Ultrazvuková extrakcia pri výrobe leghemoglobínu

Čistejší, rýchlejší a ľahšie škálovateľný spôsob získavania molekuly, ktorá dodáva rastlinným potravinám „mäsový“ charakter: leghemoglobín – bielkovina obsahujúca hém, ktorá zodpovedá za arómu, farbu a chuť mäsa – sa stal jednou z najcennejších biomolekúl v odvetví rastlinných potravín. Leghemoglobín sa tradične vyrába fermentáciou alebo zložitým následným spracovaním, pričom jeho extrakcia zostávala nákladná a ťažko škálovateľná. Spracovanie založené na ultrazvuku túto situáciu úplne mení.
Ultrazvukové spracovanie umožňuje účinné uvoľňovanie, dispergovanie a stabilizáciu sójových hemoglobínových bielkovín a ponúka jasnú cestu k extrakcii leghemoglobínu v priemyselnom meradle.

Prečo je leghemoglobín dôležitý

Leghemoglobín sa prirodzene hojne vyskytuje v koreňových hľúzkach sóje a zohráva zásadnú biologickú úlohu pri regulácii kyslíka. Pri potravinárskom využití jeho hémová skupina počas tepelnej prípravy katalyzuje reakcie vytvárajúce chuť, čím verne napodobňuje živočíšne mäso. Výskumníci potvrdili, že sójový leghemoglobín si zachováva väzbu hému, peroxidázovú aktivitu a stráviteľnosť, vďaka čomu je použiteľnou a bezpečnou potravinovou zložkou.
Problémom nikdy nebola funkčnosť – problémom bola účinná extrakcia a škálovateľné spracovanie.
Ultrazvuková extrakcia zvyšuje výťažok leghemoglobínu, zachováva funkčnosť jeho hému a možno ju lineárne škálovať od laboratórnej až po priemyselnú výrobu, vďaka čomu predstavuje vysoko účinnú a robustnú metódu výroby leghemoglobínu na použitie v rastlinných potravinách.

Extrakcia leghemoglobínu zo sóje alebo z bioreaktorov s E. coli

Leghemoglobín možno získavať dvoma zásadne odlišnými spôsobmi, no dnešná priemyselná výroba sa opiera skôr o mikrobiálnu syntézu než o priamu extrakciu zo sóje. Hoci sa leghemoglobín prirodzene vyskytuje vo vysokých koncentráciách v koreňových hľúzkach sóje, priama extrakcia z rastlín je vo veľkom meradle nepraktická pre nízke dosiahnuteľné výťažky, variabilitu poľnohospodárskej produkcie a zložité následné čistenie. Leghemoglobín sa preto vyrába prevažne biosyntézou v geneticky upravených mikroorganizmoch, najčastejšie v Escherichia coli alebo kvasinkách, do ktorých sa vnáša gén pre sójový leghemoglobín a exprimuje sa v kontrolovaných podmienkach bioreaktora. Nedávne štúdie ukazujú, že systémy založené na E. coli vrátane bunkových aj bezbunkových bioreaktorov dokážu produkovať funkčný sójový leghemoglobín so správnou aminokyselinovou sekvenciou, väzbou hému a enzymatickou aktivitou, vďaka čomu je mikrobiálna syntéza preferovaným priemyselným postupom.
Ultrazvukové extraktory sú vhodné na extrakciu leghemoglobínu z oboch zdrojov – z koreňových hľúzok sóje aj z bioreaktorov s E.coli.

Ako ultrazvuk zlepšuje extrakciu leghemoglobínu

Ultrazvukové spracovanie funguje na princípe vytvárania akustickej kavitácie s vysokou intenzitou v kvapalných médiách. Keď mikroskopické bubliny skolabujú, vytvárajú lokálne šmykové sily, ktoré:

• Narúšajú bunkové štruktúry rastlín a mikroorganizmov
• Uvoľňujú vnútrobunkové bielkoviny, ako je leghemoglobín
• Zmenšujú bielkovinové agregáty a zlepšujú dispergovanie
• Urýchľujú prenos hmoty bez agresívnych chemikálií

V kontrolovaných laboratórnych systémoch sa už preukázalo, že sonikácia rozrušuje hemoglobínové agregáty a zmenšuje veľkosť častíc o niekoľko rádov, pričom zachováva funkčnosť bielkovín.

To je obzvlášť dôležité pri leghemoglobíne, pri ktorom môžu agregácia a nerovnomerné dispergovanie obmedzovať výťažok aj účinnosť následného spracovania.

Z laboratória do výrobného závodu: lineárna škálovateľnosť s priemyselnými sonikátormi

Jednou z najväčších výhod ultrazvuku je lineárna škálovateľnosť. Na rozdiel od mechanickej homogenizácie alebo mletia v guľôčkovom mlyne sa prívod ultrazvukovej energie škáluje priamo s objemom spracovania. To znamená, že parametre optimalizované na laboratórnom stole – napríklad amplitúdu, hustotu energie a čas zdržania – možno spoľahlivo preniesť do poloprevádzkového a výrobného meradla.

Priemyselné ultrazvukové systémy od Hielscher Ultrasonics sú navrhnuté špeciálne na tento účel. Ich vysokovýkonné sonikátory s kontinuálnym prietokom umožňujú:

• Extrakciu v prietokovom režime zo sójových suspenzií
• Reprodukovateľné uvoľňovanie bielkovín v kilogramovom a tonovom meradle
• Presnú reguláciu prívodu energie (W/L)
• Priemyselnú prevádzku 24/7 s materiálmi vhodnými na styk s potravinami

Tieto systémy umožňujú výrobcom plynulo prejsť od výskumu a vývoja ku komerčnej výrobe bez potreby prepracovania procesu.

Čistejšie spracovanie, lepšia kvalita bielkovín

Ďalšou významnou výhodou ultrazvukovej extrakcie je čistota procesu. Štúdie naznačujú, že ultrazvuk môže znížiť závislosť od agresívnych rozpúšťadiel alebo nadmerného tepelného spracovania, pri ktorých hrozí poškodenie hémovej skupiny alebo denaturácia bielkovín.

Pri správnej regulácii teploty sonikácia zachováva:

• Integritu hému
• Schopnosť viazať kyslík
• Stráviteľnosť v simulovaných žalúdočných podmienkach

To dobre zodpovedá dopytu odvetvia po udržateľných technológiách spracovania, ktoré podporujú čisté zloženie výrobkov.

Čo to znamená pre rastlinné potraviny

Keďže dopyt po rastlinnom mäse naďalej rastie, výrobcovia hľadajú spôsoby, ako znížiť náklady a zároveň zlepšiť konzistentnosť výrobkov. Ultrazvuková extrakcia ponúka presvedčivé riešenie:

• Vyššie výťažky zo sójových surovín
• Kratšie časy spracovania
• Predvídateľné zväčšovanie výrobného meradla
• Nižšiu prevádzkovú zložitosť

V kombinácii s ultrazvukovými reaktormi od Hielscher Ultrasonics určenými na priemyselné použitie poskytuje táto technológia priamu cestu ku komerčne životaschopnej výrobe leghemoglobínu.

Vedecké dôkazy dnes podporujú to, čo procesní inžinieri už dlho predpokladali: ultrazvuk nie je len laboratórnym nástrojom – je spoľahlivým ťahúňom priemyselnej výroby. Pri extrakcii leghemoglobínu zo sóje poskytuje ultrazvukové spracovanie účinnosť, škálovateľnosť a kvalitu výrobku v jednej platforme.

Keďže odvetvie rastlinných potravín naďalej zväčšuje objem výroby, ultrazvuková extrakcia sa môže stať základnou technológiou, ktorá konečne umožní rýchlejšiu, čistejšiu a ekonomicky udržateľnú výrobu leghemoglobínu.

Nasledujúca tabuľka uvádza orientačnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových zariadení:

Návrh, výroba a poradenstvo – kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové zariadenia Hielscher sú známe najvyššími štandardmi kvality a konštrukčného riešenia. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémové začlenenie našich ultrazvukových zariadení do priemyselných prevádzok. Ultrazvukové zariadenia Hielscher ľahko zvládajú drsné podmienky a náročné prostredia.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia s najmodernejšou technológiou a jednoduchou obsluhou. Ultrazvukové zariadenia Hielscher samozrejme spĺňajú požiadavky CE, ako aj požiadavky UL, CSA a RoHs.