Ultradźwiękowa ekstrakcja mykoprotein

Spełniając zapotrzebowanie na zrównoważone i pożywne alternatywy żywnościowe, mykoproteina pojawiła się jako rewolucyjny składnik, pochodzący z grzybów i wykorzystywany głównie do tworzenia substytutów mięsa, często określanych jako “sztuczne mięso.” To źródło białka oferuje obiecujące rozwiązanie dla rosnącego zapotrzebowania na diety oparte na roślinach, zapewniając bogatą, mięsną konsystencję i wysoką wartość odżywczą. Aby uwolnić potencjał mykoprotein, stosuje się zaawansowaną technikę ekstrakcji znaną jako sonikacja typu probetype. Metoda ta wykorzystuje moc fal ultradźwiękowych do skutecznego uwalniania mykoprotein z komórek grzybów, zapewniając wysoką wydajność białka w niezwykle krótkim czasie przetwarzania.

Ultradźwiękowa ekstrakcja mykoprotein

Ekstrakcja mykoprotein rozpoczyna się od uprawy grzybów jadalnych, takich jak Fusarium venenatum, w kontrolowanych bioreaktorach. W komórkach tych grzybów mykoproteina jest zamknięta, co wymaga solidnej metody ekstrakcji w celu uwolnienia cennego białka. Sonikacja typu sondy wyróżnia się jako idealna technika ze względu na jej zdolność do wywoływania silnego rozerwania komórek. Podczas tego procesu ultradźwięki wytwarzają intensywne siły kawitacyjne, które rozbijają ściany komórkowe grzybów, skutecznie uwalniając zawartość wewnątrzkomórkową, w tym białka, lipidy i inne składniki odżywcze. Nie tylko zwiększa to wydajność ekstrakcji, ale także zapewnia zachowanie integralności i właściwości funkcjonalnych białka.

Zastosowanie fal ultradźwiękowych w ekstrakcji mykoprotein ma kilka istotnych zalet. Po pierwsze, osiąga jednolitą homogenizację, która ma kluczowe znaczenie dla rozwoju szerokiej gamy produktów spożywczych o różnych teksturach i smakach. Niezależnie od tego, czy chodzi o analogi mięsa, przekąski bogate w białko, czy bezmleczne substytuty mleka, ultradźwięki umożliwiają stałą jakość mykoproteiny, co czyni ją wszechstronnym składnikiem w przemyśle spożywczym. Dodatkowo, szybki czas przetwarzania związany z tą techniką przekłada się na wyższą wydajność i mniejsze zużycie energii, co jest zgodne z celami zrównoważonego rozwoju nowoczesnej produkcji żywności. Ultradźwiękowa ekstrakcja mykoprotein nie tylko zaspokaja rosnące zapotrzebowanie konsumentów na białko roślinne, ale także toruje drogę dla innowacyjnych i pożywnych rozwiązań żywieniowych.

Kinetyka uwalniania białka z Fusarium Venenatum przez sonikację z mieleniem
źródło: Prakash et al. 2014

Studium przypadku – Ultradźwiękowe uwalnianie mykoprotein

Prakash et al. (2014) zbadali wpływ ultradźwięków na uwalnianie mykoprotein z Fusarium Venenatum. Osiągnęli oni maksymalną szybkość uwalniania białka wynoszącą 580 μg wyekstrahowanej mykoproteiny w ciągu 0,680 min.

Wpływ sonikacji z metodą mielenia na uwalnianie białka z Fusarium venenatum
źródło: Prakash et al. 2014

Mykoproteina

Mykoproteina to jednokomórkowe białko występujące w grzybach. Oferując wysoką ilość białka i błonnika, mykoproteina jest uważana za zdrowe i zrównoważone źródło cennych odżywczo aminokwasów. Mykoproteina zawiera zazwyczaj około 45% białka i 25% błonnika w suchej masie. Mykoproteina jest bogata w niezbędne aminokwasy i przy składzie ok. 41% białka całkowitego oferuje podobną zawartość białka jak spirulina. To sprawia, że mykoproteina jest interesującym źródłem białka dla wegetarian i wegan. Mykoproteina jest bogata w błonnik. Zawartość błonnika obejmuje około jednej trzeciej chityny (N-acetyloglukozaminy) i dwie trzecie β-glukanów (1,3-glukan i 1,6-glukan). Oferując wysoką zawartość białka i błonnika, mykoproteiny są zdrowym i zrównoważonym źródłem żywności.
(por. Finnigan et al. 2019)

ekstrakcja ultradźwiękowa – Zasada działania i korzyści

Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na zjawisku kawitacji akustycznej (ultradźwiękowej). Gdy silne fale ultradźwiękowe są sprzężone z cieczą lub zawiesiną, naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia ściskają i rozszerzają ciecz, tworząc drobne pęcherzyki próżniowe w medium. Te pęcherzyki próżniowe rosną przez kilka cykli wysokiego/niskiego ciśnienia, aż osiągną punkt, w którym pęcherzyk gazu nie może absorbować dalszej energii. W punkcie maksymalnego wzrostu pęcherzyk imploduje gwałtownie podczas cyklu wysokiego ciśnienia. Podczas implozji pęcherzyka występują lokalnie ekstremalne warunki, takie jak bardzo wysoka temperatura, ciśnienia i odpowiadające im różnice ciśnień i temperatur, a także strumienie cieczy o prędkości do 280 m/s. Te intensywne siły perforują i rozbijają ściany komórkowe oraz promują transfer masy między wnętrzem komórki a otaczającą cieczą. Materiał wewnątrzkomórkowy, taki jak białka, lipidy i inne związki bioaktywne są przenoszone do cieczy, skąd można je łatwo oddzielić do dalszych procesów.

Korzyści z ultradźwiękowej ekstrakcji mykoprotein

Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) jest wysoce skuteczną techniką uwalniania i izolowania materiału wewnątrzkomórkowego, takiego jak białka, lipidy i substancje bioaktywne (np. witaminy i polifenole). Sonifikacja jest intensyfikacją procesu, która zwiększa transfer masy pomiędzy wnętrzem komórki a cieczą. Ekstrakcja ultradźwiękowa skutkuje wyższą wydajnością, krótszym czasem przetwarzania, lepszą jakością ekstraktu oraz niższymi kosztami przetwarzania i niższym zużyciem energii.

Homogenizatory ultradźwiękowe do przetwarzania mikoprotein

Ultradźwiękowe rozbijacze komórek i ekstraktory są dobrze ugruntowanymi narzędziami w zakładach przetwórstwa spożywczego. Zapewniając kawitacyjne siły ścinające, ultradźwięki są wykorzystywane do izolowania związków bioaktywnych z materiału roślinnego i homogenizacji dwóch lub więcej faz w jednolitą mieszaninę.
Hielscher Ultrasonics oferuje szeroką gamę wysokowydajnych ultrasonografów od laboratoryjnych do przemysłowych.
Sonikatory przemysłowe Hielscher mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe. Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.

Standaryzacja procesów dzięki Hielscher Ultrasonics

Ekstrakty, które są stosowane w żywności lub farmaceutykach, powinny być produkowane zgodnie z Dobrymi Praktykami Wytwarzania (GMP) i zgodnie ze znormalizowanymi specyfikacjami przetwarzania. Sonikatory cyfrowe Hielscher Ultrasonics są wyposażone w inteligentne oprogramowanie, które ułatwia precyzyjne ustawianie i sterowanie procesem sonikacji. Automatyczne rejestrowanie danych zapisuje wszystkie parametry procesu ultradźwiękowego, takie jak energia ultradźwiękowa (energia całkowita i netto), amplituda, temperatura, ciśnienie (gdy zamontowane są czujniki temperatury i ciśnienia) z datą i godziną na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na rewizję każdej ultradźwiękowo przetworzonej partii. Jednocześnie zapewniona jest powtarzalność i stale wysoka jakość produktu.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: