Ультразвукова екстракція мікопротеїну

Відповідаючи потребам у сталих і поживних альтернативах харчових продуктів, мікопротеїн виник як революційний інгредієнт, отриманий із грибів і переважно використовується у створенні замінників м’яса, які часто називають «штучним м’ясом». Це джерело білка пропонує перспективне рішення для зростаючого попиту на рослинні дієти, забезпечуючи насичену текстуру, подібну до м’яса, та високу поживну цінність. Для розкриття потенціалу мікопротеїну застосовується передова техніка екстракції, відома як ультразвукова обробка зондом. Цей метод використовує силу ультразвукових хвиль для ефективного вивільнення мікопротеїну з грибних клітин, гарантуючи високі виходи білка за надзвичайно короткий час обробки.

Ультразвукова екстракція мікопротеїну

Екстракція мікопротеїну починається з вирощування їстівних грибів, таких як Fusarium venenatum, у контрольованих біореакторах. Усередині цих грибних клітин мікопротеїн інкапсульований, що вимагає надійного методу екстракції для звільнення цінного білка. Ультразвукова обробка зондом вирізняється як ідеальна техніка завдяки своїй здатності спричиняти потужне руйнування клітин. Під час цього процесу потужний ультразвук створює інтенсивні кавітаційні сили, які руйнують клітинні стінки грибів, ефективно вивільняючи внутрішньоклітинний вміст, включаючи білки, ліпіди та інші поживні речовини. Це не лише підвищує ефективність екстракції, а й забезпечує збереження цілісності та функціональних властивостей білка.

Застосування ультразвукових хвиль в екстракції мікопротеїну має кілька значних переваг. По-перше, воно досягає однорідної гомогенізації, що є критично важливим для розробки широкого спектру харчових продуктів із різноманітними текстурами та смаками. Чи то аналоги м’яса, чи протеїнові снеки, чи молочні замінники без лактози, ультразвукова обробка забезпечує стабільну якість мікопротеїну, роблячи його універсальним інгредієнтом у харчовій промисловості. Крім того, швидкий час обробки, пов’язаний із цією технікою, призводить до вищої продуктивності та зниженого енергоспоживання, що відповідає цілям сталості сучасного виробництва харчових продуктів. Ультразвукова екстракція мікопротеїну не лише задовольняє зростаючий попит споживачів на рослинний білок, а й відкриває шлях для інноваційних і поживних харчових рішень.

Кінетика вивільнення білка з Fusarium Venenatum за допомогою ультразвукової обробки з подрібненням
джерело: Prakash et al. 2014

Кейс-стаді – Ультразвукове вивільнення мікопротеїну

Prakash et al. (2014) досліджували вплив ультразвукової обробки на вивільнення мікопротеїну з Fusarium Venenatum. Вони досягли максимальної швидкості вивільнення білка 580μg екстрагованого мікопротеїну протягом 0,680 min.

Вплив ультразвукової обробки з методом подрібнення на вивільнення білка з Fusarium venenatum
джерело: Prakash et al. 2014

Мікопротеїн

Мікопротеїн – це одноклітинний білок, присутній у грибах. Маючи високий вміст білка та клітковини, мікопротеїн вважається здоровим і сталим джерелом поживно цінних амінокислот. Мікопротеїн зазвичай містить близько 45% білка та 25% клітковини за сухою масою. Мікопротеїн багатий на незамінні амінокислоти, і зі складом приблизно 41% загального білка він пропонує вміст білка, подібний до спіруліни. Це робить мікопротеїн цікавим джерелом білка для вегетаріанців і веганів. Мікопротеїн багатий на клітковину. Його вміст клітковини складається приблизно на одну третину з хітину (N-ацетилглюкозамін) і на дві третини з β-глюканів (1,3-глюкан і 1,6-глюкан). Маючи високий вміст білка та клітковини, мікопротеїн є здоровим і сталим джерелом їжі.
(пор. Finnigan et al. 2019)

Ультразвукова екстракція – принцип дії та переваги

Ультразвукова екстракція базується на явищі акустичної (ультразвукової) кавітації. Коли потужні ультразвукові хвилі вводяться в рідину або суспензію, чергування циклів високого та низького тиску стискає і розширює рідину, створюючи крихітні вакуумні бульбашки в середовищі. Ці вакуумні бульбашки ростуть протягом кількох циклів високого/низького тиску, доки не досягнуть точки, коли газова бульбашка не може поглинати подальшу енергію. У точці максимального росту бульбашка різко імплодує під час циклу високого тиску. Під час імплозії бульбашки локально виникають екстремальні умови, такі як дуже висока температура, тиск і відповідні перепади тиску та температури, а також рідинні струмені зі швидкістю до 280m/sec. Ці інтенсивні сили перфорують і руйнують клітинні стінки та сприяють масопереносу між внутрішньою частиною клітини та навколишньою рідиною. Внутрішньоклітинний матеріал, такий як білки, ліпіди та інші біоактивні сполуки, переноситься в рідину, звідки його можна легко відокремити для подальших процесів.

Переваги ультразвукової екстракції мікопротеїну

Ультразвукова екстракція (UAE) є високоефективною технікою для вивільнення та ізоляції внутрішньоклітинного матеріалу, такого як білки, ліпіди та біоактивні речовини (наприклад, вітаміни та поліфеноли). Ультразвукова обробка є інтенсифікацією процесу, яка збільшує масоперенос між внутрішньою частиною клітини та рідиною. Ультразвукова екстракція призводить до вищих виходів, скороченого часу обробки, вищої якості екстракту, а також знижених витрат на обробку та нижчого енергоспоживання.

Ультразвукові гомогенізатори для обробки мікопротеїну

Ультразвукові руйнувачі клітин та екстрактори є добре зарекомендованими інструментами на підприємствах з переробки харчових продуктів. Забезпечуючи кавітаційні високі зсувні сили, ультразвукові апарати використовуються для ізоляції біоактивних сполук із рослинної сировини та для гомогенізації двох або більше фаз у однорідну суміш.
Hielscher Ultrasonics пропонує широке портфоліо високоефективних ультразвукових апаратів від лабораторного до промислового розміру.
Промислові ультразвукові апарати Hielscher можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати в режимі безперервної роботи 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах та у складних середовищах.

Стандартизація процесу з Hielscher Ultrasonics

Екстракти, які використовуються у харчовій або фармацевтичній промисловості, слід виробляти відповідно до Настанов щодо належної виробничої практики (GMP) та за стандартизованих специфікацій обробки. Цифрові ультразвукові апарати Hielscher Ultrasonics постачаються з інтелектуальним програмним забезпеченням, яке дозволяє легко встановлювати та точно контролювати процес ультразвукової обробки. Автоматичний запис даних фіксує всі параметри ультразвукового процесу, такі як ультразвукова енергія (загальна та чиста енергія), амплітуда, температура, тиск (коли встановлені датчики температури та тиску) з позначкою дати та часу на вбудованій SD-картці. Це дозволяє вам переглянути кожну партію, оброблену ультразвуком. Водночас забезпечується відтворюваність і постійно висока якість продукції.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових апаратів: