rzęsy wodnej, zwłaszcza białek i lipidów jako produktów spożywczych. Mączka białkowa Lemna i lipidy Lemna są skutecznie uwalniane i izolowane z wodnej rośliny rzęsy wodnej.

Jak stosuje się sonikację do ekstrakcji rzęsy wodnej?

Po zebraniu Lemna, nadmiar wody jest usuwany (np. przez odwirowanie). W przypadku ekstrakcji ultradźwiękowej preferowana jest zawiesina bogata w biomasę (tj. gęsta Lemna), ponieważ czyni ona proces ultradźwiękowy bardziej wydajnym. Zawiesina rzęsy może składać się z rzęsy i wody lub innego wybranego rozpuszczalnika. Ta zawiesina jest następnie podawana do reaktora ultradźwiękowego, w którym kawitacja akustyczna rozbija macierz komórkową i uwalnia związki wewnątrzkomórkowe do medium ekstrakcyjnego na bazie wody lub rozpuszczalnika.

Wybór rozpuszczalnika do ekstrakcji

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z (prawie) każdym rodzajem rozpuszczalnika. W warunkach badawczych związki rzęsy zostały wyekstrahowane przy użyciu rozpuszczalników, takich jak polarny rozpuszczalnik etanol, a także różne niepolarne mieszaniny rozpuszczalników, w tym metanol-etanol, chloroform-etanol, heksan-etanol, eter dietylowy-etanol, eter naftowy-etanol w różnym stosunku objętościowym.
Odpowiedni rozpuszczalnik w połączeniu z ultradźwiękami intensyfikuje uwalnianie fitoskładników z biomasy rzęsy wodnej. Ultradźwięki homogenizują i rozbijają struktury komórek roślinnych, powodując ich rozpad i dezintegrację. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana do produkcji ekstraktów botanicznych, grzybowych i algowych.

Mechanizm ekstrakcji ultradźwiękowej

Ultradźwięki mocy sprzężone z cieczami lub zawiesinami powodują intensywne efekty energetyczne, takie jak kawitacja akustyczna, ścinanie i wibracje. Te efekty ultradźwięków mocy są z powodzeniem stosowane do dezintegracji i niszczenia struktur komórkowych. Dodatkowo, ultradźwięki rozbijają wiązania molekularne lipidów, białek i węglowodanów, dzięki czemu docelowe makroskładniki odżywcze i fitochemikalia są uwalniane z wnętrza komórki surowca botanicznego, np. rzęsy wodnej. W ten sposób ultradźwięki intensyfikują i znacznie skracają ekstrakcję.

Ekstraktory ultradźwiękowe do białek i lipidów rzęsy wodnej

Wysokowydajne ultradźwiękowe systemy odciągowe firmy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie w urządzeniach R&D, małych, średnich i w pełni komercyjnych poziomów produkcji. Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe intensyfikują proces ekstrakcji i zwiększają wydajność oraz ogólną efektywność produkcji wysokiej jakości ekstraktów. Hielscher Ultrasonics oferuje sprzęt do ekstrakcji dla dowolnej objętości / wydajności procesu. Mając doświadczenie w ekstrakcji botanicznej od ponad 25 lat, Hielscher Ultrasonics jest zaufanym partnerem w zakresie wysokowydajnej ekstrakcji ultradźwiękowej!