Ультразвуковая экстракция микопротеинов

Удовлетворяя потребности в устойчивых и питательных альтернативах пище, микопротеин стал революционным ингредиентом, полученным из грибов и в основном используемым при создании заменителей мяса, часто называемых “искусственное мясо.” Этот источник белка предлагает многообещающее решение для растущего спроса на растительные диеты, обеспечивая богатую, мясную текстуру и высокую питательную ценность. Чтобы раскрыть потенциал микопротеина, используется усовершенствованный метод экстракции, известный как ультразвуковая обработка зондового типа. Этот метод использует мощь ультразвуковых волн для эффективного высвобождения микопротеинов из клеток грибов, обеспечивая высокий выход белка при удивительно коротком времени обработки.

Ультразвуковая экстракция микопротеинов

Экстракция микопротеинов начинается с выращивания съедобных грибов, таких как Fusarium venenatum, в контролируемых биореакторах. В этих грибковых клетках инкапсулируется микопротеин, что требует надежного метода экстракции для высвобождения ценного белка. Ультразвуковая обработка зондового типа выделяется как идеальный метод благодаря своей способности вызывать мощное разрушение клеток. Во время этого процесса ультразвук создает 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 и функциональных свойств белка.

Применение ультразвуковых волн при экстракции микопротеинов имеет ряд существенных преимуществ. Во-первых, он обеспечивает равномерную гомогенизацию, что имеет решающее значение для разработки широкого ассортимента пищевых продуктов с разнообразной текстурой и вкусом. Будь то аналоги мяса, богатые белком закуски или заменители молока без молочных продуктов, ультразвук обеспечивает стабильное качество микопротеина, что делает его универсальным ингредиентом в пищевой промышленности. Кроме того, быстрое время обработки, связанное с этой технологией, приводит к повышению производительности и снижению энергопотребления, что соответствует целям устойчивого развития современного производства продуктов питания. Ультразвуковая экстракция микопротеинов не только удовлетворяет растущий потребительский спрос на растительный белок, но и прокладывает путь к инновационным и питательным пищевым решениям.

Кинетика выделения белка из Fusarium Venenatum методом ультразвуковой обработки с измельчениемисточник: Prakash et al. 2014

Практический пример – Ультразвуковое высвобождение микопротеинов

Prakash et al. (2014) исследовали влияние ультразвука на высвобождение микопротеинов из Fusarium Venenatum. Они достигли максимальной скорости высвобождения белка в 580 мкг экстрагированного микопротеина в течение 0,680 мин.

Влияние ультразвуковой обработки методом измельчения на высвобождение белка Fusarium venenatumисточник: Prakash et al. 2014

микопротеин

Микопротеин – это одноклеточный белок, присутствующий в грибах. Обладая большим количеством белка и клетчатки, микопротеин считается здоровым и устойчивым источником питательных аминокислот. Микопротеин обычно содержит около 45% белка и 25% клетчатки по сухому весу. Микопротеин богат незаменимыми аминокислотами и содержит около 41% белка, по содержанию белка он аналогичен спирулине. Это делает микопротеин интересным источником белка для вегетарианцев и веганов. Микопротеин богат клетчаткой. Содержание клетчатки в нем составляет примерно на одну треть хитин (N-ацетилглюкозамин) и на две трети β-глюканы (1,3-глюкан и 1,6-глюкан). Благодаря высокому содержанию белка и клетчатки микопротеин является здоровым и устойчивым источником пищи.
(ср. Finnigan et al. 2019)

ультразвуковая экстракция – Принцип работы и преимущества

Ультразвуковая экстракция основана на явлении акустической (ультразвуковой) кавитации. Когда мощные ультразвуковые волны соединяются с жидкостью или суспензией, чередующиеся циклы высокого и низкого давления сжимают и расширяют жидкость, создавая мельчайшие вакуумные пузырьки в среде. Эти вакуумные пузырьки растут в течение нескольких циклов высокого/низкого давления, пока не достигнут точки, когда газовый пузырь не сможет поглощать дальнейшую энергию. В точке максимального роста пузырь сильно схлопывается во время цикла высокого давления. Во время имплозии пузырьков возникают локальные экстремальные условия, такие как очень высокая температура, давление и соответствующие перепады давления и температуры, а также струи жидкости со скоростью до 280 м/с. Эти интенсивные силы перфорируют и разрушают клеточные стенки и способствуют массопереносу между внутренней частью клетки и окружающей жидкостью. Внутриклеточный материал, такой как белки, липиды и другие биологически активные соединения, переносится в жидкость, откуда его можно легко отделить для последующих процессов.

Преимущества ультразвуковой экстракции микопротеинов

Ультразвуковая экстракция (UAE) является высокоэффективным методом высвобождения и изоляции внутриклеточного материала, такого как белки, липиды и биологически активные вещества (например, витамины и полифенолы). Сонификация – это интенсификация процесса, который увеличивает массоперенос между внутренней частью клетки и жидкостью. Ультразвуковая экстракция приводит к повышению выхода, сокращению времени обработки, превосходному качеству экстракта, снижению затрат на обработку и снижению энергопотребления.

Ультразвуковые гомогенизаторы для переработки микопротеинов

Ультразвуковые клеточные разрушители и экстракторы хорошо зарекомендовали себя на предприятиях пищевой промышленности. Обеспечивая кавитационные усилия с большими сдвиговыми усилиями, ультразвуковые операторы используются для выделения биологически активных соединений из растительного материала и гомогенизации двух или более фаз в однородную смесь.
Hielscher Ultrasonics предлагает широкий ассортимент высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов от лабораторных до промышленных масштабов.
Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher могут обеспечивать очень высокую амплитуду. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.

Стандартизация процессов с помощью Hielscher Ultrasonics

Экстракты, которые используются в пищевой или фармацевтической промышленности, должны производиться в соответствии с надлежащей производственной практикой (GMP) и в соответствии со стандартизированными спецификациями обработки. Цифровые ультразвуковые ультразвуковые аппараты Hielscher поставляются с интеллектуальным программным обеспечением, которое упрощает настройку и точное управление процессом ультразвуковой обработки. Автоматическая запись данных записывает все ультразвуковые параметры процесса, такие как энергия ультразвука (общая и полезная энергия), амплитуда, температура, давление (при установке датчиков температуры и давления) с отметкой даты и времени на встроенную SD-карту. Это позволяет пересмотреть каждую партию, прошедшую ультразвуковую обработку. В то же время обеспечивается воспроизводимость и неизменно высокое качество продукции.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: