Ultradźwiękowa ekstrakcja mykoproteiny
Odpowiadając na zapotrzebowanie na zrównoważone i odżywcze alternatywy żywnościowe, mykoproteina stała się rewolucyjnym składnikiem pozyskiwanym z grzybów i wykorzystywanym przede wszystkim do wytwarzania zamienników mięsa, często określanych jako „sztuczne mięso”. To źródło białka oferuje obiecujące rozwiązanie w obliczu rosnącego zapotrzebowania na diety roślinne, zapewniając bogatą teksturę przypominającą mięso i wysoką wartość odżywczą. Aby wykorzystać potencjał mykoproteiny, stosuje się zaawansowaną technikę ekstrakcji znaną jako sonikacja sondowa. Metoda ta wykorzystuje moc fal ultradźwiękowych do skutecznego uwalniania mykoproteiny z komórek grzybów, zapewniając wysoką wydajność pozyskiwania białka w wyjątkowo krótkim czasie przetwarzania.
Ultradźwiękowa ekstrakcja mykoproteiny
Ekstrakcja mykoproteiny rozpoczyna się od hodowli jadalnych grzybów, takich jak Fusarium venenatum, w bioreaktorach pracujących w kontrolowanych warunkach. Mykoproteina jest zamknięta wewnątrz tych komórek grzybowych, co wymaga skutecznej metody ekstrakcji w celu uwolnienia cennego białka. Sonikacja sondowa wyróżnia się jako idealna technika dzięki zdolności do intensywnego rozbijania komórek. Podczas tego procesu ultradźwięki dużej mocy wytwarzają silne oddziaływania 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 białka i jego właściwości funkcjonalnych.
Zastosowanie fal ultradźwiękowych w ekstrakcji mykoproteiny oferuje kilka istotnych korzyści. Po pierwsze, zapewnia równomierną homogenizację, która ma kluczowe znaczenie dla opracowywania szerokiej gamy produktów spożywczych o zróżnicowanych teksturach i smakach. Zarówno w przypadku analogów mięsa, przekąsek bogatych w białko, jak i bezmlecznych zamienników mleka, sonikacja zapewnia stałą jakość mykoproteiny, czyniąc ją wszechstronnym składnikiem w przemyśle spożywczym. Ponadto krótki czas przetwarzania związany z tą techniką przekłada się na wyższą produktywność i mniejsze zużycie energii, wpisując się w cele zrównoważonego rozwoju nowoczesnej produkcji żywności. Ultradźwiękowa ekstrakcja mykoproteiny nie tylko zaspokaja rosnące zapotrzebowanie konsumentów na białko roślinne, ale także otwiera drogę do innowacyjnych i odżywczych rozwiązań żywnościowych.
Homogenizator ultradźwiękowy UIP2000hdT (2kW) z reaktorem okresowym z ciągłym mieszaniem
Kinetyka uwalniania białka z Fusarium Venenatum metodą sonikacji połączonej z mieleniem
źródło: Prakash et al. 2014
Studium przypadku – ultradźwiękowe uwalnianie mykoproteiny
Prakash et al. (2014) zbadali wpływ sonikacji na uwalnianie mykoproteiny z Fusarium Venenatum. Osiągnęli maksymalną szybkość uwalniania białka wynoszącą 580μg wyekstrahowanej mykoproteiny w ciągu 0,680 min.
