Ультразвуковая экстракция микопротеина

Отвечая потребностям в экологически устойчивых и питательных альтернативах традиционным продуктам питания, микопротеин стал революционным ингредиентом, получаемым из грибов и используемым главным образом для создания заменителей мяса, которые часто называют «искусственным мясом». Этот источник белка предлагает перспективное решение в ответ на растущий спрос на растительные рационы питания, обеспечивая насыщенную текстуру, напоминающую мясо, и высокую пищевую ценность. Для раскрытия потенциала микопротеина применяется передовая технология экстракции, известная как обработка ультразвуком с помощью зонда. Этот метод использует мощность ультразвуковых волн для эффективного высвобождения микопротеина из грибных клеток, обеспечивая высокий выход белка за исключительно короткое время обработки.

Ультразвуковая экстракция микопротеина

Экстракция микопротеина начинается с культивирования съедобных грибов, таких как Fusarium venenatum, в биореакторах с контролируемыми условиями. Микопротеин заключён внутри этих грибных клеток, поэтому для высвобождения ценного белка требуется эффективный метод экстракции. Обработка ультразвуком с помощью зонда выделяется как идеальная технология благодаря своей способности вызывать интенсивное разрушение клеток. В ходе этого процесса мощный ультразвук создаёт интенсивные кавитационные силы, которые разрушают клеточные стенки грибов, эффективно высвобождая внутриклеточное содержимое, включая белки, липиды и другие питательные вещества. Это не только повышает эффективность экстракции, но и обеспечивает сохранение целостности белка и его функциональных свойств.

Применение ультразвуковых волн при экстракции микопротеина даёт несколько существенных преимуществ. Во-первых, оно обеспечивает равномерную гомогенизацию, которая имеет решающее значение для разработки широкого ассортимента пищевых продуктов с разнообразными текстурами и вкусами. При производстве аналогов мяса, богатых белком закусок или безмолочных заменителей молока обработка ультразвуком обеспечивает стабильное качество микопротеина, делая его универсальным ингредиентом для пищевой промышленности. Кроме того, короткое время обработки при использовании этой технологии способствует повышению производительности и снижению энергопотребления, что соответствует целям экологической устойчивости современного пищевого производства. Ультразвуковая экстракция микопротеина не только удовлетворяет растущий потребительский спрос на растительный белок, но и открывает путь к инновационным и питательным пищевым продуктам.

Кинетика высвобождения белка из Fusarium Venenatum при обработке ультразвуком в сочетании с измельчением
источник: Prakash et al. 2014

Пример исследования – ультразвуковое высвобождение микопротеина

Prakash et al. (2014) исследовали влияние обработки ультразвуком на высвобождение микопротеина из Fusarium Venenatum. Они достигли максимальной скорости высвобождения белка, составившей 580μg экстрагированного микопротеина за 0,680 min.

Влияние метода обработки ультразвуком в сочетании с измельчением на высвобождение белка из Fusarium venenatum
источник: Prakash et al. 2014

Микопротеин

Микопротеин – это белок одноклеточных организмов, присутствующий в грибах. Благодаря высокому содержанию белка и клетчатки микопротеин считается полезным для здоровья и экологически устойчивым источником аминокислот, ценных с точки зрения питания. Микопротеин обычно содержит около 45% белка и 25% клетчатки в пересчёте на сухую массу. Микопротеин богат незаменимыми аминокислотами, а при общем содержании белка около 41% его содержание белка сопоставимо с содержанием белка в спирулине. Это делает микопротеин интересным источником белка для вегетарианцев и веганов. Микопротеин богат клетчаткой. Его клетчатка состоит приблизительно на одну треть из хитина (N-ацетилглюкозамина) и на две трети из β-глюканов (1,3-glucan и 1,6-glucan). Благодаря высокому содержанию белка и клетчатки микопротеин является полезным для здоровья и экологически устойчивым источником питания.
(ср. Finnigan et al. 2019)

Ультразвуковая экстракция – принцип действия и преимущества

Ультразвуковая экстракция основана на явлении акустической (ультразвуковой) кавитации. При передаче мощных ультразвуковых волн в жидкость или суспензию чередующиеся циклы высокого и низкого давления сжимают и расширяют жидкость, создавая в среде мельчайшие вакуумные пузырьки. Эти вакуумные пузырьки растут в течение нескольких циклов высокого и низкого давления, пока не достигают состояния, при котором газовый пузырёк больше не может поглощать энергию. В момент максимального роста пузырёк резко схлопывается во время цикла высокого давления. При схлопывании пузырька локально возникают экстремальные условия, такие как очень высокая температура, высокое давление и соответствующие перепады давления и температуры, а также струи жидкости со скоростью до 280m/sec. Эти интенсивные силы перфорируют и разрушают клеточные стенки и способствуют массопереносу между внутренним содержимым клетки и окружающей жидкостью. Внутриклеточные вещества, такие как белки, липиды и другие биоактивные соединения, переходят в жидкость, из которой их можно легко выделить для последующих технологических процессов.

Преимущества ультразвуковой экстракции микопротеина

Экстракция с помощью ультразвука (UAE) является высокоэффективной технологией высвобождения и выделения внутриклеточных веществ, таких как белки, липиды и биоактивные вещества (например, витамины и полифенолы). Обработка ультразвуком интенсифицирует процесс, усиливая массоперенос между внутренним содержимым клетки и жидкостью. Ультразвуковая экстракция обеспечивает более высокий выход, сокращение времени обработки, превосходное качество экстракта, снижение затрат на обработку и более низкое энергопотребление.

Ультразвуковые гомогенизаторы для обработки микопротеина

Ультразвуковые устройства для разрушения клеток и экстракторы широко применяются на предприятиях пищевой промышленности. Создавая за счёт кавитации высокие силы сдвига, ультразвуковые аппараты используются для выделения биоактивных соединений из растительного материала и гомогенизации двух или более фаз в однородную смесь.
Hielscher Ultrasonics предлагает широкий ассортимент высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов от лабораторного до промышленного масштаба.
Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher могут обеспечивать очень высокие амплитуды. Непрерывная работа с амплитудами до 200µm в режиме 24/7 легко осуществима. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.

Стандартизация процесса с Hielscher Ultrasonics

Экстракты, используемые в пищевых продуктах или фармацевтических препаратах, следует производить в соответствии с надлежащей производственной практикой (GMP) и стандартизированными технологическими требованиями. Цифровые ультразвуковые аппараты Hielscher Ultrasonics оснащены интеллектуальным программным обеспечением, которое позволяет легко настраивать процесс обработки ультразвуком и точно управлять им. Автоматическая регистрация данных записывает все параметры ультразвукового процесса, такие как ультразвуковая энергия (общая и чистая энергия), амплитуда, температура, давление (при установленных датчиках температуры и давления), с отметкой даты и времени на встроенную SD-карту. Это позволяет проверять данные каждой партии, обработанной ультразвуком. Одновременно обеспечиваются воспроизводимость и стабильно высокое качество продукции.

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов: