Chiết xuất protein từ bèo tấm

Bèo tấm (Lemna minor) là một loài thực vật thủy sinh phát triển nhanh, giàu protein và các hợp chất dinh dưỡng khác. Chiết xuất bằng siêu âm được sử dụng như một công nghệ xử lý có hiệu quả cao và đáng tin cậy để giải phóng protein, lipid và các dưỡng chất thực vật từ bèo tấm. Xử lý bằng siêu âm cho phép xử lý bèo tấm đơn giản và nhanh chóng để tạo ra các sản phẩm đạt tiêu chuẩn dùng trong thực phẩm.

Bèo tấm dùng cho mục đích dinh dưỡng

Bèo tấm (chi Lemna), một loài thực vật thủy sinh có hoa, là loài thực vật có hoa nhỏ nhất được biết đến. Còn được gọi là Wolffia, đậu lăng nước hoặc thấu kính nước, bèo tấm sinh trưởng trong môi trường nước ngọt và có thể được tìm thấy trên khắp thế giới. Trong các chi bèo tấm, nhiều loài như Spirodela, Landoltia, Lemna, Wolffiella và Wolffia đã được biết đến. Do cây Lemna có khả năng sinh trưởng nhanh, có thể tăng gấp đôi kích thước mỗi ngày, bèo tấm đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học và kỹ sư thực phẩm làm việc trong lĩnh vực dinh dưỡng, an ninh lương thực và thực phẩm chức năng. Ở một số vùng Đông Nam Á, bèo tấm từ lâu đã được biết đến nhờ mật độ dinh dưỡng cao và được gọi bằng biệt danh “thịt viên thực vật” do có hàm lượng protein cao (hơn 45% khối lượng khô). Bèo tấm có thành phần protein hoàn chỉnh (như trứng gà), chứa đầy đủ chín axit amin thiết yếu và sáu axit amin thiết yếu có điều kiện.

Lipid và protein từ bèo tấm

Bèo tấm chứa 20–35% protein, 4–7% chất béo và 4–10% tinh bột tính theo khối lượng khô. Điều thú vị là thành phần axit amin trong bèo tấm gần với các khuyến nghị của WHO, chẳng hạn có 4,8% lysine, 2,7% methionine và cysteine, cùng 7,7% phenylalanine và tyrosine. Hàm lượng axit béo không bão hòa đa nằm trong khoảng từ 48 đến 71% và hàm lượng axit béo n3 cao mang lại tỷ lệ n6/n3 có lợi ở mức 0,5 hoặc thấp hơn.” (Appenroth et al. 2017)

Ảnh SEM của các mẫu bèo tấm: Hàng trên cho thấy các tế bào nguyên vẹn của các mẫu bèo tấm đối chứng
Hàng dưới cho thấy các mẫu bèo tấm được chiết xuất bằng thiết bị siêu âm UP400ST. Các tế bào cho thấy sự phá vỡ cơ học rõ rệt do xử lý bằng siêu âm.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©2023 Inguanez et. al.

Chiết xuất bèo tấm bằng siêu âm

Chiết xuất bằng siêu âm được sử dụng để chiết xuất các hợp chất từ bèo tấm, đặc biệt là protein và lipid để làm sản phẩm thực phẩm. Bột protein Lemna và lipid Lemna được giải phóng và phân lập hiệu quả từ cây bèo tấm thủy sinh.

Siêu âm được ứng dụng như thế nào để chiết xuất bèo tấm?

Sau khi thu hoạch Lemna, lượng nước dư được loại bỏ (ví dụ bằng ly tâm). Để chiết xuất bằng siêu âm, nên sử dụng hỗn dịch giàu sinh khối (tức có mật độ Lemna cao) vì hỗn dịch này giúp quá trình siêu âm hiệu quả hơn. Hỗn dịch bèo tấm có thể gồm bèo tấm và nước hoặc một dung môi khác tùy chọn. Hỗn dịch này sau đó được đưa vào thiết bị phản ứng siêu âm, nơi hiện tượng xâm thực âm phá vỡ cấu trúc nền của tế bào và giải phóng các hợp chất nội bào vào môi trường chiết xuất nền nước hoặc dung môi.

Lựa chọn dung môi chiết xuất

Chiết xuất bằng siêu âm tương thích với (hầu như) mọi loại dung môi. Trong nghiên cứu, các hợp chất từ bèo tấm đã được chiết xuất bằng các dung môi như dung môi phân cực ethanol cũng như nhiều hỗn hợp dung môi không phân cực, bao gồm methanol-ethanol, chloroform-ethanol, hexane-ethanol, diethyl ether-ethanol, ether dầu mỏ-ethanol ở các tỷ lệ thể tích khác nhau.
Dung môi phù hợp kết hợp với xử lý bằng siêu âm giúp tăng cường giải phóng các dưỡng chất thực vật từ sinh khối bèo tấm. Siêu âm đồng nhất hóa và phá vỡ các cấu trúc tế bào thực vật, dẫn đến sự phá vỡ và phân rã tế bào. Chiết xuất bằng siêu âm được sử dụng rộng rãi để sản xuất dịch chiết từ thực vật, nấm và tảo.

Cơ chế chiết xuất bằng siêu âm

Siêu âm công suất cao được truyền vào chất lỏng hoặc hỗn dịch tạo ra các hiệu ứng có năng lượng mạnh như xâm thực âm, lực cắt và dao động. Những hiệu ứng này của siêu âm công suất cao được ứng dụng thành công để phân rã và phá hủy các cấu trúc tế bào. Ngoài ra, xử lý bằng siêu âm phá vỡ các liên kết phân tử của lipid, protein và carbohydrate, nhờ đó giải phóng các chất dinh dưỡng đa lượng và các hợp chất hóa thực vật mục tiêu từ bên trong tế bào của nguyên liệu thực vật, ví dụ như bèo tấm. Qua đó, siêu âm tăng cường và rút ngắn đáng kể quá trình chiết xuất.

Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm cho protein và lipid từ bèo tấm

Các hệ thống chiết xuất bằng siêu âm hiệu năng cao của Hielscher Ultrasonics được sử dụng trên toàn thế giới ở quy mô nghiên cứu và phát triển, sản xuất quy mô nhỏ, vừa và hoàn toàn thương mại. Các thiết bị chiết xuất bằng siêu âm hiệu năng cao tăng cường quá trình chiết xuất, nâng cao hiệu suất thu hồi và hiệu quả tổng thể của việc sản xuất dịch chiết chất lượng cao. Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị chiết xuất cho mọi thể tích / công suất xử lý. Với hơn 25 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực chiết xuất thực vật, Hielscher Ultrasonics là đối tác đáng tin cậy của bạn về chiết xuất bằng siêu âm hiệu năng cao!