Cải thiện sản xuất protein côn trùng bằng siêu âm

Côn trùng là nguồn cung cấp protein và lipid dinh dưỡng chất lượng cao, bền vững và dễ nuôi. Để tách protein và lipid khỏi côn trùng, chiết xuất bằng siêu âm được sử dụng như một công nghệ có hiệu suất cao và đáng tin cậy. Xử lý siêu âm đã được chứng minh mang lại tỷ lệ chiết xuất cao, hiệu suất thu hồi protein và lipid cao, đồng thời xử lý nhanh các thành phần từ côn trùng có chất lượng hàng đầu.

Tại sao nên chiết xuất protein côn trùng bằng siêu âm công suất cao?

Dịch chiết protein côn trùng thường được xem là có chất lượng cao hơn bột côn trùng vì chứa tỷ lệ protein cao hơn và tỷ lệ các chất không mong muốn khác như chitin và chất béo thấp hơn.
Bột côn trùng thường được tạo ra bằng cách nghiền toàn bộ côn trùng thành bột, có thể chứa một lượng đáng kể các chất không tiêu hóa được như chitin, bộ xương ngoài và các thành phần không có giá trị dinh dưỡng khác. Ngược lại, dịch chiết protein côn trùng thường được tạo ra bằng cách chiết xuất protein từ côn trùng, tạo ra sản phẩm protein tinh khiết hơn và có nồng độ cao hơn. Chiết xuất bằng siêu âm đã được chứng minh là một kỹ thuật sản xuất có hiệu quả cao để thu nhận protein côn trùng chất lượng cao.
Nồng độ protein cao hơn trong dịch chiết protein côn trùng có nghĩa là mỗi gam dịch chiết có thể cung cấp nhiều protein hơn so với bột côn trùng, khiến dịch chiết trở thành nguồn protein hiệu quả hơn. Ngoài ra, việc loại bỏ các thành phần không có giá trị dinh dưỡng có thể giúp dịch chiết protein côn trùng dễ tiêu hóa hơn và có thể giảm nguy cơ gặp các vấn đề tiêu hóa ở động vật và người sử dụng.
Hơn nữa, dịch chiết protein côn trùng có thể có vị và mùi nhẹ hơn so với bột côn trùng, khiến sản phẩm hấp dẫn hơn đối với người tiêu dùng. Dịch chiết cũng có phạm vi ứng dụng đa dạng hơn vì có thể được sử dụng làm nguyên liệu trong nhiều loại thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.
 

Chiết xuất protein côn trùng bằng siêu âm

Chiết xuất bằng siêu âm có thể dễ dàng được tích hợp vào quy trình chế biến bột côn trùng thông thường và giúp nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Protein côn trùng được chiết xuất bằng siêu âm có chất lượng vượt trội so với bột côn trùng, mang lại giá trị dinh dưỡng cao hơn, hương vị được cải thiện và các đặc tính chức năng tốt hơn.

Quy trình tổng quát để chiết xuất protein côn trùng bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò

quy trình tổng quát để chiết xuất protein đạt tiêu chuẩn thực phẩm từ ấu trùng ruồi lính bằng đầu dò siêu âm:
Vật liệu và thiết bị:

• Ấu trùng ruồi lính hoặc các loài côn trùng khác như ấu trùng sâu bột (Tenebrio molitor), dế trưởng thành (Gryllus bimaculatus) và nhộng tằm (Bombyx mori) – đã được nuôi và thu hoạch trước đó
• Thiết bị siêu âm dạng đầu dò
• Máy xay sinh tố hoặc máy chế biến thực phẩm
• Nước cất chứa axit ascorbic 9,46 mM hoặc dung môi khác tùy chọn
• Máy ly tâm
• Vật chứa bằng thủy tinh hoặc nhựa
• Giấy lọc hoặc lưới lọc

Hướng dẫn từng bước để chiết xuất protein côn trùng

1. Chuẩn bị ấu trùng côn trùng:
   • Thu hoạch ấu trùng ruồi lính từ hệ thống nuôi.
   • Rửa kỹ ấu trùng bằng nước cất để loại bỏ mọi cặn bẩn hoặc tạp chất.
   • Đông lạnh ấu trùng ở -20°C hoặc thấp hơn để bất hoạt enzym và bảo toàn chất lượng protein.
2. Phá vỡ ấu trùng:
   • Rã đông ấu trùng đã đông lạnh và chuyển vào máy xay sinh tố hoặc máy chế biến thực phẩm.
   • Thêm một thể tích nước cất hoặc dung dịch đệm thích hợp để đạt được nồng độ protein mong muốn (ví dụ: 10% w/v).
   • Xay hoặc xử lý ấu trùng cho đến khi thu được hỗn hợp sệt đồng nhất.
   • Chuyển hỗn hợp sệt vào vật chứa bằng thủy tinh hoặc nhựa.
3. Loại bỏ chất béo (tùy chọn):
   • Loại bỏ chất béo khỏi bột côn trùng là bước tùy chọn giúp tăng hiệu suất thu hồi và chất lượng protein. Hàm lượng chất béo trong bột côn trùng được giảm bằng cách xử lý với hexan. Nhìn chung, đối với hầu hết các dịch chiết protein côn trùng dùng cho người, nên loại bỏ chất béo để nâng cao chất lượng protein. Quy trình loại bỏ chất béo bằng hexan thông thường tốn nhiều thời gian. Xử lý siêu âm có thể đẩy nhanh đáng kể quá trình loại bỏ chất béo khỏi bột côn trùng!
4. Xử lý siêu âm:
   • Nhúng đầu dò của thiết bị siêu âm, ví dụ như UIP2000hdT, vào hỗn hợp sệt ấu trùng.
   • Thiết lập các thông số của thiết bị siêu âm, ví dụ: biên độ 100% và thời gian xử lý siêu âm phù hợp với thể tích và dịch nhão.
   • Tác động sóng siêu âm lên dịch nhão ấu trùng đồng thời duy trì nhiệt độ không đổi để tránh làm biến tính protein.
   • Quá trình xử lý siêu âm giúp phá vỡ tế bào và giải phóng protein từ ấu trùng.
   • Theo dõi nhiệt độ trong quá trình xử lý siêu âm. Các thiết bị siêu âm Hielscher được trang bị cảm biến nhiệt độ và bộ điều khiển nhiệt độ.
5. Ly tâm:
   • Sau khi xử lý siêu âm, chuyển dịch nhão ấu trùng đã xử lý siêu âm vào các ống ly tâm.
   • Ly tâm các ống ở tốc độ và trong thời gian phù hợp để tách dịch nổi chứa protein khỏi các mảnh vụn rắn và tế bào chưa bị phá vỡ.
   • Thu lấy dịch nổi chứa protein đã chiết xuất và chuyển vào vật chứa sạch.
   • Có thể lặp lại bước ly tâm nếu cần để loại bỏ các hạt rắn còn sót lại. Ngoài ra, có thể sử dụng phương pháp lọc để tách protein.
6. Phân tích và bảo quản protein:
   • Tiến hành phân tích protein để đánh giá chất lượng và thành phần của protein đã chiết xuất.
7. Bảo quản:
   • Bảo quản protein đã chiết xuất trong các vật chứa phù hợp ở nơi mát, khô và tối.

 
Côn trùng làm nguồn thực phẩm: Các loài côn trùng như dế, sâu, ruồi và ấu trùng rất giàu protein. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về protein chất lượng cao, côn trùng đã được đánh giá cao như một nguồn protein lành mạnh, bền vững và thân thiện với môi trường, được sử dụng làm thực phẩm cho con người, thức ăn cho thú cưng và thức ăn chăn nuôi. Côn trùng là động vật ngoại nhiệt (nghĩa là chúng là động vật máu lạnh và không tiêu hao năng lượng để sinh nhiệt nhằm tăng thân nhiệt), không cần nhiều không gian và có thể được nuôi bằng chất thải làm cơ chất sinh trưởng. Điều này khiến protein và lipid từ côn trùng trở thành nguồn thực phẩm đầy triển vọng, có thể giúp lấp đầy “khoảng trống protein” cần được khắc phục để nuôi sống dân số thế giới ngày càng tăng và đáp ứng nhu cầu về các chất dinh dưỡng chất lượng cao, đặc biệt là protein.
Nuôi côn trùng: Côn trùng được nhân giống tại các trang trại nuôi côn trùng, nơi chúng được nuôi trong các thùng chứa hoặc thiết bị phản ứng. Với ưu điểm là sinh vật sinh trưởng nhanh, chúng cần tương đối ít công chăm sóc, có thể được cho ăn chất thải hữu cơ và nhanh chóng được nuôi đến kích thước hoặc độ trưởng thành phù hợp để thu hoạch. Đặc biệt, ấu trùng ruồi, sâu bột và dế rất dễ nuôi. Về hiệu quả, ấu trùng ruồi lính đen được công nhận nhờ khả năng chuyển hóa vượt trội chất thải hữu cơ thành protein chất lượng cao. Đây là lý do ruồi lính đen còn được những người nuôi côn trùng gọi là “nữ hoàng chuyển hóa chất thải”.
 
Các bước chế biến bột côn trùng: Khi côn trùng đạt kích thước hoặc giai đoạn phát triển mục tiêu, chúng được thu hoạch. Điều này có nghĩa là chúng đã sẵn sàng để được chế biến thành nguyên liệu thực phẩm. Trước khi chế biến, côn trùng được rửa bằng nước, sàng và bảo quản sống ở 4℃ trong khoảng một ngày mà không cho ăn.
Sau đó, côn trùng được nấu chín rồi sấy khô bằng không khí rất nóng hoặc bằng cách gia nhiệt trong vật chứa. Xử lý nhiệt cũng cần thiết để tiêu diệt vi khuẩn. Cuối cùng, côn trùng được nghiền thành bột côn trùng khô (còn được gọi là bột từ côn trùng). Bột côn trùng có thể được sử dụng làm nguyên liệu thực phẩm hoặc phụ gia trong thức ăn chăn nuôi. Tuy nhiên, để tinh chế và nâng cao giá trị của bột côn trùng, các thành phần có giá trị nhất, tức là protein và lipid, được chiết xuất. Đặc biệt, protein côn trùng tinh khiết được đánh giá cao như một nguyên liệu có giá trị dinh dưỡng cao, được sử dụng trong các thanh protein, bột protein và làm phụ gia trong nhiều sản phẩm thực phẩm như bánh nướng, lát chiên giòn, bánh quy giòn, v.v.
 
Sử dụng thiết bị chiết xuất siêu âm dạng đầu dò để sản xuất protein côn trùng chất lượng cao!
 
Chiết xuất protein chất lượng cao từ côn trùng bằng siêu âm:
Chiết xuất bằng siêu âm được sử dụng để sản xuất bột protein, sản phẩm thủy phân và protein phân lập từ nhiều dạng côn trùng, bao gồm ruồi, sâu, bọ, dế và ấu trùng. Bằng cách chiết xuất protein chất lượng cao từ bột côn trùng, quá trình xử lý siêu âm tạo ra các nguyên liệu thực phẩm chức năng có thành phần dinh dưỡng vượt trội.

Ưu điểm của việc chiết xuất protein từ côn trùng bằng siêu âm

Xử lý bằng siêu âm được ứng dụng rộng rãi để chiết xuất và xử lý protein từ nhiều nguồn khác nhau như thực vật (ví dụ: đậu nành, gạo, hạt cải dầu, hạt hướng dương, hạt bí ngô, v.v.), các sản phẩm từ sữa (ví dụ: protein whey cô đặc (WPC), protein whey, dịch protein sữa được giữ lại sau lọc, canxi caseinat), tảo (ví dụ: rong biển), thủy hải sản (ví dụ: phụ phẩm từ cá và phế liệu thủy hải sản), và côn trùng (ví dụ: sâu, ấu trùng, ruồi, dòi, bọ cánh cứng, dế, gián, v.v.).
Là một công nghệ chiết xuất xanh và có hiệu suất cao, chiết xuất protein côn trùng bằng siêu âm đã được ứng dụng trong sản xuất bột protein, sản phẩm thủy phân và protein phân lập từ côn trùng. Nhờ độ tin cậy cao của quy trình, khả năng lặp lại và khả năng mở rộng quy mô tuyến tính, siêu âm được sử dụng để chiết xuất protein từ côn trùng, biến đổi cấu trúc protein và cải thiện các tính chất hóa lý của protein.
Ví dụ, Mintha và cộng sự (2020) đã áp dụng phương pháp chiết xuất bằng siêu âm cho ấu trùng ruồi lính đen (H. illucens). Họ báo cáo rằng xử lý bằng siêu âm đã cải thiện cấu trúc protein, thay đổi đặc tính chức năng của protein và qua đó mang lại lợi ích cho việc sản xuất protein / sản phẩm thủy phân từ H. illucens. Đặc biệt, thế zeta, khả năng phân tán và các giá trị thiol đều tăng nhờ xử lý bằng siêu âm. Ngoài ra, độ đục và kích thước hạt protein giảm sau khi xử lý bằng siêu âm. Xử lý bằng siêu âm làm tăng đáng kể độ sáng (L*) của protein phân lập thêm x ¯ 7,46% so với mẫu đối chứng không được xử lý bằng siêu âm.

Thiết bị siêu âm hiệu năng cao để xử lý protein côn trùng

Chiết xuất và đồng nhất hóa bằng siêu âm là công nghệ xử lý đáng tin cậy, giúp việc sản xuất protein côn trùng chất lượng cao trở nên thuận lợi và nhanh chóng hơn. Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát toàn bộ các dòng thiết bị, từ thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn đến hệ thống chiết xuất công nghiệp. Nhờ đó, chúng tôi tại Hielscher có thể cung cấp cho bạn thiết bị siêu âm phù hợp nhất với công suất xử lý dự kiến của bạn. Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn từ thử nghiệm tính khả thi và tối ưu hóa quy trình đến lắp đặt hệ thống siêu âm ở quy mô sản xuất cuối cùng.
Diện tích lắp đặt nhỏ cùng các phương án lắp đặt linh hoạt giúp thiết bị chiết xuất bằng siêu âm của chúng tôi phù hợp ngay cả với các cơ sở xử lý protein côn trùng có không gian hạn chế. Thiết bị xử lý bằng siêu âm được lắp đặt trên toàn thế giới tại các cơ sở sản xuất thực phẩm và thực phẩm bổ sung dinh dưỡng, cũng như các cơ sở sản xuất thức ăn cho thú cưng và vật nuôi. Ngoài ra, máy trộn siêu âm tạo lực cắt cao rất lý tưởng để phối chế protein côn trùng vào các sản phẩm thực phẩm cho người, cũng như thức ăn cho thú cưng là động vật đồng hành và thức ăn chăn nuôi cho vật nuôi trang trại.

Hielscher Ultrasonics – Thiết bị chiết xuất tiên tiến

Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát đầy đủ các thiết bị chiết xuất bằng siêu âm hiệu năng cao từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn. Các phụ kiện bổ sung cho phép dễ dàng lắp ráp cấu hình thiết bị siêu âm phù hợp nhất với quy trình xử lý protein côn trùng của bạn. Cấu hình siêu âm tối ưu phụ thuộc vào công suất dự kiến, thể tích, nguyên liệu, quy trình theo mẻ hay trên dòng chảy và tiến độ thực hiện.

Chiết xuất côn trùng bằng siêu âm – Xử lý theo mẻ và trên dòng chảy

Thiết bị siêu âm Hielscher có thể được sử dụng để xử lý theo mẻ và xử lý dòng chảy liên tục. Xử lý theo mẻ bằng siêu âm rất lý tưởng cho thử nghiệm quy trình, tối ưu hóa và sản xuất ở quy mô nhỏ đến trung bình. Để sản xuất lượng lớn protein côn trùng, xử lý trên dòng chảy có thể có lợi hơn. Mặc dù xử lý theo mẻ chỉ cần một cấu hình rất đơn giản, phương pháp này tốn nhiều thời gian và nhân công hơn. Quy trình trộn liên tục trên dòng chảy đòi hỏi một hệ thống phức tạp – gồm một máy bơm, ống mềm hoặc đường ống và các bồn chứa – nhưng có hiệu suất cao hơn, nhanh hơn và cần ít nhân công hơn đáng kể. Hielscher Ultrasonics có cấu hình chiết xuất phù hợp nhất với thể tích chiết xuất và mục tiêu quy trình của bạn.

Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm cho mọi công suất sản xuất

Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát toàn bộ các thiết bị xử lý siêu âm, từ máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn, hệ thống để bàn và hệ thống thí điểm đến thiết bị xử lý siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp với công suất xử lý khối lượng tương đương nhiều xe tải mỗi giờ. Danh mục sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn thiết bị chiết xuất siêu âm phù hợp nhất với nguyên liệu, công suất xử lý và mục tiêu sản xuất của bạn.
Các hệ thống siêu âm để bàn lý tưởng cho thử nghiệm tính khả thi và tối ưu hóa quy trình. Việc mở rộng quy mô tuyến tính dựa trên các thông số quy trình đã được thiết lập giúp tăng công suất xử lý từ các lô nhỏ lên sản xuất thương mại hoàn chỉnh một cách rất dễ dàng. Có thể mở rộng quy mô bằng cách lắp đặt một thiết bị chiết xuất siêu âm mạnh hơn hoặc kết hợp nhiều máy siêu âm thành một cụm hoạt động song song. Với UIP16000, Hielscher cung cấp thiết bị chiết xuất siêu âm mạnh nhất thế giới.

Biên độ có thể kiểm soát chính xác để đạt kết quả tối ưu

Tất cả các máy siêu âm Hielscher đều có thể được kiểm soát chính xác và do đó là những thiết bị làm việc bền bỉ, đáng tin cậy trong sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quy trình then chốt ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả chiết xuất các chất dinh dưỡng từ côn trùng bằng siêu âm.
Nguyên liệu côn trùng như ấu trùng và ruồi cần được xử lý siêu âm nhẹ hơn với mức biên độ thấp hơn, trong khi dế và côn trùng có lớp vỏ ngoài dày cần được xử lý siêu âm ở biên độ cao hơn để giải phóng các chất dinh dưỡng mục tiêu. Tất cả các thiết bị xử lý của Hielscher Ultrasonics đều cho phép thiết lập biên độ chính xác. Đầu phát siêu âm và bộ khuếch đại biên độ là các phụ kiện cho phép thay đổi biên độ trong phạm vi rộng hơn nữa. Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể tạo ra biên độ rất cao và cung cấp cường độ siêu âm cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Có thể dễ dàng vận hành liên tục ở biên độ lên đến 200µm trong chế độ hoạt động 24/7.
Việc thiết lập biên độ chính xác và giám sát liên tục các thông số quy trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cho phép bạn xử lý hạt của mình trong các điều kiện siêu âm hiệu quả nhất. Xử lý siêu âm tối ưu để có kết quả chiết xuất tốt nhất!
Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong môi trường khắc nghiệt. Điều này khiến thiết bị siêu âm Hielscher trở thành công cụ làm việc đáng tin cậy, đáp ứng các yêu cầu chiết xuất của bạn.

Thử nghiệm quy trình dễ dàng, không rủi ro

Các quy trình siêu âm có thể được mở rộng quy mô hoàn toàn tuyến tính. Điều này có nghĩa là mọi kết quả bạn đạt được bằng máy siêu âm phòng thí nghiệm hoặc máy siêu âm để bàn đều có thể được tái tạo ở quy mô lớn hơn với kết quả đầu ra giống hệt khi sử dụng các thông số quy trình hoàn toàn giống nhau. Điều này khiến xử lý siêu âm trở thành lựa chọn lý tưởng cho thử nghiệm tính khả thi không rủi ro, tối ưu hóa quy trình và sau đó triển khai vào sản xuất thương mại. Hãy liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu cách xử lý siêu âm có thể gia tăng sản lượng protein côn trùng của bạn!

Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức

Là doanh nghiệp do gia đình sở hữu và điều hành, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho các thiết bị xử lý siêu âm của mình. Tất cả các máy siêu âm đều được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Độ bền và độ tin cậy của thiết bị siêu âm Hielscher giúp thiết bị làm việc bền bỉ trong hoạt động sản xuất của bạn. Khả năng vận hành 24/7 ở mức đầy tải và trong môi trường khắc nghiệt là đặc tính vốn có của các máy trộn hiệu suất cao Hielscher.

Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi: