Usprawniona produkcja białka z owadów za pomocą ultradźwięków

Owady są zrównoważonym, łatwym w hodowli źródłem wysokiej jakości białek i lipidów o wartości odżywczej. Do oddzielania białek i lipidów od owadów stosuje się ekstrakcję ultradźwiękową jako wysoce wydajną i niezawodną technologię. Potwierdzono skuteczność sonikacji w uzyskiwaniu wysokiego stopnia ekstrakcji, wysokich uzysków białek i lipidów oraz szybkiego przetwarzania składników z owadów o najwyższej jakości.

Dlaczego warto ekstrahować białka z owadów za pomocą ultradźwięków dużej mocy?

Ekstrakt białkowy z owadów jest zazwyczaj uważany za produkt wyższej jakości niż mączka z owadów, ponieważ zawiera większy udział procentowy białka i mniejszy udział procentowy innych niepożądanych substancji, takich jak chityna i tłuszcze.
Mączkę z owadów zazwyczaj wytwarza się przez mielenie całych owadów na proszek, który może zawierać znaczną ilość niestrawnych substancji, takich jak chityna, egzoszkielety i inne składniki bez wartości odżywczej. Natomiast ekstrakt białkowy z owadów zazwyczaj wytwarza się przez ekstrakcję białka z owadów, co pozwala uzyskać czystszy i bardziej skoncentrowany produkt białkowy. Potwierdzono, że ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce skuteczną techniką produkcji wysokiej jakości białka z owadów.
Wyższe stężenie białka w ekstrakcie białkowym z owadów oznacza, że może on dostarczać więcej białka w przeliczeniu na gram niż mączka z owadów, co czyni go wydajniejszym źródłem białka. Ponadto usunięcie składników bez wartości odżywczej może sprawić, że ekstrakt białkowy z owadów będzie łatwiej strawny, i może zmniejszyć ryzyko problemów trawiennych u spożywających go zwierząt i ludzi.
Ponadto ekstrakt białkowy z owadów może mieć łagodniejszy smak i zapach niż mączka z owadów, dzięki czemu jest bardziej atrakcyjny dla konsumentów. Ma również bardziej wszechstronne zastosowanie, ponieważ może być wykorzystywany jako składnik szerokiej gamy produktów spożywczych i paszowych.
 

Ultradźwiękowa ekstrakcja białek z owadów

Ekstrakcję ultradźwiękową można łatwo włączyć do standardowego procesu przetwarzania mączki z owadów, co umożliwia poprawę jakości produktu końcowego. Białko z owadów ekstrahowane ultradźwiękowo ma wyższą jakość niż mączka z owadów, oferując wyższą wartość odżywczą, lepszy smak i lepsze właściwości funkcjonalne.

Ogólny protokół ekstrakcji białka z owadów przy użyciu sonikatora z sondą

ogólny protokół ekstrakcji białek przeznaczonych do zastosowań spożywczych z larw much z rodziny lwinkowatych przy użyciu sondy ultradźwiękowej:
Materiały i wyposażenie:

• Larwy much z rodziny lwinkowatych lub inne gatunki owadów, takie jak larwy mącznika młynarka (Tenebrio molitor), dorosłe świerszcze (Gryllus bimaculatus) i poczwarki jedwabnika (Bombyx mori) – wcześniej wyhodowane i zebrane
• Sonikator z sondą
• Blender lub robot kuchenny
• Woda destylowana zawierająca 9,46 mM kwasu askorbinowego lub inny wybrany rozpuszczalnik
• Wirówka
• Pojemniki szklane lub plastikowe
• Bibuła filtracyjna lub filtry siatkowe

Instrukcja ekstrakcji białka z owadów krok po kroku

1. Przygotowanie larw owadów:
   • Zbierz larwy much z rodziny lwinkowatych z systemu hodowlanego.
   • Dokładnie umyj larwy wodą destylowaną, aby usunąć wszelkie pozostałości i zanieczyszczenia.
   • Zamroź larwy w temperaturze -20°C lub niższej, aby dezaktywować enzymy i zachować jakość białka.
2. Rozbijanie larw:
   • Rozmroź zamrożone larwy i przenieś je do blendera lub robota kuchennego.
   • Dodaj odpowiednią objętość wody destylowanej lub roztworu buforowego, aby uzyskać pożądane stężenie białka (np. 10% w/v).
   • Miksuj lub przetwarzaj larwy do uzyskania jednorodnej zawiesiny.
   • Przenieś zawiesinę do szklanego lub plastikowego pojemnika.
3. Odtłuszczanie (opcjonalne):
   • Odtłuszczanie mączki z owadów jest opcjonalnym etapem, który pomaga zwiększyć uzysk i jakość białka. Zawartość tłuszczu w mączce z owadów zmniejsza się przez obróbkę heksanem. Ogólnie w przypadku większości ekstraktów białkowych z owadów przeznaczonych do spożycia przez ludzi zaleca się odtłuszczanie w celu poprawy jakości białka. Konwencjonalny proces odtłuszczania heksanem jest czasochłonny. Sonikacja może znacznie przyspieszyć odtłuszczanie mączki z owadów!
4. Sonikacja:
   • Zanurz sondę sonikatora, np. UIP2000hdT, w zawiesinie larw.
   • Ustaw parametry sonikatora, np. amplitudę 100% i czas sonikacji, odpowiednio do objętości i zawiesiny.
   • Poddaj zawiesinę larw działaniu fal ultradźwiękowych, utrzymując stałą temperaturę, aby uniknąć denaturacji białek.
   • Proces sonikacji pomaga w rozbijaniu komórek i uwalnianiu białek z larw.
   • Monitoruj temperaturę podczas sonikacji. Sonikatory Hielscher są wyposażone w czujnik temperatury i układ regulacji temperatury.
5. Wirowanie:
   • Po sonikacji przenieś poddaną sonikacji zawiesinę larw do probówek wirówkowych.
   • Wiruj probówki z odpowiednią prędkością i przez odpowiedni czas, aby oddzielić supernatant zawierający białko od stałych pozostałości i nierozbitych komórek.
   • Zbierz supernatant zawierający wyekstrahowane białka i przenieś go do czystego pojemnika.
   • Opcjonalnie powtórz etap wirowania, jeśli jest to konieczne do usunięcia pozostałych cząstek stałych. Alternatywnie jako technikę oddzielania białka można zastosować filtrację.
6. Analiza i przechowywanie białek:
   • Przeprowadź analizę białek, aby ocenić jakość i skład wyekstrahowanych białek.
7. Przechowywanie:
   • Przechowuj wyekstrahowane białka w odpowiednich pojemnikach w chłodnym, suchym i ciemnym miejscu.

 
Owady jako źródło żywności: Owady, takie jak świerszcze, robaki, muchy i larwy, są bogate w białka. W odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na wysokiej jakości białka owady zyskały uznanie jako zdrowe, zrównoważone i przyjazne środowisku źródło białka, wykorzystywane w żywności dla ludzi, karmie dla zwierząt domowych i paszach dla zwierząt gospodarskich. Owady są ektotermiczne (co oznacza, że są zmiennocieplne i nie zużywają energii na wytwarzanie ciepła w celu podniesienia temperatury ciała), nie wymagają dużo miejsca i mogą być karmione odpadami jako substratem wzrostowym. Dzięki temu białka i lipidy z owadów stanowią obiecujące źródło żywności, które może pomóc wypełnić „lukę białkową”, którą trzeba pokonać, aby wyżywić rosnącą populację świata i zaspokoić jej zapotrzebowanie na wysokiej jakości składniki odżywcze, zwłaszcza białko.
Hodowla owadów: Owady hoduje się na farmach owadów, gdzie rosną w pojemnikach lub reaktorach. Ich zaletą jest szybki wzrost; wymagają stosunkowo niewielkiej opieki, mogą być karmione odpadami organicznymi i szybko osiągają rozmiar lub stopień dojrzałości odpowiedni do zbioru. Szczególnie łatwe w hodowli są larwy much, mączniki i świerszcze. Pod względem wydajności larwy czarnej muchy żołnierskiej są cenione za doskonałe przekształcanie odpadów organicznych w wysokiej jakości białko. Dlatego czarna mucha żołnierska jest również znana wśród hodowców owadów jako „królowa przekształcania odpadów”.
 
Etapy przetwarzania mączki z owadów: Gdy owady osiągną docelowy rozmiar lub stadium rozwojowe, są zbierane. Oznacza to, że są gotowe do przetworzenia na składniki żywności. Przed przetwarzaniem owady są myte w wodzie, przesiewane i przechowywane żywe w temperaturze 4℃ przez około jeden dzień bez podawania paszy.
Następnie owady są gotowane, a potem suszone bardzo gorącym powietrzem lub przez ogrzewanie w pojemniku. Obróbka cieplna jest również konieczna do zabicia bakterii. Na koniec owady są mielone na suchą mączkę z owadów (znaną również jako mąka z owadów). Mączka z owadów może być stosowana jako składnik żywności lub dodatek do pasz dla zwierząt. Aby jednak uszlachetnić mączkę z owadów i podnieść jej jakość, ekstrahuje się najcenniejsze składniki, czyli białka i lipidy. Szczególnie czyste białko z owadów jest cenione jako składnik o wysokiej wartości odżywczej, wykorzystywany w batonach białkowych, proszkach białkowych i jako dodatek do wielu produktów spożywczych, takich jak wypieki, chipsy, krakersy itp.
 
Stosuj ekstraktory ultradźwiękowe z sondą do produkcji wysokiej jakości białka z owadów!
 
Ultradźwiękowa ekstrakcja wysokiej jakości białek z owadów:
Ekstrakcja ultradźwiękowa służy do produkcji proszków białkowych, hydrolizatów i izolatów białkowych z wielu form owadów, w tym much, robaków, pluskwiaków, świerszczy i larw. Poprzez ekstrakcję wysokiej jakości białek z mączki z owadów sonikacja pozwala uzyskać funkcjonalne składniki żywności o doskonałym profilu odżywczym.

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji białka z owadów

Sonikacja jest szeroko stosowana do ekstrakcji i obróbki białek z różnych źródeł, takich jak surowce roślinne (np. soja, ryż, rzepak, słonecznik, nasiona dyni itp.), produkty mleczne (np. koncentrat białka serwatkowego (WPC), białko serwatkowe, retentaty białek mleka, kazeinian wapnia), algi (np. wodorosty), produkty rybne i owoce morza (np. produkty uboczne przetwórstwa ryb i odpady z owoców morza) oraz owady (np. robaki, larwy, muchy, czerwie, chrząszcze, świerszcze, karaczany itp.).
Jako wysoce wydajna i przyjazna środowisku technologia ekstrakcji ultradźwiękowa ekstrakcja białka z owadów znalazła zastosowanie w produkcji proszków białkowych, hydrolizatów i izolatów z owadów. Dzięki wysokiej niezawodności procesu, powtarzalności i liniowemu zwiększaniu skali sonikacja jest wykorzystywana do ekstrakcji białka z owadów, modyfikacji struktur białkowych i poprawy właściwości fizykochemicznych białka.
Na przykład Mintha i in. (2020) zastosowali ekstrakcję ultradźwiękową do larw czarnej muchy żołnierskiej (H. illucens). Autorzy podają, że sonikacja poprawiła strukturę białka, zmieniła jego właściwości funkcjonalne i tym samym korzystnie wpłynęła na produkcję białka / hydrolizatów H. illucens. W szczególności sonikacja zwiększyła potencjał zeta, dyspergowalność i wartości parametrów tiolowych. Ponadto po sonikacji zmniejszyły się mętność i wielkość cząstek białka. Sonikacja istotnie zwiększyła jasność (L*) izolatów białkowych o x ¯ 7,46% w porównaniu z próbą kontrolną niepoddaną sonikacji.

Wysokowydajne sonikatory do przetwarzania białka z owadów

Ekstrakcja i homogenizacja ultradźwiękowa to niezawodna technologia przetwarzania, która ułatwia i przyspiesza produkcję wysokiej jakości białek z owadów. Oferta Hielscher Ultrasonics obejmuje pełny zakres urządzeń, od kompaktowych sonikatorów laboratoryjnych po przemysłowe systemy ekstrakcji. Dzięki temu w Hielscher możemy zaoferować sonikator najlepiej dostosowany do planowanej wydajności procesu. Nasz personel z wieloletnim doświadczeniem zapewni wsparcie od badań wykonalności i optymalizacji procesu po instalację systemu ultradźwiękowego w docelowej skali produkcyjnej.
Niewielka powierzchnia zajmowana przez nasze ekstraktory ultradźwiękowe oraz różnorodność możliwości ich instalacji pozwalają umieszczać je nawet w zakładach przetwarzania białka z owadów o ograniczonej przestrzeni. Procesory ultradźwiękowe są instalowane na całym świecie w zakładach produkcji żywności i suplementów diety, a także w zakładach produkcji karmy dla zwierząt domowych i pasz dla zwierząt gospodarskich. Ponadto mieszalniki ultradźwiękowe o wysokiej intensywności ścinania idealnie nadają się do wprowadzania białek z owadów do produktów spożywczych dla ludzi, karmy dla zwierząt towarzyszących oraz pasz dla zwierząt gospodarskich.

Hielscher Ultrasonics – zaawansowane urządzenia do ekstrakcji

Oferta Hielscher Ultrasonics obejmuje pełny zakres wysokowydajnych ekstraktorów ultradźwiękowych do zastosowań od małej do dużej skali. Dodatkowe akcesoria umożliwiają łatwe zestawienie konfiguracji urządzenia ultradźwiękowego najlepiej dostosowanej do procesu przetwarzania białka z owadów. Optymalna konfiguracja ultradźwiękowa zależy od planowanej wydajności, objętości, surowca, trybu okresowego lub przepływowego oraz harmonogramu.

Ultradźwiękowa ekstrakcja z owadów – przetwarzanie okresowe i przepływowe

Sonikatory Hielscher mogą być stosowane do przetwarzania okresowego i ciągłego przetwarzania przepływowego. Ultradźwiękowe przetwarzanie okresowe idealnie nadaje się do testowania i optymalizacji procesu oraz produkcji na małą i średnią skalę. Przy produkcji dużych ilości białek z owadów przetwarzanie przepływowe może być korzystniejsze. Chociaż przetwarzanie okresowe wymaga jedynie bardzo prostej konfiguracji, jest bardziej czasochłonne i pracochłonne. Ciągły proces mieszania przepływowego wymaga zaawansowanej konfiguracji – obejmującej pompę, węże lub rury oraz zbiorniki – ale jest wydajniejszy, szybszy i wymaga znacznie mniej pracy. Hielscher Ultrasonics oferuje konfigurację ekstrakcyjną najlepiej dostosowaną do objętości ekstrakcji i celów procesu.

Ekstraktory ultradźwiękowe dla każdej wydajności produkcyjnej

Oferta Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych sonikatorów laboratoryjnych, poprzez systemy stołowe i pilotażowe, po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności umożliwiającej przetwarzanie ładunków całych ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować ekstraktor ultradźwiękowy najlepiej dostosowany do surowca, wydajności procesu i celów produkcyjnych.
Stołowe systemy ultradźwiękowe idealnie nadają się do badań wykonalności i optymalizacji procesu. Liniowe zwiększanie skali na podstawie ustalonych parametrów procesu sprawia, że zwiększenie wydajności przetwarzania od mniejszych partii do produkcji w pełnej skali komercyjnej jest bardzo łatwe. Skalę można zwiększyć przez instalację ekstraktora ultradźwiękowego o większej mocy lub równoległe połączenie kilku sonikatorów w zespół. Dzięki UIP16000 firma Hielscher oferuje najpotężniejszy ekstraktor ultradźwiękowy na świecie.

Precyzyjnie regulowane amplitudy dla optymalnych wyników

Wszystkie sonikatory Hielscher umożliwiają precyzyjną regulację, dzięki czemu są niezawodnymi urządzeniami do intensywnej pracy w produkcji. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu wpływających na wydajność i skuteczność ultradźwiękowej ekstrakcji składników odżywczych z owadów.
Materiał z owadów, taki jak larwy i muchy, wymaga łagodniejszej sonikacji i niższych ustawień amplitudy, natomiast świerszcze i owady z grubą osłoną egzoszkieletu wymagają sonikacji przy wyższych amplitudach w celu uwolnienia docelowych składników odżywczych. Wszystkie procesory Hielscher Ultrasonics umożliwiają precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i wzmacniacze amplitudy to akcesoria pozwalające modyfikować amplitudę w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy i wymaganą intensywność ultradźwięków w wymagających zastosowaniach. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać podczas ciągłej pracy w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania umożliwiają obróbkę nasion w najskuteczniejszych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla najlepszych wyników ekstrakcji!
Solidność urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających warunkach. Dzięki temu urządzenia ultradźwiękowe Hielscher są niezawodnymi narzędziami pracy spełniającymi wymagania dotyczące ekstrakcji.

Łatwe testowanie procesu bez ryzyka

Procesy ultradźwiękowe można skalować w sposób całkowicie liniowy. Oznacza to, że każdy wynik uzyskany za pomocą sonikatora laboratoryjnego lub stołowego można przenieść na większą skalę, uzyskując dokładnie taki sam rezultat przy dokładnie takich samych parametrach procesu. Dzięki temu sonikacja idealnie nadaje się do badań wykonalności bez ryzyka, optymalizacji procesu i późniejszego wdrożenia do produkcji komercyjnej. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się, jak sonikacja może zwiększyć produkcję białka z owadów!

Najwyższa jakość – zaprojektowane i wyprodukowane w Niemczech

Jako firma należąca do rodziny i przez nią zarządzana Hielscher stawia na najwyższe standardy jakości swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie sonikatory są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych Hielscher czynią je wytrzymałymi urządzeniami do intensywnej pracy w produkcji. Praca w trybie 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagających warunkach jest naturalną cechą wysokowydajnych mieszalników Hielscher.

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: