Extracció d'ultrasons i la conservació

La desintegració de les estructures de la cèl lula (lisi) per mitjà d'ultrasons s'utilitza per a l'extracció d'intra-cel lular dels compostos per a la inactivació microbiana.

Fons

A la microbiologia, l'ultrasò s'associen principalment amb disrupció cel lular (lisi) o desintegració (Allinge 1.975). Quan els líquids Sonic a intensitats altes, les ones sonores que es propaguen en el resultat de líquid en els mitjans de comunicació alterna d'alta pressió (compressió) i de baixa pressió (rarefacció) cicles, amb taxes en funció de la freqüència. Durant el cicle de baixa pressió, les ones d'ultrasons d'alta intensitat de crear petites bombolles de buit o de forats en el líquid. Quan les bombolles d'assolir un volum en el que ja no poden absorbir l'energia, es col.lapsen violentament durant un cicle d'alta pressió. Aquest fenomen s'anomena cavitació. Durant la implosió de temperatures molt elevades (aprox. 5.000 K) i pressions (aprox. 2.000 atm) s'assoleixen a nivell local. La implosió de la bombolla de cavitació també els resultats en forma de raigs de líquid de fins a 280m / s velocity.The resultant forces de cisallament trencar l'embolcall cel lular mecànica i millorar la transferència de material. L'ultrasò pot tenir efectes ja sigui destructiu o constructiu de les cèl lules en funció dels paràmetres de sonicació empleats.

La desintegració de la cèl lula

Sota una intensa sonicació enzims o proteïnes pot ser alliberada de les cèl lules o orgànuls subcel · lulars com resultat de la la desintegració de la cèl lula. En aquest cas, el compost que es dissol en un dissolvent està tancat en una estructura insoluble. Per tal d'extreure, de la membrana de la cèl lula ha de ser destruït. La interrupció de la cèl lula és un procés delicat, ja que la capacitat de la paret cel lular per resistir la pressió osmòtica a l'interior. Un bon control de la interrupció de la cèl lula és necessari, per evitar un alliberament sense traves de tots els productes intracel.lulars incloent restes de cèl lules i àcids nucleics, o la desnaturalització de productes. Ultrasons serveix com un bon mitjà controlable per la desintegració de la cèl lula. Per a això, l'efecte mecànic de l'ecografia oferir més ràpid i la penetració més completa de dissolvent en materials mòbils i millorar la transferència de massa. Ultrasò aconsegueix una major penetració d'un dissolvent en un teixit de la planta i millora la transferència de massa. La generació d'ones ultrasòniques cavitació pertorbar les parets cel lulars i facilitar l'alliberament de components de la matriu.

Transferència de Massa

En general, l'ultrasò pot conduir a una permeabilització de la membrana cel lular dels ions (Mummery 1.978), I pot reduir la selectivitat de les membranes cel lulars de manera significativa. L'activitat mecànica dels ultrasons dóna suport a la difusió de dissolvents en el teixit. L'ecografia es trenca la paret cel lular de forma mecànica mitjançant la cavitació de les forces de tall, facilita la transferència de la cèl lula en el dissolvent. La reducció de mida de les partícules per la cavitació ultrasònica incrementa la superfície de contacte entre el sòlid i la fase líquida.

De proteïnes i enzims d'extracció

En particular, l'extracció d'enzims i proteïnes emmagatzemats en les cèl lules i partícules subcel · lulars és una aplicació única i efectiva d'ultrasò d'alta intensitat (Kim 1.989), Com l'extracció de compostos orgànics continguts en el cos de plantes i llavors per un dissolvent pot ser millorada significativament. Per tant, l'ecografia té un benefici potencial en l'extracció i aïllament de nous components potencialment bioactives, per exemple, de no utilitzats pels fluxos de producte que es forma en els processos actuals. L'ultrasò també pot ajudar a intensificar els efectes del tractament de l'enzim, i per aquesta a reduir la quantitat d'enzim necessària o incrementar la producció de compostos extraïbles pertinents.

Lípids i proteïnes

Ultrasons s'utilitza sovint per millorar l'extracció dels lípids i proteïnes de les llavors de plantes, com la soja (per exemple, la soja o la farina desgreixada) o d'altres llavors oleaginoses. En aquest cas, la destrucció de les parets cel lulars facilita la pressió (freda o calenta) i amb això redueix el greix o oli residual en la coca de premsat.

La influència de l'extracció ultrasònica contínua amb el rendiment de la dispersió de la proteïna va ser demostrat per Moulton et al. L'augment de la sonicació la recuperació de la dispersió de la proteïna progressivament a mesura que l'escata relació dissolvent canviat 1:10-1:30. Es va demostrar que el ultrasò és capaç de peptize proteïna de soja en el rendiment de gairebé tots els comercials i que l'energia necessària sonicació va ser el més baix, quan s'utilitzen llots més gruixuts. (Moulton et al. 1982)

Aplicable a: oli de cítrics de les fruites, l'extracció d'oli de mostassa mòlta, el maní, la violació, l'oli de l'herba (Echinacea), la canola, soja, blat de moro

D'Alliberament de compostos fenòlics i antocianines

Els enzims, com pectinases, cel · i hemicelulasas són àmpliament utilitzats en el processament de suc per tal de degradar les parets cel lulars i millorar la extraibilidad el suc. La interrupció de la matriu de la paret cel lular també allibera els components, tals com els compostos fenòlics en el suc. Ultrasò millora el procés d'extracció, per la qual cosa pot conduir a un augment en la de compostos fenòlics, alcaloides i la producció de suc, comunament a l'esquerra en la coca de premsa.

Els efectes beneficiosos del tractament amb ultrasons en l'alliberament dels compostos fenòlics i antocianines de most de raïm i de la matriu de baies, en particular, dels nabius (Vaccinium myrtillus) I les panses de Corint negre (Ribes nigrum) En el suc, va ser investigat per la VTT Biotechnology, Finlàndia (MAXFUN projecte de la UE) utilitzant un UIP2000 processador d'ultrasons Després de la descongelació, maceració i la incubació de l'enzim. La interrupció de les parets cel lulars pel tractament enzimàtic (Pectinex BE-3L de nabius i Biopectinase MCP per a les corrents de negre) es va millorar quan es combina amb l'ecografia millora. "Tractament als EUA augmenta la concentració de compostos fenòlics de suc de nabiu en més del 15%. [...] La influència dels EUA (ultrasò) va ser més significatiu amb panses negre, que són les baies més difícil en el processament de suc de nabius, a causa del seu alt contingut de pectina i diferent arquitectura de la paret cel lular. [...] La concentració de compostos fenòlics en el suc va augmentar en un 15-25% mitjançant l'ús de EUA (ultrasò) el tractament després de la incubació de l'enzim."(Mokkila et al. 2004)

La inactivació microbiana i enzimàtica

Microbiana i la inactivació enzimàtica (conservació), per exemple en sucs de fruites i salses és una altra aplicació de l'ecografia en el processament d'aliments. Avui en dia, la preservació de l'elevació de la temperatura durant períodes curts de temps (Pasteurització) segueix sent el mètode de tractament més comú per a la inactivació microbiana o un enzim que porta a més llarg termini de conservació (conservació). A causa de l'exposició a altes temperatures, aquest mètode tèrmic sovint desavantatges per a molts productes alimentaris. La producció de noves substàncies de calor, les reaccions catalitzades i la modificació de les macromolècules, així com la deformació de la planta i les estructures dels animals pot reduir la pèrdua de qualitat. Per tant, el tractament tèrmic pot provocar alteracions indesitjables dels atributs sensorials, és a dir, textura, gust, color, olor, i les qualitats nutricionals, és a dir, les vitamines i proteïnes. L'ultrasò és una eficient i no-tèrmics (mínima) d'alternatives de transformació.

La calor generat localment per la cavitació i els radicals creat pot conduir a una inactivació d'enzims per sonicació (El'piner 1.964). A nivells prou baixos de sonicació canvis estructurals i metabòlics poden ocórrer en les cèl lules sense la seva destrucció. L'activitat de peroxidasa, que es troba en el més cru i sense torrar fruites i vegetals i pot ser particularment associat amb el desenvolupament de sabors desagradables i pigments Browning poden reduir considerablement mitjançant l'ús de l'ecografia. Enzims termoresistent, com la lipasa i proteasa de suportar ultra alta temperatura i el tractament que pot reduir la qualitat i vida útil de la llet tractada tèrmicament i productes lactis d'altres pot ser inactivat amb més eficàcia per l'aplicació simultània d'ultrasò, calor i pressió (MTS).

L'ecografia s'ha demostrat el seu potencial en la destrucció de patògens d'origen alimentari, com la E. coli, Salmonella, Ascaris, Giargia, Els quists de Cryptosporidium, I poliovirus.

Aplicable a: la preservació de la confitura, melmelada o ingredients, com per als gelats, sucs de fruites i salses, productes carnis, productes lactis

Sinergies d'ultrasons amb temperatura i pressió

Ultrasons sovint és més eficaç quan es combina amb altres mètodes microbians, com ara:

• termo-sonicació, és a dir, la calor i el ultrasò
• mà-sonicació, és a dir, pressió i ultrasons
• mà-termo-sonicació, és a dir, pressió, calor i ultrasons

L'aplicació combinada d'ultrasons amb calor i / o la pressió es recomana per Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, i Aeromonas hydrophila.

Procés de Desenvolupament de

A diferència d'altres processos tèrmics, com ara alta pressió hidrostàtica (HP), comprimit de diòxid de carboni (C CO2) i diòxid de carboni supercrític (scCO2) i els polsos d'alt camp elèctric (HELP), l'ecografia pot provar-se fàcilment en el laboratori o banc d'escala superior - resultats reproduïbles per a la generació d'una expansió massiva. La intensitat i les característiques de la cavitació pot ser fàcilment adaptat per al procés d'extracció de dades específic per atacar objectius específics. L'amplitud i la pressió pot variar en un ampli rang, per exemple, per identificar la majoria de la configuració eficaç de l'energia d'extracció. Teixits durs han de ser sotmesos a la maceració, trituració o polvorització abans d'ultrasons.

E. coli

Per a produir petites quantitats de proteïnes recombinants per a l'estudi i la caracterització de les seves propietats biològiques, E. coli és el bacteri de l'elecció. Purificació d'etiquetes, per exemple, la cua polihistidina, beta-galactosidasa, maltosa o proteïnes d'unió, són comunament unit a proteïnes recombinants amb la finalitat que siguin separables d'extractes cel lulars, amb una puresa suficient per a la majoria dels propòsits d'anàlisi. Ultrasons permet maximitzar l'alliberament de proteïnes, en particular, quan el rendiment de la producció és baixa i per preservar l'estructura i l'activitat de la proteïna recombinant.

La interrupció de la E. coli les cèl lules per a extreure la proteïna total, quimosina d'extracció va ser estudiat per Kim i Zayas.

Oxidació

A intensitats controlada, l'aplicació de l'ecografia per a la biotransformació i la fermentació i pot resultar en un augment de bioprocessament, a causa dels efectes biològics induïts ia causa de la massa cel lular facilitar la transferència. La influència de l'aplicació controlada d'ultrasò (20 kHz) en l'oxidació del colesterol a cholestenone per les cèl lules en repòs de la Erythropolis Rhodococcus ATCC 25544 (anteriorment Erythropolis Nocardia) Va ser investigat per la Bar.

Colesterol + O₂ = Colesterol-4-en-3-ona + H₂O₂

Aquest sistema és típic de les transformacions microbianes dels esterols i esteroides en el qual el substrat i els productes són sòlids insolubles en aigua. Per tant, aquest sistema és força singular en el qual tant les cèl lules i els sòlids poden estar subjectes als efectes de l'ecografia (Bar, 1987). Amb una intensitat d'ultrasons prou baix, que preserva la integritat estructural de les cèl lules i mantenen la seva activitat metabòlica, Bar va observar una millora significativa en les taxes de cinètica de la biotransformació de fangs microbiana de 1,0 i 2,5 g / L de colesterol quan sonicació durant 5 segons cada 10 minuts amb una potència de sortida de 0.2W/cm ². El ultrasò no va mostrar cap efecte sobre l'oxidació enzimàtica de colesterol (2,5 g / L) per colesterol oxidasa.

Avantatjosa Tecnologia

La utilització de la cavitació per ultrasons per a l'extracció i conservació dels aliments és una nova tecnologia de processament que no només es pot aplicar de manera segura i respectuosa del medi ambient, sinó també eficient i econòmica. L'homogeneïtzació i la preservació d'efecte pot ser fàcilment utilitzada per purés i sucs de fruita (per exemple, taronja, poma, raïm, mango, raïm, pruna), així com per a salses i sopes de verdures, com la salsa de tomàquet o la sopa d'espàrrecs.

Literatura

Allinge, H. (1975): American Laboratory, 7 (10), 75 (1975).

Bar, R. (1987): Ultrasò Bioprocessos reforçada, A: biotecnologia i l'enginyeria, vol. 32, pp. 655-663 (1987).

El'piner, IE (1964): Ultrasò: física, química, i els efectes biològics (Consultants Bureau, Nova York, 1964), 53-78.

Kim, SM und Zayas, JF (1989): De paràmetres de processament de l'extracció de quimosina per ultrasò, a J. Food Sci 54: 700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Combinant el poder de ultrasò amb enzims en el processament de suc de la baia, A: 2 º int. Conf Biocatàlisi d'Aliments i Begudes, 19-22.9.2004, Stuttgart, Alemanya.

Moulton, KJ, Wang, LC (1982): Una planta pilot d'estudis d'ultrasons contínua extracció de la proteïna de soja, a: Journal of Food Science, Volum 47, 1982.

Mummery, CL (1978): L'efecte de l'ultrasò en fibroblasts in vitro, a: Doctorat Tesis, Universitat de Londres, Londres, Anglaterra, 1978.

Enllaç ràpid

Sol.licitud d'informació

Recerca Relacionats

Hielscher Ultrasonics GmbH