Ultrazvočna ekstrakcija za proizvodnjo leghemoglobina

Čistejši, hitrejši in bolj razširljiv način za odklepanje “meso” molekule za rastlinsko hrano: Leghemoglobin – beljakovina, ki vsebuje heme in je odgovorna za aromo, barvo in okus mesa. – je postala ena najdragocenejših biomolekul v živilski industriji rastlinskega izvora. Ekstrakcija leghemoglobina, ki se tradicionalno proizvaja s fermentacijo ali zapleteno nadaljnjo obdelavo, je še vedno draga in jo je težko razširiti. Ultrazvočna obdelava to enačbo popolnoma spremeni.
Ultrazvočna obdelava omogoča učinkovito sproščanje, disperzijo in stabilizacijo proteinov sojinega hemoglobina, kar ponuja jasno pot do ekstrakcije leghemoglobina v industrijskem obsegu.

Zakaj je leghemoglobin pomemben

Leghemoglobin je naravno prisoten v koreninskih gomoljih soje in ima ključno biološko vlogo pri uravnavanju kisika. Pri uporabi v živilih njegova hemska skupina med kuhanjem katalizira reakcije, ki ustvarjajo okus, kar močno posnema živalsko meso. Raziskovalci so potrdili, da sojin leghemoglobin ohranja vezavo hema, peroksidazno aktivnost in prebavljivost, zaradi česar je primerna in varna živilska sestavina.
Izziv nikoli ni bil funkcionalnost – učinkovito ekstrakcijo in skalabilno obdelavo.
Ultrazvočna ekstrakcija poveča izkoristek leghemoglobina, ohrani hemsko funkcionalnost leghemoglobina in jo je mogoče linearno povečati od laboratorijske do industrijske proizvodnje, zaradi česar je zelo učinkovita in zanesljiva metoda za proizvodnjo leghemoglobina za uporabo v rastlinskih živilih.

Ekstrakcija legmoglobina iz soje ali bioreaktorjev E. coli

Leghemoglobin je mogoče pridobiti na dva različna načina, vendar se industrijska proizvodnja danes opira na mikrobno sintezo in ne na neposredno ekstrakcijo iz soje. Čeprav se leghemoglobin naravno pojavlja v visokih koncentracijah v koreninskih vozlih soje, je neposredna ekstrakcija iz rastlin zaradi nizkih izkoristkov, kmetijske spremenljivosti in zapletenega nadaljnjega čiščenja v velikem obsegu nepraktična. Zato se leghemoglobin večinoma proizvaja z biosintezo v umetnih mikroorganizmih, najpogosteje Escherichia coli ali kvasovkah, v katere se vnese gen za sojin leghemoglobin in izrazi v nadzorovanih pogojih bioreaktorja. Nedavne študije kažejo, da lahko sistemi na osnovi E. coli, vključno s celičnimi in brezceličnimi bioreaktorji, proizvajajo funkcionalni sojin leghemoglobin s pravilnim aminokislinskim zaporedjem, vezavo hema in encimsko aktivnostjo, zaradi česar je mikrobna sinteza prednostna industrijska pot.
Ultrazvočni ekstraktorji so primerni za ekstrakcijo leghemoglobina iz obeh virov – koreninskih gomoljev soje in bioreaktorjev E.coli.

Kako ultrazvok izboljša ekstrakcijo leghemoglobina

Ultrazvočna obdelava deluje z ustvarjanjem akustične kavitacije visoke intenzivnosti v tekočem mediju. Ko mikroskopski mehurčki razpadejo, povzročijo lokalizirane strižne sile, ki:

• moti strukture rastlinskih in mikrobnih celic.
• sproščanje znotrajceličnih beljakovin, kot je leghemoglobin
• Zmanjšajte beljakovinske agregate in izboljšajte disperzijo
• Pospešite prenos mase brez ostrih kemikalij

V nadzorovanih laboratorijskih sistemih je bilo že dokazano, da sonikacija razbije agregate hemoglobina in zmanjša velikost delcev za več velikosti, pri tem pa ohrani funkcionalnost beljakovin.

To je še posebej pomembno za leghemoglobin, pri katerem lahko agregacija in neenakomerna disperzija omejita donos in učinkovitost nadaljnje predelave.

Od laboratorija do tovarne: Linearna razširljivost z industrijskimi sonikatorji

Ena od največjih prednosti ultrazvoka je linearna razširljivost. Za razliko od mehanske homogenizacije ali mletja kroglic se vnos ultrazvočne energije meri neposredno s prostornino obdelave. To pomeni, da je mogoče parametre, optimizirane na preskusni mizi, kot so amplituda, gostota energije in čas zadrževanja, zanesljivo prenesti na pilotni in proizvodni obseg.

Industrijski ultrazvočni sistemi Hielscher Ultrasonics so posebej zasnovani za ta namen. Njihovi visokozmogljivi sonikatorji z neprekinjenim tokom omogočajo:

• Inline ekstrakcija iz sojine kaše
• Reproduktibilno sproščanje beljakovin na kilogramski in tonski lestvici
• Natančen nadzor dovedene energije (W/L)
• Industrijsko delovanje 24 ur na dan, 7 dni v tednu z materiali, primernimi za živila

Ti sistemi proizvajalcem omogočajo nemoten prehod z R&D v komercialno proizvodnjo brez ponovnega inženiringa procesa.

Čistejša predelava, boljša kakovost beljakovin

Druga velika prednost ultrazvočne ekstrakcije je čistost postopka. Študije kažejo, da lahko ultrazvok zmanjša uporabo agresivnih topil ali pretirane toplotne obdelave, ki lahko poškoduje hemsko skupino ali denaturira beljakovine.

Če je temperatura ustrezno nadzorovana, sonikacija ohranja:

• Celovitost hema
• Lastnosti vezave kisika
• Prebavljivost v simuliranih želodčnih pogojih

To je v skladu s povpraševanjem industrije po trajnostnih predelovalnih tehnologijah s čistimi oznakami.

Kaj to pomeni za živila rastlinskega izvora

Ker povpraševanje po mesu rastlinskega izvora še naprej narašča, proizvajalci iščejo načine, kako zmanjšati stroške in hkrati izboljšati skladnost izdelkov. Ultrazvočna ekstrakcija ponuja prepričljivo rešitev:

• Večji donosi iz sojinih surovin
• Krajši čas obdelave
• Predvidljivo povečanje obsega
• Manjša operativna zapletenost

V kombinaciji z industrijskimi ultrazvočnimi reaktorji podjetja Hielscher Ultrasonics tehnologija zagotavlja neposredno pot do komercialno uspešne proizvodnje leghemoglobina.

Znanstveni dokazi potrjujejo, kar so procesni inženirji že dolgo sumili: ultrazvok ni le laboratorijsko orodje – je industrijski delovni konj. Pri ekstrakciji leghemoglobina iz soje ultrazvočna obdelava zagotavlja učinkovitost, razširljivost in kakovost izdelkov na eni platformi.

Ker se sektor živil rastlinskega izvora še naprej širi, lahko ultrazvočna ekstrakcija postane temeljna tehnologija, ki bo končno omogočila hitrejšo, čistejšo in ekonomsko vzdržno proizvodnjo leghemoglobina.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.