Ultradźwiękowa ekstrakcja mikoprotein

Mikoproteiny są białkami pochodzenia grzybowego produkowanymi do spożycia przez ludzi, które są wykorzystywane głównie do przygotowania substytutów mięsa lub "fałszywego mięsa". Ekstrakcja ultradźwiękowa i homogenizacja to bardzo skuteczna metoda uwalniania białek z grzybów, pozwalająca uzyskać bardzo wysoką wydajność białka w krótkim czasie przetwarzania.

Mykoproteina

Mykoproteina jest jednokomórkowym białkiem obecnym w grzybach. Oferując dużą ilość białka i błonnika, mykoproteina jest uważana za zdrowe i trwałe źródło cennych odżywczo aminokwasów. Mykoproteina zawiera zazwyczaj około 45% białka i 25% błonnika w suchej masie. Mykoproteina jest bogata w aminokwasy egzogenne i przy składzie ok. 41% białka ogólnego oferuje podobną zawartość białka jak spirulina. Dzięki temu mykoproteina jest ciekawym źródłem białka dla wegetarian i wegan. Mykoproteina jest bogata w błonnik. W jej błonniku znajduje się ok. jednej trzeciej chityny (N-acetyloglukozaminy) i dwie trzecie β-glukanów (1,3-glukanu i 1,6-glukanu). Dzięki wysokiej zawartości białka i błonnika, mykoproteina jest zdrowym i zrównoważonym źródłem pożywienia.
(por. Finnigan et al. 2019)

Ekstrakcja mikoprotein ultradźwiękowych

W celu wyprodukowania mikoprotein, w bioreaktorach uprawia się i hoduje jadalne gatunki grzybów. Oznacza to, że białko jest uwięzione w gatunkach grzybów, np. Fusarium venenatum. Fusarium venenatum. Aby uwolnić mykoproteinę, konieczna jest silna technika rozbijania i ekstrakcji komórek, która powoduje lizusowanie grzybów. Podczas lizy ściany komórkowe mikroorganizmu ulegają rozerwaniu i rozbiciu, co powoduje uwolnienie materiału wewnątrzkomórkowego, takiego jak białka, lipidy i inne składniki odżywcze. Ultrasonizacja jest ugruntowaną techniką stosowaną w produkcji żywności i biotechnologii do rozbijania komórek i tkanek oraz do ekstrakcji cennych związków. Ponadto równomierna homogenizacja uzyskana w wyniku ultrasonizacji ułatwia przekształcanie mikobiałka w innowacyjne produkty spożywcze o różnych konsystencjach, smakach i zastosowaniach, w tym analogi mięsa, bogate w białko przekąski, bezmleczne substytuty mleka i desery.

Kinetyka uwalniania białka z Fusarium Venenatum przez sonicję z mieleniem
źródło: Prakash i in. 2014

Studium przypadku – Uwalnianie ultradźwiękowych mikoprotein

Prakash i wsp. (2014) badali wpływ ultrasonizacji na uwalnianie mikoprotein z Fusarium Venenatum. Osiągnęli maksymalną szybkość uwalniania białka K na poziomie 0,680 min z 580μg wyekstrahowanej mikoproteiny.

Wpływ sonikacji metodą szlifowania na uwalnianie białka Fusarium venenatum
źródło: Prakash i in. 2014

Ekstrakcja ultradźwiękowa – Zasada pracy 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 kompresują i rozprężają ciecz tworząc w medium drobne pęcherzyki próżniowe. Te pęcherzyki próżniowe rozrastają się przez kilka cykli wysoko- i niskociśnieniowych aż do momentu, w którym pęcherzyki gazowe nie są w stanie wchłonąć dalszej energii. W momencie maksymalnego wzrostu, pęcherzyk imploduje gwałtownie podczas cyklu wysokociśnieniowego. Podczas implozji pęcherzyka występują lokalnie ekstremalne warunki, takie jak bardzo wysoka temperatura, ciśnienia i odpowiadające im różnice ciśnień i temperatur, a także dysze cieczy o prędkości do 280 m/s. Te intensywne siły przebijają i rozbijają ściany komór oraz sprzyjają przenoszeniu masy pomiędzy wnętrzem komórki a otaczającą cieczą. Materiał wewnątrzkomórkowy, taki jak białka, lipidy i inne bioaktywne związki, jest przenoszony do cieczy, z której można go łatwo oddzielić w dalszych procesach.

Korzyści płynące z zastosowania ekstrakcji ultradźwiękowej

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 płynem. Ekstrakcja ultradźwiękowa skutkuje większą wydajnością, skróceniem czasu przetwarzania, lepszą jakością ekstraktu oraz obniżeniem kosztów przetwarzania i mniejszym zużyciem energii.

Homogenizatory ultradźwiękowe do przetwarzania mikoprotein

Ultradźwiękowe dezruptory i ekstraktory komórkowe są dobrze znanymi narzędziami w zakładach przetwórstwa spożywczego. Zapewniając kawitacyjne siły o dużym natężeniu, ultradźwięki służą do izolowania związków bioaktywnych z materiału roślinnego i homogenizacji dwóch lub więcej faz w jednorodną mieszaninę.
Firma Hielscher Ultrasonics oferuje szeroką gamę wysokowydajnych ultrasonografów o rozmiarach od laboratoryjnych do przemysłowych.
Hielscher Ultrasonics’ przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo duże amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być z łatwością wykorzystywane w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud, dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.

Standaryzacja procesu za pomocą Hielscher Ultrasonics

Ekstrakty, które są stosowane w żywności lub produktach farmaceutycznych, powinny być produkowane zgodnie z dobrą praktyką wytwarzania (GMP) i zgodnie ze znormalizowanymi specyfikacjami przetwarzania. Cyfrowe systemy ekstrakcji firmy Hielscher Ultrasonics są wyposażone w inteligentne oprogramowanie, które ułatwia precyzyjne ustawienie i sterowanie procesem sondyzacji. Automatyczna rejestracja danych zapisuje wszystkie parametry procesu ultradźwiękowego, takie jak energia ultradźwiękowa (energia całkowita i netto), amplituda, temperatura, ciśnienie (po zamontowaniu czujników temperatury i ciśnienia) z datą i godziną na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na korektę każdej partii przetwarzanej ultradźwiękowo. Jednocześnie zapewniona jest powtarzalność i stała wysoka jakość produktu.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: