Ekstrakcja białka z rzęsy wodnej

Rzęsa wodna (Lemna minor) to szybko rosnąca roślina wodna bogata w białka i inne składniki odżywcze. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest stosowana jako wysoce wydajna i niezawodna technologia przetwarzania służąca do uwalniania białek, lipidów i fitoskładników odżywczych z rzęsy wodnej. Sonikacja umożliwia proste i szybkie przetwarzanie rzęsy wodnej na produkty przeznaczone do spożycia.

Rzęsa wodna do celów żywieniowych

Rzęsa wodna (rodzaj Lemna), kwitnąca roślina wodna, jest najmniejszą znaną rośliną kwitnącą. Znana również jako Wolffia, soczewica wodna lub soczewki wodne, rzęsa wodna rośnie w środowiskach słodkowodnych i występuje 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 i może codziennie podwajać swój rozmiar, rzęsa wodna wzbudziła zainteresowanie naukowców i inżynierów żywności zajmujących się żywieniem, bezpieczeństwem żywnościowym i żywnością funkcjonalną. W części Azji Południowo-Wschodniej rzęsa wodna od dawna jest znana ze swojej wysokiej gęstości odżywczej, a ze względu na wysoką zawartość białka (ponad 45% suchej masy) nosi przydomek „roślinny klopsik”. Rzęsa wodna zapewnia pełny profil białkowy (podobnie jak jaja kurze), zawierając wszystkie dziewięć aminokwasów niezbędnych i sześć aminokwasów warunkowo niezbędnych.

Lipidy i białka z rzęsy wodnej

Rzęsa wodna zawiera 20–35% białka, 4–7% tłuszczu i 4–10% skrobi w przeliczeniu na suchą masę. Co ciekawe, rozkład zawartości aminokwasów w rzęsie wodnej jest zbliżony do zaleceń WHO i obejmuje 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 przedstawia nienaruszone komórki próbek kontrolnych rzęsy wodnej
Dolny rząd przedstawia próbki rzęsy wodnej poddane ekstrakcji przy użyciu sonikatora UP400ST. Komórki wykazują wyraźne mechaniczne zniszczenie wskutek sonikacji.
Badanie i obrazy: ©2023 Inguanez et. al.

Ekstrakcja ultradźwiękowa rzęsy wodnej

Ekstrakcja ultradźwiękowa służy do pozyskiwania związków z rzęsy wodnej, zwłaszcza białek i lipidów, jako produktów spożywczych. Mączka białkowa z Lemna i lipidy z Lemna są wydajnie uwalniane i izolowane z tej rośliny wodnej.

Jak stosuje się sonikację do ekstrakcji rzęsy wodnej?

Po zebraniu Lemna usuwa się nadmiar wody (np. przez wirowanie). Do ekstrakcji ultradźwiękowej preferowana jest zawiesina bogata w biomasę (tj. o wysokiej zawartości Lemna), ponieważ zwiększa ona wydajność procesu ultradźwiękowego. Zawiesina rzęsy wodnej może składać się z rzęsy wodnej i wody lub innego wybranego rozpuszczalnika. Następnie zawiesina ta jest doprowadzana do reaktora ultradźwiękowego, w którym kawitacja akustyczna rozbija matrycę komórkową i uwalnia związki wewnątrzkomórkowe do medium ekstrakcyjnego na bazie wody lub rozpuszczalnika.

Wybierz rozpuszczalnik do ekstrakcji

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z (niemal) każdym rodzajem rozpuszczalnika. W badaniach związki z rzęsy wodnej ekstrahowano przy użyciu rozpuszczalników, takich jak polarny rozpuszczalnik etanol, a także różnych niepolarnych mieszanin rozpuszczalników, w tym metanol–etanol, chloroform–etanol, heksan–etanol, eter dietylowy–etanol i eter naftowy–etanol, w różnych stosunkach objętościowych.
Odpowiedni rozpuszczalnik w połączeniu z sonikacją intensyfikuje uwalnianie fitoskładników odżywczych z biomasy rzęsy wodnej. Sonikacja homogenizuje i niszczy struktury komórek roślinnych, powodując rozbijanie komórek i dezintegrację. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana do produkcji ekstraktów roślinnych oraz ekstraktów z grzybów i glonów.

Mechanizm ekstrakcji ultradźwiękowej

Ultradźwięki dużej mocy wprowadzane do cieczy lub zawiesin wywołują efekty o dużej intensywności energetycznej, takie jak kawitacja akustyczna, ścinanie i drgania. Te efekty ultradźwięków dużej mocy są z powodzeniem wykorzystywane do dezintegracji i niszczenia struktur komórkowych. Ponadto sonikacja rozrywa wiązania molekularne lipidów, białek i węglowodanów, dzięki czemu docelowe makroskładniki odżywcze i związki fitochemiczne są uwalniane z wnętrza komórek surowca roślinnego, np. rzęsy wodnej. W ten sposób sonikacja znacznie intensyfikuje i skraca ekstrakcję.

Ekstraktory ultradźwiękowe do białek i lipidów z rzęsy wodnej

Wysokowydajne systemy ekstrakcji ultradźwiękowej firmy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie w badaniach i rozwoju oraz w produkcji na małą i średnią skalę, a także na pełną skalę komercyjną. Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe intensyfikują proces ekstrakcji oraz zwiększają uzysk i ogólną wydajność produkcji ekstraktów wysokiej jakości. Hielscher Ultrasonics oferuje urządzenia do ekstrakcji dla dowolnej objętości / wydajności procesu. Dzięki ponad 25-letniemu doświadczeniu w ekstrakcji surowców roślinnych Hielscher Ultrasonics jest Twoim zaufanym partnerem w dziedzinie wysokowydajnej ekstrakcji ultradźwiękowej!