نقش فناوری های چرخشی در تولید پروتئین گیاهی

الیاف حاصل از تکنیک‌های بافت‌سازی غیرسنتی مانند الکتروریسی، جت اسپینینگ یا چرخش دمشی می‌توانند بافتی را در سراسر محصول و پروتئین گیاهی ایجاد کنند.

حتی اگر بخش عمده‌ای از محصول نهایی را تشکیل ندهند که ممکن است این رویکردها را از نظر اقتصادی برای تقویت بافت در یک محصول فله حتی در مقیاس نسبتاً کوچک مقرون‌به‌صرفه کند.

چالش فعلی

ماهیچه‌های اسکلتی حیوانات ساختارهای سلسله مراتبی هستند که عمدتاً از پروتئین‌های فیبری تشکیل شده‌اند که بسته‌های فیبری بلند و انعطاف‌پذیر را تشکیل می‌دهند.

این ساختارهای پیچیده به بافت و کل عضله کمک می‌کنند. در مقابل، پروتئین‌های گیاهی معمولاً پروتئین‌های کروی هستند که کاملاً بسته‌بندی شده، کروی هستند و برای تقلید از پروتئین‌های فیبری نیاز به بافت دارند.

روش‌های بافت‌سازی پروتئین‌های کروی به الیاف به عنوان تکنیک‌های «پایین به بالا» یا «بالا به پایین» طبقه‌بندی می‌شوند.

روش‌های پایین به بالا، اجزای منفرد را در یک محصول بزرگ‌تر جمع‌آوری می‌کنند، بنابراین از مقیاس نانو به مقیاس کلان تبدیل می‌شوند.

ریسندگی الیاف به عنوان امیدوارکننده‌ترین فناوری از پایین به بالا برای بافت پروتئین گیاهی ظاهر شده است.

این تکنیک‌ها، فیبرهای پروتئینی نازک‌تری را با نسبت‌های ابعادی افزایش‌یافته در مقایسه با روش‌های بالا به پایین تشکیل می‌دهند که بیوپلیمرها را در مقیاس‌های طول بزرگ‌تر بافت می‌دهد.

اگرچه فناوری‌های ریسندگی الیاف می‌توانند بسته‌های فیبر پروتئین گیاهی برتر ایجاد کنند، استراتژی‌های بالا به پایین در حال حاضر مقرون به صرفه‌تر و مقیاس‌پذیرتر هستند.

در نتیجه، استراتژی‌های از بالا به پایین مانند اکستروژن و قالب‌گیری بیشتر از فناوری‌های ریسندگی الیاف استفاده می‌شوند.

با این حال، فرصت‌های زیادی برای بهبود ریسندگی فیبر پروتئین گیاهی وجود دارد تا مؤثرتر، مقیاس‌پذیرتر از نظر تجاری و مقرون به صرفه باشد.

راه حل پیشنهادی

فن‌آوری‌های ریسندگی الیاف نیروی خارجی را به محلول پلیمری که از سوزن یا اسپینر بیرون می‌ریزد اعمال می‌کند و سپس پلیمرهای کشیده را به صورت الیاف جامد جمع‌آوری می‌کند.

نیروی خارجی اعمال شده، سایر شرایط محیطی و ویژگی‌های ذاتی پلیمر، خواص نهایی الیاف حاصل را کنترل می‌کنند.

انواع متداول فنآوری‌های ریسندگی شامل ریسندگی مرطوب، الکتروریسی، چرخش جت و ریسندگی دمشی هستند.

ریسندگی مرطوب به سادگی محلول پلیمری را از طریق یک اسپینر و به یک غیر حلال اکسترود می‌کند و باعث می‌شود پلیمر به یک فیبر رسوب کند.

روش‌های الکتروریسی محلول پلیمری را از طریق یک سوزن با پتانسیل الکتریکی اکسترود می‌کنند.

نیروهای دافعه بار در نهایت باعث می‌شوند پلیمرها الیاف نازکی را تشکیل دهند. به طور معمول، الکتروریسی کنترل بیشتری دارد و الیاف نازک تری (~ 100 نانومتر) نسبت به ریسندگی مرطوب ساده (~10 میکرومتر) ایجاد می‌کند.

چرخش جت و ریسندگی دمشی فن آوری هایی هستند که به ترتیب از چرخش با سرعت بالا و گاز فشار بالا برای وادار کردن پلیمرها به ساختارهای فیبری استفاده می‌کنند.

در حالی که این روش‌ها برای پلیمرهای مصنوعی و برخی بیوپلیمرهای درمانی آزمایش شده‌اند، فقدان شرایط مناسب غذایی برای ریسندگی پروتئین مانع از مقیاس‌پذیری و استفاده از آنها در علوم غذایی شده است.

مطالعات بسیار کمی در مورد بهینه سازی الکتروریسی پروتئین های گیاهی انجام شده است.

فضای کافی برای بهبود شرایط تجربی برای ریسندگی پروتئین‌های گیاهی، از جمله بهینه‌سازی نوع محلول، ویسکوزیته، هدایت (برای الکتروریسی) و کشش سطحی وجود دارد.

پارامترهای فرآیند برای هر فناوری نیز باید بهینه شوند. در مورد الکتروریسی، این امر مستلزم تنظیم ولتاژ، سرعت جریان و فاصله بین سوزن جهش و جمع کننده فیبر است.

همچنین فضایی برای بهینه‌سازی استفاده از مواد خام وجود دارد. پروتئین‌های خاص، به ویژه زین و ژلاتین، کارایی چرخش بهتری را نسبت به سایر پروتئین‌ها نشان داده‌اند. این به این دلیل است که چرخش پذیری پروتئین‌ها به حلالیت آنها (بسیاری از پروتئین‌ها برای حل شدن به حلال‌های خشن و غیرغذایی نیاز دارند) و ترکیب پروتئین‌ها (ساختارهای مارپیچ تصادفی به دلیل انعطاف‌پذیری آنها برای چرخش بهترین هستند) بستگی دارد.

نشان داده شده است که ترکیب پروتئین‌های با قابلیت چرخش ضعیف با پروتئین‌هایی که به راحتی قابل چرخش هستند، به کارایی چرخش آنها کمک می‌کند. پروتئین‌های گیاهی بیشتر و ترکیبات آنها باید برای شرایط بهینه ریسندگی آنها بررسی شود.

با توسعه بیشتر فناوری‌های چرخشی، مدل‌های فنی-اقتصادی برای تأیید مقیاس‌پذیری تجاری ضروری خواهند بود. این مدل ها برای درک محرک‌های هزینه و فرصت‌های بافت پروتئین‌های گیاهی با فناوری‌های مختلف ریسندگی مفید خواهند بود.

تاثیر پیش بینی شده

فن‌آوری‌های ریسندگی دسته‌های الیاف نازکی از پلیمرها را تشکیل می‌دهند و پتانسیل بالایی برای انجام همین کار برای پروتئین‌های غذایی دارند.

ایجاد بسته‌های فیبر پروتئین گیاهی از این روش‌های چرخشی از پایین به بالا به گوشت‌های جایگزین کمک می‌کند تا با بهبود بافت، حس دهان و ظاهر محصول به برابری حسی با گوشت‌های معمولی دست یابند.

مدل‌های فنی-اقتصادی که این نوآوری‌های چرخشی را همراهی می‌کنند، به هدایت محققان و سرمایه‌گذاران در بهترین فرصت‌ها برای بهبود هزینه و مقیاس‌پذیری کمک می‌کنند.

 «کشت شده»، عنوان برگزیده شرکت‌های گوشتی مبتنی بر سلول