การสกัดไมโคโปรตีนด้วยอัลตราซาวนด์
ไมโคโปรตีนได้กลายเป็นส่วนผสมที่พลิกโฉมวงการ เพื่อตอบสนองความต้องการอาหารทางเลือกที่ยั่งยืนและมีคุณค่าทางโภชนาการ โดยได้มาจากเชื้อราและใช้เป็นหลักในการผลิตอาหารทดแทนเนื้อสัตว์ ซึ่งมักเรียกว่า “เนื้อเทียม” แหล่งโปรตีนนี้เป็นทางออกที่มีแนวโน้มดีสำหรับความต้องการอาหารจากพืชที่เพิ่มขึ้น โดยให้เนื้อสัมผัสเข้มข้นคล้ายเนื้อสัตว์และมีคุณค่าทางโภชนาการสูง เพื่อใช้ประโยชน์จากศักยภาพของไมโคโปรตีน จึงใช้เทคนิคการสกัดขั้นสูงที่เรียกว่าการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์แบบโพรบ วิธีนี้ใช้พลังของคลื่นอัลตราซาวนด์เพื่อปลดปล่อยไมโคโปรตีนออกจากเซลล์เชื้อราอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ได้ผลผลิตโปรตีนสูงภายในระยะเวลาดำเนินกระบวนการที่สั้นอย่างน่าทึ่ง
การสกัดไมโคโปรตีนด้วยอัลตราซาวนด์
การสกัดไมโคโปรตีนเริ่มต้นด้วยการเพาะเลี้ยงเชื้อราที่รับประทานได้ เช่น Fusarium venenatum ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่มีการควบคุมสภาวะ ไมโคโปรตีนถูกห่อหุ้มอยู่ภายในเซลล์เชื้อราเหล่านี้ จึงต้องใช้วิธีการสกัดที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อปลดปล่อยโปรตีนที่มีคุณค่าออกมา การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์แบบโพรบโดดเด่นในฐานะเทคนิคที่เหมาะอย่างยิ่ง เนื่องจากสามารถทำให้เซลล์แตกได้อย่างรุนแรง ในระหว่างกระบวนการนี้ อัลตราซาวนด์กำลังสูงจะสร้างแรงคาวิเทชันที่รุนแรง ซึ่งทำลายผนังเซลล์ของเชื้อราและปลดปล่อยสารภายในเซลล์ รวมถึงโปรตีน ลิพิด และสารอาหารอื่น ๆ ออกมาอย่างมีประสิทธิภาพ วิธีนี้ไม่เพียงเพิ่มประสิทธิภาพการสกัด แต่ยังช่วยรักษาความสมบูรณ์และสมบัติเชิงหน้าที่ของโปรตีนด้วย
การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ในการสกัดไมโคโปรตีนมีข้อดีที่สำคัญหลายประการ ประการแรก ทำให้เกิดการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหารหลากหลายประเภทที่มีเนื้อสัมผัสและรสชาติต่างกัน ไม่ว่าจะเป็นอาหารเลียนแบบเนื้อสัตว์ ขนมขบเคี้ยวที่มีโปรตีนสูง หรือผลิตภัณฑ์ทดแทนนมที่ปราศจากนมจากสัตว์ การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยให้ไมโคโปรตีนมีคุณภาพสม่ำเสมอ จึงเป็นส่วนผสมที่ใช้ประโยชน์ได้หลากหลายในอุตสาหกรรมอาหาร นอกจากนี้ ระยะเวลาดำเนินกระบวนการที่รวดเร็วของเทคนิคนี้ยังช่วยเพิ่มผลิตภาพและลดการใช้พลังงาน สอดคล้องกับเป้าหมายด้านความยั่งยืนของการผลิตอาหารสมัยใหม่ การสกัดไมโคโปรตีนด้วยอัลตราซาวนด์ไม่เพียงตอบสนองความต้องการโปรตีนจากพืชของผู้บริโภคที่เพิ่มขึ้น แต่ยังเปิดทางให้เกิดแนวทางด้านอาหารที่เป็นนวัตกรรมและมีคุณค่าทางโภชนาการด้วย
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์ UIP2000hdT (2kW) พร้อมเครื่องปฏิกรณ์แบบแบตช์ที่กวนอย่างต่อเนื่อง
จลนพลศาสตร์ของการปลดปล่อยโปรตีนจาก Fusarium Venenatum ด้วยการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ร่วมกับการบด
ที่มา: Prakash et al. 2014
กรณีศึกษา – การปลดปล่อยไมโคโปรตีนด้วยอัลตราซาวนด์
Prakash et al. (2014) ศึกษาผลของการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ต่อการปลดปล่อยไมโคโปรตีนจาก Fusarium Venenatum โดยได้อัตราการปลดปล่อยโปรตีนสูงสุดเป็นไมโคโปรตีนที่สกัดได้ 580μg ภายใน 0.680 min.
ผลของวิธีการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ร่วมกับการบดต่อการปลดปล่อยโปรตีนของ Fusarium venenatum
ที่มา: Prakash et al. 2014
- ผลผลิตสูง / สกัดได้อย่างสมบูรณ์
- คุณภาพสูง
- รวดเร็ว
- สภาวะอ่อนโยน ไม่ใช้ความร้อน
- ควบคุมได้อย่างแม่นยำ
- คุ้มค่าด้านต้นทุน
- ใช้งานง่ายและปลอดภัย
ไมโคโปรตีน
ไมโคโปรตีนเป็นโปรตีนเซลล์เดียวที่พบในเชื้อรา เนื่องจากมีโปรตีนและใยอาหารในปริมาณสูง ไมโคโปรตีนจึงถือเป็นแหล่งกรดอะมิโนที่มีคุณค่าทางโภชนาการ ซึ่งดีต่อสุขภาพและยั่งยืน โดยทั่วไป ไมโคโปรตีนมีโปรตีนประมาณ 45% และใยอาหาร 25% โดยน้ำหนักแห้ง ไมโคโปรตีนอุดมด้วยกรดอะมิโนจำเป็น และด้วยองค์ประกอบที่มีโปรตีนทั้งหมดประมาณ 41% จึงมีปริมาณโปรตีนใกล้เคียงกับสไปรูลินา ทำให้ไมโคโปรตีนเป็นแหล่งโปรตีนที่น่าสนใจสำหรับผู้รับประทานมังสวิรัติและวีแกน ไมโคโปรตีนอุดมด้วยใยอาหาร โดยใยอาหารประกอบด้วยไคติน (N-acetylglucosamine) ประมาณหนึ่งในสาม และเบตากลูแคน (1,3-glucan และ 1,6-glucan) ประมาณสองในสาม ด้วยปริมาณโปรตีนและใยอาหารที่สูง ไมโคโปรตีนจึงเป็นแหล่งอาหารที่ดีต่อสุขภาพและยั่งยืน
(เทียบกับ Finnigan et al. 2019)
การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ – หลักการทำงานและประโยชน์
การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์อาศัยปรากฏการณ์คาวิเทชันทางเสียง (อัลตราซาวนด์) เมื่อถ่ายเทพลังงานคลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูงเข้าสู่ของเหลวหรือสารแขวนลอยข้น วัฏจักรความดันสูงและความดันต่ำที่สลับกันจะบีบอัดและขยายของเหลว ทำให้เกิดฟองสุญญากาศขนาดเล็กมากในตัวกลาง ฟองสุญญากาศเหล่านี้เติบโตผ่านวัฏจักรความดันสูง/ความดันต่ำหลายรอบ จนถึงจุดที่ฟองก๊าซไม่สามารถดูดซับพลังงานเพิ่มเติมได้อีก เมื่อเติบโตถึงขนาดสูงสุด ฟองจะยุบตัวเข้าด้านในอย่างรุนแรงในช่วงวัฏจักรความดันสูง ระหว่างการยุบตัวของฟอง จะเกิดสภาวะสุดขั้วเฉพาะจุด เช่น อุณหภูมิและความดันที่สูงมาก ตลอดจนความแตกต่างของความดันและอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน รวมทั้งลำพุ่งของของเหลวที่มีความเร็วสูงถึง 280m/sec แรงที่รุนแรงเหล่านี้เจาะและทำลายผนังเซลล์ และส่งเสริมการถ่ายเทมวลระหว่างภายในเซลล์กับของเหลวที่อยู่โดยรอบ สารภายในเซลล์ เช่น โปรตีน ลิพิด และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่น ๆ จะถูกถ่ายเทเข้าสู่ของเหลว ซึ่งสามารถแยกสารเหล่านี้ออกได้ง่ายเพื่อใช้ในกระบวนการขั้นถัดไป
ประโยชน์ของการสกัดไมโคโปรตีนด้วยอัลตราซาวนด์
การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (UAE) เป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงในการปลดปล่อยและแยกสารภายในเซลล์ เช่น โปรตีน ลิพิด และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (เช่น วิตามินและพอลิฟีนอล) การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการ ซึ่งเพิ่มการถ่ายเทมวลระหว่างภายในเซลล์กับของเหลว การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ให้ผลผลิตสูงขึ้น ลดระยะเวลาดำเนินกระบวนการ ให้สารสกัดที่มีคุณภาพเหนือกว่า และลดต้นทุนการดำเนินกระบวนการและการใช้พลังงาน
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์สำหรับการแปรรูปไมโคโปรตีน
เครื่องทำลายเซลล์และเครื่องสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นเครื่องมือที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานประกอบการแปรรูปอาหาร เครื่องอัลตราซาวนด์สร้างแรงเฉือนสูงจากคาวิเทชัน จึงใช้ในการแยกสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากวัตถุดิบพืช และทำให้สารตั้งแต่สองเฟสขึ้นไปผสมเป็นเนื้อเดียวกันอย่างสม่ำเสมอ
Hielscher Ultrasonics มีเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงให้เลือกอย่างหลากหลาย ตั้งแต่ขนาดห้องปฏิบัติการจนถึงขนาดอุตสาหกรรม
เครื่องอัลตราซาวนด์สำหรับอุตสาหกรรมของ Hielscher สามารถให้แอมพลิจูดสูงมาก สามารถใช้งานที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างง่ายดายและต่อเนื่องตลอด 24/7 สำหรับแอมพลิจูดที่สูงกว่านี้ มีโซโนโทรดอัลตราซาวนด์ที่ผลิตตามความต้องการเฉพาะให้เลือก ความแข็งแกร่งทนทานของอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ของ Hielscher ช่วยให้ใช้งานตลอด 24/7 ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดเข้มงวดได้
การทำให้กระบวนการเป็นมาตรฐานด้วย Hielscher Ultrasonics
สารสกัดที่ใช้ในอาหารหรือผลิตภัณฑ์เภสัชกรรมควรผลิตตามหลักเกณฑ์วิธีการที่ดีในการผลิต (GMP) และภายใต้ข้อกำหนดกระบวนการที่เป็นมาตรฐาน เครื่องอัลตราซาวนด์ดิจิทัลของ Hielscher Ultrasonics มาพร้อมซอฟต์แวร์อัจฉริยะ ซึ่งช่วยให้ตั้งค่าและควบคุมกระบวนการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ได้อย่างแม่นยำและง่ายดาย ระบบบันทึกข้อมูลอัตโนมัติจะบันทึกพารามิเตอร์ทั้งหมดของกระบวนการอัลตราซาวนด์ เช่น พลังงานอัลตราซาวนด์ (พลังงานรวมและพลังงานสุทธิ) แอมพลิจูด อุณหภูมิ และความดัน (เมื่อติดตั้งเซนเซอร์อุณหภูมิและความดัน) พร้อมวันที่และเวลา ลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งในเครื่อง ทำให้คุณสามารถทบทวนการผลิตแต่ละล็อตที่ผ่านกระบวนการอัลตราซาวนด์ได้ ขณะเดียวกัน ยังช่วยให้มั่นใจว่าสามารถทำซ้ำได้และรักษาคุณภาพผลิตภัณฑ์ให้อยู่ในระดับสูงอย่างต่อเนื่อง
ตารางด้านล่างแสดงความสามารถในการดำเนินกระบวนการโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา:
| ปริมาตรต่อแบตช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL/min | UP100H |
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 ถึง 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | สูงกว่า | ชุดเครื่อง UIP16000 |
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์กำลังสูง ตั้งแต่ระดับ ห้องปฏิบัติการ ไปจนถึงระดับ นำร่อง และระดับ อุตสาหกรรม .
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
ไมโคโปรตีนคืออะไร?
ไมโคโปรตีนเป็นสิ่งที่เรียกว่าโปรตีนเซลล์เดียว ซึ่งหมายความว่าได้มาจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว สำหรับไมโคโปรตีน สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวนั้นคือเชื้อรา ดังนั้น ไมโคโปรตีนจึงเรียกอีกอย่างว่าโปรตีนจากเชื้อรา พยางค์ “myco” มาจากคำภาษากรีก “mykes” ซึ่งหมายถึงเชื้อรา
ในการผลิตไมโคโปรตีน เชื้อราที่ใช้กันทั่วไปคือ Fusarium venenatum เป็นเชื้อราขนาดจุลภาคในสกุล Fusarium และมีปริมาณโปรตีนสูง
เพื่อผลิตไมโคโปรตีนในเชิงพาณิชย์ จะเพาะเลี้ยงและหมักสปอร์เชื้อราในอาหารเลี้ยงเชื้อเหลวที่มีกลูโคสและสารอาหารอื่น ๆ ขั้นตอนการแปรรูปถัดไปประกอบด้วยการนึ่ง การทำให้เย็น และการแช่แข็งชีวมวลเชื้อราที่ลดปริมาณ RNA แล้ว ในที่สุดจะได้มวลที่มีโปรตีนและใยอาหารสูง ซึ่งสามารถแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์อาหารต่าง ๆ เช่น อาหารทดแทนเนื้อสัตว์หรือวัตถุเจือปนอาหาร ไมโคโปรตีนใช้เป็นหลักในการผลิตสิ่งที่เรียกว่า “เนื้อเทียม” ซึ่งเป็นอาหารทดแทนเนื้อสัตว์หรืออาหารเลียนแบบเนื้อสัตว์
ไมโคโปรตีนผลิตอย่างไร?
ไมโคโปรตีนผลิตโดยการหมักเชื้อราชนิดเฉพาะ ซึ่งโดยทั่วไปคือ Fusarium venenatum ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพขนาดใหญ่ที่เชื้อราเติบโตและเพิ่มจำนวน จากนั้นจึงเก็บเกี่ยวชีวมวลเชื้อรา และสกัดไมโคโปรตีนด้วยวิธีต่าง ๆ เช่น การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์แบบโพรบ เพื่อทำลายผนังเซลล์และปลดปล่อยโปรตีน ซึ่งจะนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์อาหารต่าง ๆ ในขั้นต่อไป
ไมโคโปรตีนมีข้อดีอะไรบ้าง?
ไมโคโปรตีนมีข้อดีหลายประการ รวมถึงการเป็นแหล่งอาหารที่มีโปรตีนสูง ไขมันต่ำ และคอเลสเตอรอลต่ำ จึงเป็นทางเลือกทดแทนเนื้อสัตว์ที่ดีต่อสุขภาพ ไมโคโปรตีนอุดมด้วยใยอาหาร ช่วยในการควบคุมน้ำหนัก และสนับสนุนการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อ นอกจากนี้ การผลิตไมโคโปรตีนยังมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำกว่าการผลิตเนื้อสัตว์แบบดั้งเดิม โดยใช้พื้นที่และน้ำน้อยกว่า และปล่อยก๊าซเรือนกระจกน้อยกว่า อีกทั้งยังเป็นส่วนผสมที่ใช้ประโยชน์ได้หลากหลายในการสร้างอาหารทดแทนเนื้อสัตว์ชนิดต่าง ๆ เพื่อตอบสนองความต้องการอาหารจากพืชที่เพิ่มขึ้น
เอกสารวิชาการ / เอกสารอ้างอิง
- Prakash P.; Namasivayam S.K.R. (2014): Evaluation of Protein Release Rate from Mycoprotein – Fusarium Venenatum by Cell Disruption Method. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Vol 6, Issue 7, 2014. 491-493.
- Wan M. F. B. W. Nawawi, Mitchell Jones, Richard J. Murphy, Koon-Yang Lee, Eero Kontturi, Alexander Bismarck (2020): Nanomaterials Derived from Fungal Sources – Is It the New Hype? Biomacromolecules 21, 2020. 30-55.
- J. Lonchamp, M. Akintoye, P. S. Clegg, S. R. Euston (2020): Sonicated extracts from the Quorn fermentation co-product as oil-lowering emulsifiers and foaming agents. European Food Research and Technology (2020) 246:767–780.
- Tim JA Finnigan, Benjamin T Wall, Peter J Wilde, Francis B Stephens, Steve L Taylor, Marjorie R Freedman (2019): Mycoprotein: The Future of Nutritious Nonmeat Protein, a Symposium Review. Current Developments in Nutrition, June 2019.