Wpływ metody sonikacji połączonej z mieleniem na uwalnianie białka z Fusarium venenatum
źródło: Prakash et al. 2014
- Wysoka wydajność / pełna ekstrakcja
- Wysoka jakość
- Szybki proces
- Łagodny, nietermiczny proces
- Możliwość precyzyjnego sterowania
- Efektywność kosztowa
- Prosta i bezpieczna obsługa
Mykoproteina
Mykoproteina jest białkiem jednokomórkowym występującym w grzybach. Dzięki wysokiej zawartości białka i błonnika mykoproteina jest uznawana za zdrowe i zrównoważone źródło cennych pod względem odżywczym aminokwasów. Mykoproteina zawiera zazwyczaj około 45% białka i 25% błonnika w przeliczeniu na suchą masę. Mykoproteina jest bogata w aminokwasy egzogenne, a przy zawartości około 41% białka ogółem ma podobną zawartość białka jak spirulina. Czyni to mykoproteinę interesującym źródłem białka dla wegetarian i wegan. Mykoproteina jest bogata w błonnik. Jej błonnik składa się w około jednej trzeciej z chityny (N-acetyloglukozaminy), a w dwóch trzecich z β-glukanów (1,3-glukanu i 1,6-glukanu). Dzięki wysokiej zawartości białka i błonnika mykoproteina jest 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 fale ultradźwiękowe dużej mocy są wprowadzane do cieczy lub zawiesiny, naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia powodują sprężanie i rozprężanie cieczy, tworząc w ośrodku drobne pęcherzyki próżniowe. Pęcherzyki te rosną przez kilka cykli wysokiego i niskiego ciśnienia, aż osiągną stan, w którym pęcherzyk gazowy nie może już pochłonąć więcej energii. Po osiągnięciu maksymalnego rozmiaru pęcherzyk gwałtownie imploduje podczas cyklu wysokiego ciśnienia. Podczas implozji pęcherzyka lokalnie występują ekstremalne warunki, takie jak bardzo wysoka temperatura, bardzo wysokie ciśnienia i odpowiadające im różnice ciśnienia i temperatury, a także strumienie cieczy o prędkości do 280m/sec. Te intensywne siły perforują i rozbijają ściany komórkowe oraz wspomagają transport masy między wnętrzem komórki a otaczającą ją cieczą. Materiał wewnątrzkomórkowy, taki jak białka, lipidy i inne związki bioaktywne, jest przenoszony do cieczy, z której można go łatwo oddzielić na potrzeby dalszych procesów.
Korzyści z ultradźwiękowej ekstrakcji mykoproteiny
Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) jest wysoce wydajną techniką uwalniania i izolowania materiału wewnątrzkomórkowego, takiego jak białka, lipidy i substancje bioaktywne (np. witaminy i polifenole). Sonikacja stanowi metodę intensyfikacji procesu, która zwiększa transport masy między wnętrzem komórki a cieczą. Ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia wyższą wydajność, krótszy czas przetwarzania, lepszą jakość ekstraktu oraz niższe koszty przetwarzania i mniejsze zużycie energii.
Homogenizatory ultradźwiękowe do przetwarzania mykoproteiny
Ultradźwiękowe urządzenia do rozbijania komórek i ekstrakcji są narzędziami o ugruntowanej pozycji w zakładach przetwórstwa spożywczego. Wytwarzając dzięki kawitacji silne siły ścinające, sonikatory służą do izolowania związków bioaktywnych z materiału roślinnego oraz do homogenizacji dwóch lub większej liczby faz w jednorodną mieszaninę.
Hielscher Ultrasonics oferuje szeroką gamę wysokowydajnych sonikatorów, od urządzeń laboratoryjnych po przemysłowe.
Przemysłowe sonikatory Hielscher mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać w sposób ciągły podczas pracy w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających warunkach.
Standaryzacja procesu z Hielscher Ultrasonics
Ekstrakty stosowane w żywności lub produktach farmaceutycznych powinny być wytwarzane zgodnie z zasadami Dobrej Praktyki Wytwarzania (GMP) i według znormalizowanych specyfikacji przetwarzania. Cyfrowe sonikatory Hielscher Ultrasonics są wyposażone w inteligentne oprogramowanie, które ułatwia precyzyjne ustawianie i kontrolowanie procesu sonikacji. Automatyczna rejestracja danych zapisuje na wbudowanej karcie SD wszystkie parametry procesu ultradźwiękowego, takie jak energia ultradźwięków (energia całkowita i netto), amplituda, temperatura i ciśnienie (gdy zamontowane są czujniki temperatury i ciśnienia), wraz ze znacznikiem daty i czasu. Pozwala to na przegląd danych dotyczących każdej partii poddanej obróbce ultradźwiękowej. Jednocześnie zapewniona jest powtarzalność i stale wysoka jakość produktu.
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną zdolność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Homogenizatory ultradźwiękowe dużej mocy od skali laboratoryjnej po pilotażową i przemysłową .
Warto wiedzieć
Czym jest mykoproteina?
Mykoproteina jest tak zwanym białkiem jednokomórkowym, co oznacza, że pochodzi z organizmu jednokomórkowego. W przypadku mykoproteiny tym organizmem jednokomórkowym jest grzyb. Dlatego mykoproteina jest również znana jako białko grzybowe. Człon „myco” pochodzi od greckiego słowa „mykes”, które oznacza grzyb.
Do produkcji mykoproteiny powszechnie wykorzystuje się grzyb Fusarium venenatum. Jest to mikroskopijny grzyb z rodzaju Fusarium, charakteryzujący się wysoką zawartością białka.
W celu komercyjnej produkcji mykoproteiny zarodniki grzybów hoduje się i poddaje fermentacji w pożywce zawierającej glukozę i inne składniki odżywcze. Kolejne etapy przetwarzania obejmują obróbkę parą, chłodzenie i zamrażanie biomasy grzybowej o obniżonej zawartości RNA. Ostatecznie uzyskuje się masę o wysokiej zawartości białka i błonnika, którą można przetwarzać na różne produkty spożywcze, takie jak zamienniki mięsa lub dodatki do żywności. Mykoproteina jest wykorzystywana głównie do produkcji tak zwanego „sztucznego mięsa”, czyli zamienników lub analogów mięsa.
Jak produkuje się mykoproteinę?
Mykoproteina jest produkowana poprzez fermentację określonego grzyba, zazwyczaj Fusarium venenatum, w dużych bioreaktorach, w których grzyb rośnie i namnaża się. Następnie zbiera się biomasę grzybową, a mykoproteinę ekstrahuje się za pomocą metod takich jak sonikacja sondowa, aby rozbić ściany komórkowe i uwolnić białko, które jest następnie przetwarzane na różne produkty spożywcze.
Jakie są zalety mykoproteiny?
Mykoproteina oferuje kilka korzyści, między innymi stanowi źródło żywności o wysokiej zawartości białka oraz niskiej zawartości tłuszczu i cholesterolu, co czyni ją zdrową alternatywą dla mięsa. Jest bogata w błonnik pokarmowy, pomaga w kontrolowaniu masy ciała i wspiera wzrost mięśni. Ponadto produkcja mykoproteiny ma mniejszy wpływ na środowisko niż tradycyjna produkcja mięsa, wymaga mniej gruntów i wody oraz wiąże się z niższą emisją gazów cieplarnianych. Mykoproteina stanowi również wszechstronny składnik do tworzenia różnych zamienników mięsa, odpowiadając na rosnące zapotrzebowanie na diety roślinne.
Literatura / źródła
- Prakash P.; Namasivayam S.K.R. (2014): Evaluation of Protein Release Rate from Mycoprotein – Fusarium Venenatum by Cell Disruption Method. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Vol 6, Issue 7, 2014. 491-493.
- Wan M. F. B. W. Nawawi, Mitchell Jones, Richard J. Murphy, Koon-Yang Lee, Eero Kontturi, Alexander Bismarck (2020): Nanomaterials Derived from Fungal Sources – Is It the New Hype? Biomacromolecules 21, 2020. 30-55.
- J. Lonchamp, M. Akintoye, P. S. Clegg, S. R. Euston (2020): Sonicated extracts from the Quorn fermentation co-product as oil-lowering emulsifiers and foaming agents. European Food Research and Technology (2020) 246:767–780.
- Tim JA Finnigan, Benjamin T Wall, Peter J Wilde, Francis B Stephens, Steve L Taylor, Marjorie R Freedman (2019): Mycoprotein: The Future of Nutritious Nonmeat Protein, a Symposium Review. Current Developments in Nutrition, June 2019.