Ультразвуковая экстракция для получения леггемоглобина

Более чистый, быстрый и масштабируемый способ разблокировать “мясной” Молекула, лежащая в основе растительной пищи: Леггемоглобин – гемосодержащий белок, отвечающий за аромат, цвет и вкус мяса – стал одной из самых ценных биомолекул в пищевой промышленности на основе растений. Традиционно получаемый с помощью ферментации или сложной последующей обработки, экстракция леггемоглобина остается дорогостоящей и трудно масштабируемой. Ультразвуковая обработка полностью меняет это уравнение.
Ультразвуковая обработка позволяет эффективно высвобождать, диспергировать и стабилизировать белки соевого гемоглобина, открывая путь к извлечению гемоглобина из ног в промышленных масштабах.

Почему легемоглобин имеет значение

Леггемоглобин содержится в корневых узелках сои и играет важную биологическую роль в регуляции кислорода. В пищевых продуктах его гемовая группа катализирует вкусообразующие реакции во время приготовления пищи, в точности имитируя мясо животных. Исследователи подтвердили, что соевый леггемоглобин сохраняет связь с гемом, активность пероксидазы и усвояемость, что делает его жизнеспособным и безопасным пищевым ингредиентом.
Задача никогда не заключалась в функциональности – это эффективная добыча и масштабируемая обработка.
Ультразвуковая экстракция повышает выход леггемоглобина, сохраняет функциональность гема в леггемоглобине и может линейно масштабироваться от лабораторного до промышленного производства, что делает ее высокоэффективным и надежным методом получения леггемоглобина для пищевых продуктов растительного происхождения.

Выделение легмоглобина из сои или биореакторов с кишечной палочкой

Леггемоглобин можно получить двумя принципиально разными способами, но сегодня промышленное производство основывается на микробном синтезе, а не на прямом извлечении из сои. Хотя леггемоглобин в естественных условиях содержится в высоких концентрациях в корневых узелках сои, его прямое извлечение из растений нецелесообразно в масштабах страны из-за низкого извлекаемого урожая, изменчивости сельскохозяйственных условий и сложной последующей очистки. В результате леггемоглобин преимущественно производится путем биосинтеза в инженерных микроорганизмах, чаще всего в кишечной палочке или дрожжах, куда вводится ген леггемоглобина сои и экспрессируется в контролируемых условиях биореактора. Недавние исследования показали, что системы на основе кишечной палочки, включая клеточные и бесклеточные биореакторы, могут производить функциональный соевый леггемоглобин с правильной аминокислотной последовательностью, связыванием гема и ферментативной активностью, что делает микробный синтез предпочтительным промышленным путем.
Ультразвуковые экстракторы подходят для извлечения леггемоглобина из обоих источников – Корневые клубеньки сои и биореакторы с E.coli.

Как ультразвук улучшает извлечение леггемоглобина

Ультразвуковая обработка работает за счет генерации акустической кавитации высокой интенсивности в жидких средах. Когда микроскопические пузырьки схлопываются, они создают локальные сдвиговые силы, которые:

• Нарушение структуры клеток растений и микроорганизмов
• Высвобождение внутриклеточных белков, таких как леггемоглобин
• Уменьшает агрегацию белков и улучшает их дисперсию
• Ускорение массопереноса без использования агрессивных химикатов

В контролируемых лабораторных системах уже было показано, что соникация разрушает агрегаты гемоглобина и уменьшает размер частиц на порядки, сохраняя при этом функциональность белка.

Это особенно важно для леггемоглобина, где агрегация и неравномерная дисперсия могут ограничить выход и эффективность последующей обработки.

От лаборатории к заводу: Линейная масштабируемость с помощью промышленных звуковых насосов

Одно из главных преимуществ ультразвука - линейная масштабируемость. В отличие от механической гомогенизации или измельчения бисера, потребляемая ультразвуком энергия напрямую зависит от объема обработки. Это означает, что параметры, оптимизированные на стенде, такие как амплитуда, плотность энергии и время пребывания, могут быть надежно перенесены в пилотные и производственные масштабы.

Промышленные ультразвуковые системы Hielscher Ultrasonics разработаны специально для этой цели. Их мощные ультразвуковые аппараты непрерывного действия позволяют:

• Поточная экстракция из суспензий соевых бобов
• Воспроизводимое выделение белка в килограммах и тоннах
• Точное управление потребляемой энергией (Вт/л)
• Круглосуточная промышленная эксплуатация с использованием материалов пищевого класса

Эти системы позволяют производителям плавно переходить от R&D до коммерческого производства без реорганизации процесса.

Более чистая обработка, лучшее качество белка

Еще одним важным преимуществом ультразвуковой экстракции является чистота процесса. Исследования показывают, что ультразвук позволяет сократить использование агрессивных растворителей или чрезмерной термической обработки, которые могут повредить гемовую группу или денатурировать белки.

При правильном температурном контроле соникация сохраняет:

• Целостность гема
• Кислородно-связывающие свойства
• Перевариваемость в условиях моделирования желудочно-кишечного тракта

Это хорошо согласуется с потребностями промышленности в экологически чистых технологиях переработки.

Что это значит для продуктов питания растительного происхождения

Поскольку спрос на мясо растительного происхождения продолжает расти, производители ищут способы снизить затраты и при этом улучшить консистенцию продукта. Ультразвуковая экстракция предлагает убедительное решение:

• Повышение урожайности соевого сырья
• Сокращение времени обработки
• Предсказуемое масштабирование
• Снижение сложности эксплуатации

В сочетании с ультразвуковыми реакторами промышленного класса от Hielscher Ultrasonics эта технология обеспечивает прямой путь к коммерчески выгодному производству леггемоглобина.

Научные данные подтверждают то, о чем давно догадывались инженеры-технологи: ультразвук - это не просто лабораторный инструмент – это промышленная рабочая лошадка. Для извлечения леггемоглобина из соевых бобов ультразвуковая обработка обеспечивает эффективность, масштабируемость и качество продукта на одной платформе.

По мере развития сектора растительных продуктов питания ультразвуковая экстракция может стать основополагающей технологией, которая наконец-то сделает производство леггемоглобина более быстрым, чистым и экономически выгодным.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.