Extracția cu ultrasunete a micoproteinei

Răspunzând cerințelor pentru alternative alimentare sustenabile și nutritive, micoproteina s-a impus ca un ingredient revoluționar, derivat din ciuperci și utilizat în principal la obținerea înlocuitorilor de carne, denumiți adesea „carne falsă”. Această sursă de proteine oferă o soluție promițătoare pentru cererea tot mai mare de diete pe bază de plante, asigurând o textură bogată, asemănătoare cărnii, și o valoare nutritivă ridicată. Pentru a valorifica potențialul micoproteinei, se utilizează o tehnică avansată de extracție cunoscută sub numele de sonicare cu sondă. Această metodă folosește puterea undelor ultrasonice pentru a elibera eficient micoproteina din celulele fungice, asigurând randamente ridicate de proteine într-un timp de procesare remarcabil de scurt.

Extracția micoproteinei cu ultrasunete

Extracția micoproteinei începe cu cultivarea ciupercilor comestibile, precum Fusarium venenatum, în bioreactoare controlate. Micoproteina este încapsulată în aceste celule fungice, ceea ce impune o metodă de extracție robustă pentru eliberarea proteinei valoroase. Sonicarea cu sondă se remarcă drept o tehnică ideală datorită capacității sale de a induce o dezintegrare puternică a celulelor. În timpul acestui proces, ultrasunetele de putere generează forțe de cavitație intense care descompun pereții celulari ai ciupercilor, eliberând eficient conținutul intracelular, inclusiv proteine, lipide și alți nutrienți. Acest lucru nu numai că sporește eficiența extracției, ci asigură și păstrarea integrității și a proprietăților funcționale ale proteinei.

Aplicarea undelor ultrasonice în extracția micoproteinei oferă mai multe avantaje semnificative. În primul rând, se obține o omogenizare uniformă, esențială pentru dezvoltarea unei game largi de produse alimentare cu texturi și arome diverse. Fie că este vorba de analogi de carne, gustări bogate în proteine sau înlocuitori de lapte fără produse lactate, ultrasonicarea asigură o calitate constantă a micoproteinei, transformând-o într-un ingredient versatil în industria alimentară. În plus, timpul rapid de procesare asociat acestei tehnici se traduce printr-o productivitate mai mare și un consum redus de energie, în concordanță cu obiectivele de sustenabilitate ale producției alimentare moderne. Extracția micoproteinei cu ultrasunete nu numai că răspunde cererii tot mai mari a consumatorilor pentru proteine pe bază de plante, ci deschide și calea către soluții alimentare inovatoare și nutritive.

Cinetica eliberării proteinelor din Fusarium Venenatum prin sonicare cu măcinare
sursa: Prakash et al. 2014

Studiu de caz – Eliberarea micoproteinei cu ultrasunete

Prakash et al. (2014) au investigat efectele ultrasonicării asupra eliberării micoproteinei din Fusarium Venenatum. Aceștia au obținut o rată maximă de eliberare a proteinei de 580μg de micoproteină extrasă în decurs de 0,680 min.

Efectul metodei de sonicare cu măcinare asupra eliberării proteinelor din Fusarium venenatum
sursa: Prakash et al. 2014

Micoproteina

Micoproteina este o proteină unicelulară prezentă în ciuperci. Oferind o cantitate mare de proteine și fibre, micoproteina este considerată o sursă sănătoasă și sustenabilă de aminoacizi valoroși din punct de vedere nutrițional. Micoproteina conține de regulă aproximativ 45% proteine și 25% fibre raportat la greutatea uscată. Micoproteina este bogată în aminoacizi esențiali și, cu o compoziție de aprox. 41% proteine totale, oferă un conținut de proteine similar cu cel al spirulinei. Acest lucru face din micoproteină o sursă interesantă de proteine pentru vegetarieni și vegani. Micoproteina este bogată în fibre. Conținutul său de fibre cuprinde aprox. o treime chitină (N-acetilglucozamină) și două treimi β-glucani (1,3-glucan și 1,6-glucan). Oferind un conținut ridicat de proteine și fibre, micoproteina este o sursă alimentară sănătoasă și sustenabilă.
(cf. Finnigan et al. 2019)

Extracția cu ultrasunete – principiu de funcționare și beneficii

Extracția cu ultrasunete se bazează pe fenomenul cavitației acustice (ultrasonice). Atunci când unde ultrasonice puternice sunt cuplate într-un lichid sau într-o suspensie, ciclurile alternante de presiune înaltă și presiune joasă comprimă și dilată lichidul, creând bule de vid minuscule în mediu. Aceste bule de vid cresc pe parcursul mai multor cicluri de presiune înaltă/presiune joasă până când ajung într-un punct în care bula de gaz nu mai poate absorbi energie suplimentară. În punctul de creștere maximă, bula implodează violent în timpul unui ciclu de presiune înaltă. În timpul imploziei bulei apar local condiții extreme, precum temperaturi și presiuni foarte ridicate și diferențele de presiune și temperatură corespunzătoare, precum și jeturi de lichid cu viteze de până la 280m/sec. Aceste forțe intense perforează și rup pereții celulari și favorizează transferul de masă dintre interiorul celulei și lichidul înconjurător. Materialul intracelular, cum ar fi proteinele, lipidele și alți compuși bioactivi, este transferat în lichid, de unde poate fi separat cu ușurință pentru procesele ulterioare.

Beneficiile extracției micoproteinei cu ultrasunete

Extracția asistată de ultrasunete (UAE) este o tehnică extrem de eficientă pentru eliberarea și izolarea materialului intracelular, cum ar fi proteinele, lipidele și substanțele bioactive (de ex., vitaminele și polifenolii). Sonicarea este o intensificare a procesului, care crește transferul de masă dintre interiorul celulei și lichid. Extracția cu ultrasunete conduce la randamente mai mari, timp de procesare redus, o calitate superioară a extractului, precum și la costuri de procesare reduse și un consum de energie mai scăzut.

Omogenizatoare cu ultrasunete pentru procesarea micoproteinei

Dezintegratoarele celulare și extractoarele cu ultrasunete sunt instrumente bine consacrate în unitățile de procesare a alimentelor. Generând forțe de forfecare ridicată prin cavitație, ultrasonicatoarele sunt utilizate pentru a izola compuși bioactivi din materialul vegetal și pentru a omogeniza două sau mai multe faze într-un amestec uniform.
Hielscher Ultrasonics oferă un portofoliu larg de ultrasonicatoare de înaltă performanță, de la dimensiuni de laborator până la dimensiuni industriale.
Sonicatoarele industriale Hielscher pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute cu ușurință în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari sunt disponibile sonotrode ultrasonice personalizate. Robustețea echipamentelor ultrasonice Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intens și în medii solicitante.

Standardizarea proceselor cu Hielscher Ultrasonics

Extractele utilizate în alimente sau produse farmaceutice ar trebui produse în conformitate cu Bunele Practici de Fabricație (GMP) și conform unor specificații de procesare standardizate. Sonicatoarele digitale Hielscher Ultrasonics sunt dotate cu software inteligent, care facilitează setarea și controlul precis al procesului de sonicare. Înregistrarea automată a datelor salvează pe cardul SD încorporat toți parametrii procesului ultrasonic, precum energia ultrasonică (energia totală și netă), amplitudinea, temperatura și presiunea (atunci când sunt montați senzori de temperatură și presiune), cu marcaj de dată și oră. Acest lucru vă permite să verificați fiecare lot procesat cu ultrasunete. În același timp, sunt asigurate reproductibilitatea și o calitate constant ridicată a produsului.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre: