Ultraheli kaevandamine ja säilitamine

Lagunemine raku struktuurid (lüüsi) abil, ultraheli kasutatakse kaevandamise intra-rakulise ühendite kohta mikroobide inaktiveerimine.

Taust

Mikrobioloogia, ultraheli on peamiselt seotud rakkude katkemise (lüüsi) või lagunemine (Allinger 1975). Kui sonicating vedelike suur osatähtsus, helilainete et propageerida vedelike meedia tulemuseks vahelduvalt suure rõhu (surve) ja madalrõhu (rarefaction) tsüklit, mille määrad sõltuvalt sagedusest. Jooksul madala rõhu tsükli, kõrge intensiivsusega ultraheli lainete luua väike vaakum-mullid või tühimike vedelikus. Kui mullid saavutada tugevust, mis neid ei saa enam energiat neelata, nad kokkuvarisemist ägedalt ajal kõrge rõhu tsükli. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooni. Ajal puhkemine väga kõrgel temperatuuril (ligikaudu 5000 K) ja surve (umbes 2.000 atm) on jõudnud kohapeal. Puhkemine on kavitatsioon mulli ka põhjustab vedelike joad kuni 280m / s velocity.The tulemusena lõikumiseks jõud murda rakkude ümbrikus mehaaniliselt ja parandada materjali üle. Ultraheli võib olla kas destruktiivse või faktiline mõju rakkude sõltuvalt ultrahelitöötlus parameetrid tööle.

Cell lagunemist

Suurt ultrahelitöötlus ensüümid ja valgud võivad olla vabastatud rakke või subcellular organellidesse sisestamise tulemusena rakkude lagunemine. Sel juhul ühendi eraldusid lahusti on suletud lahustumatud struktuur. Selleks, et eraldada see, rakumembraan peab olema hävitatud. Cell häireid on delikaatne protsess, sest seina võime taluda kõrget Osmotic rõhk. Hea kontroll rakkude katkemise on vajalik, et vältida takistamatult vabastada kõik rakusisest toodete, kaasa arvatud rakkude praht ja nukleiinhapete või toode denatureerimisest. Ultraheli toimib hästi kontrollitavad tähendab rakkude lagunemine. Selleks mehhaanilist toimet ultraheli kiirem ja täiuslikum tungimist lahusti rakulise materjali ja parandada mass üle. Ultrasound saavutab suurema tungimise lahusti taimsete kudede ja parandab mass üle. Ultraheli lained tekitama kavitatsioon häirivad rakkude seinad ja vabastamise hõlbustamiseks põhiainest.

Mass Transfer

Üldiselt ultraheli võib viia permeabilization raku membraane, et ioonide (Mummery 1978) Ning see võib vähendada selektiivsus rakumembraani oluliselt. Mehaaniline tegevus ultraheli toetab levitamine lahustite koe. Nagu ultraheli lõhub seina poolt mehaaniliselt kavitatsioon lõikumiseks jõud, see hõlbustab üleminekut rakkude võetud lahusti. Osakeste suuruse vähendamine ultraheli kavitatsioon suurendab pinna kokkupuutes tahke ja vedela faasi.

Valk ja ensüüm kaevandamine

Eelkõige kaevandamise ensüümide ja valkude salvestatud rakkudes ja subcellular osakesed on unikaalne ja tõhus kohaldamine on suure intensiivsusega ultraheli (Kim 1989), Kui kaevandamine orgaanilised ühendid sisalduvad organismi ja taimede seemned lahusti võib oluliselt paranenud. Seetõttu ultraheli on võimalikku kasulikkust kaevandamise ja isolatsiooni romaan potentsiaalselt bioaktiivsete komponentide, nt mitte-kasutatud kõrvalsaaduse voolu moodustunud praegune protsesse. Ultraheli aitab ka intensiivistada mõju ensüümi ravi, ning see vähendab ensüümi kogus, vajalik või tõstetakse ekstraheeritava oluliste ühenditega.

Lipiidide ja valkude

Ultraheli kasutatakse sageli, et parandada kaevandamise lipiidide ja valkude taimede seemned, nagu sojaoad (nt nisujahu või rasvatustatud sojaubadest) või teiste õliseemnete suhtes. Sel juhul hävitamine rakkude seinte soodustab vajutades (külma või kuuma) ning vähendab järelejäänud õli või rasva vajutades tükk.

Mõju pidev ultraheli kaevandamise ja saagi laiali valgu näitas Moulton et al. Ultrahelitöötlus suurenenud taastamise laiali valgu järk-järgult lible / lahusti suhe muutnud 1:10-1:30. See näitas, et ultraheli on võimeline peptize soja valku peaaegu igal kaubik tootlikkusega ning et ultrahelitöötlus vajalik energia oli väiksem, kui paksem lobri kasutati. (Moulton et al. 1982)

Kohaldatav: Citrus õli viljade õli maapinna sinepit, maapähkli-, rapsi-, ürdi õli (Echinacea), canola, soja, mais

Liberation fenooliühendeid ja Antotsüaniinid

Ensüümid, nagu pectinases, cellulases ja hemicellulases kasutatakse laialdaselt mahla töötlemise et lagundada raku seinad ning parandada mahla extractability. Häireid seina maatriksi ka Pressiteated komponentide, nagu fenooliühenditest võetud mahl. Ultraheli parandab ekstraheerimise protsess ja seetõttu võib põhjustada kasvu fenoole, alkaloidid ja mahl saagis tavaliselt vasakus ajakirjanduses tükk.

Kasulikku mõju ultraheli ravi vabanemise fenooliühendeid ja Antotsüaniine viinamarjade ja marjad maatriks, eriti mustikaid (Vaccinium myrtillus) Ja mustad sõstrad (Ribes nigrum) Mahlaks, uuris VTT Biotechnology, Soome (MAXFUN EL-projekt) kasutades ultraheli töötleja UIP2000 Pärast sulatamist mashing ja ensüümi inkubatsiooni. Häireid rakuseinad ensümaatilise ravi (Pectinex BE-3L on mustikad ja Biopectinase CCM mustade hoovused) oli parem, kui koos ultrahelis suurendab. "USA ravi kontsentratsiooni tõstmine fenooliühenditest ja mustika mahla rohkem kui 15%. [...] Mõju USA (ultraheli) oli suurem ja must sõstar, mis on keerukam marjade mahlast töötlemisel kui mustikad tõttu rohkesti pektiini ja erineva seina arhitektuuri. [...] Kontsentratsioon fenooliühenditest on mahla kasvanud 15-25%, kasutades USA (ultraheli) kohtlemise pärast ensüümi inkubatsiooni."(Mokkila et al. 2004)

Mikroobide ja ensüümide inaktiveerimine

Mikroobide ja ensüümide inaktiveerimisest (säilitamine), nt mahlad ja kastmed on teine kohaldamise ultraheli toiduainete töötlemine. Täna, säilitamise poolt tõus temperatuur lühikese aja jooksul (Pastöriseerimine) on endiselt kõige levinum töötlemisviisi mikroorganismide või ensüümpreparaatide inaktiveerimise, mis viib pikema säilivusaja (säilitamine). Kuna kokkupuude kõrge temperatuuriga, see termiline meetod on sageli halvema paljude toiduainete. Tootmise uute ainete soojuse-katalüüsivad reaktsioonid ja muutmise makromolekulid samuti deformatsiooni taimset ja loomset struktuure võib vähendada kahjumi kvaliteeti. Seega, termiline töötlemine võib põhjustada soovimatuid muutusi ja organoleptilisi omadusi, st tekstuur, maitse, värvi, lõhna ja toiteväärtust, st vitamiine ja valke. Ultrasound on tõhus mitte soojus (minimaalne) töötlemine alternatiivi.

Soojus kohapeal kavitatsioon ja loodud radikaalid võivad viia inaktivatsiooni ensüümide ultrahelitöötlus (El'piner 1964). Kell piisavalt madal ultrahelitöötlus struktuuri ja metaboolsed võivad toimuda muutused rakkudes, ilma et nende hävitamine. Aktiivsus peroksidaasi, mida leidub kõige toores ja unblanched puu-ja köögivilja ning võib olla eriti seostatud Maastikul maitsed ja pruuniks pigmendid on võimalik oluliselt vähendada, kasutades ultraheli. Thermoresistant ensüümid, nagu lipaas ja proteaasi, mis taluvad ülikõrge temperatuuriga ravi ja mis aitab vähendada kvaliteeti ja kõlblikkusaeg kuumtöödeldud piima ja muude päevik tooteid saab inaktiveeritud tõhusamalt, rakendades samaaegselt ultraheli, kuumust ja rõhku (MTS).

Ultraheli näitas oma potentsiaali hävitamine toidust põhjustatud patogeenide nagu E.coli, Salmonella, Ascaris, Giargia, Cryptosporidium'i tsüstidJa polioviirus.

Kohaldatav: säilitamine moosi, marmelaadi või BETOONIPIND, näiteks jäätise, mahlad ja kastmed, liha-, piima -

Koosmõju ultraheli koos temperatuuri ja rõhu

Ultraheli on sageli tõhusam, kui koos teiste antimikroobse meetodeid, nagu:

• termo-ultrahelitöötlus, so soojus-ja ultraheli
• mano-ultrahelitöötlus, st rõhk ja ultraheli
• mano-termo-ultrahelitöötlus, st rõhk, soojus-ja ultraheli

Kombineeritud kohaldamine ultraheli soojust ja / või rõhk on soovitatav Bacillus subtilis'e, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, ja Aeromonas hydrophila.

Process Development

Erinevalt muud termilised protsessid, nagu kõrge hüdrostaatiline (HP), suru süsinikdioksiidi (cCO2) ja superkriitilisel süsinikdioksiidi (ScCO2) ja kõrge elektrivälja kaunviljad (ABI), ultraheli on lihtne testida laboris või pink-top skaala - teeniva korratavad tulemused mastaabi suurenemisest. Intensiivsus ja kavitatsioon omadusi saab kergesti kohandada konkreetselt kaevandamisega Konkreetsete eesmärkide saavutamiseks. Amplituudi ja surve saab muuta erinevaid, nt leida kõige energiatõhusate kaevandamise setup. Karm koed tuleks läbi leotamine, lihvimine või peenestamist enne ultraheli.

E.coli

Toota väikese koguse rekombinantse valkude uurimine ja iseloomustamine nende bioloogilisi omadusi, E.coli on bakter valikul. Puhastusseadmed sildid, nt polyhistidine saba, beeta-galaktosidaas või maltoos proteiinide, laialdaselt liitunud rekombinantse valgu, et muuta need eraldada rakkude ekstraktid puhtuse piisab kõige analüüsimise eesmärgil. Ultraheli võimaldab suurendada valgu vabastada, eriti kui tootmise saagis on madal ja säilitada struktuuri ja tegevust rekombinantse.

Häireid E.coli rakud eraldada kogu valk, Chymosin kaevandamine uuriti Kim ja Zayas.

Oksüdatsiooni

Praegu kontrollitakse osatähtsuse kohaldamise ultraheli, et biotransformatsiooni ja käärimine võib viia täiustatud bioprocessing tõttu põhjustatud bioloogilised mõjud ja kuna kaasa raku mass-transfer. Mõju kontrolli kohaldamise ultraheli (20kHz) kohta oksüdatsiooni kolesterooli cholestenone poolt puhke-rakud Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (endine Nocardia erythropolis) Uuris Baar.

Kolesterool + O₂ = Cholest-4-en-3-oon + H₂O₂

See süsteem on tüüpiline mikroobide muutusi steroole ja steroidide et substraat ja tooted on vees lahustumatu tahke. Seega see süsteem on suhteliselt ainulaadne, et nii rakkude ja kuivainete võidakse toime ultraheli (Baar, 1987). Piisavalt madal ultraheli intensiivsus, mis säilitatakse struktuurne terviklikkus rakkude ja säilitada nende metaboolse aktiivsuse Baar täheldatud märkimisväärsele kasvule kineetiline määrad biotransformatsioon mikroobide lobri 1,0 ja 2,5 g / L kolesterooli kui sonicated jaoks 5s iga 10mn koos väljundvõimsus 0.2W/cm ². Ultraheli näitas mingit mõju ensüümi oksüdatsiooni kolesterooli (2.5G / L) poolt kolesterooli oksüdaasi.

Soodsama Tehnoloogia

Kasutamise ultraheli kavitatsioon ekstraheerimiseks ja toiduainete säilitamine on uus võimas töötlemise tehnoloogia, et ei saa rakendada vaid turvaliselt ja keskkonnasõbralik, vaid ka efektiivselt ja säästlikult. Ühtlase ja säilitamise mõju saab hõlpsalt kasutada mahlad ja püreed (nt apelsin, õun, greip, mango, viinamari, ploom) ning köögiviljade kastmed ja supid, nagu tomatikastmes või spargli supp.

Kirjandus

Allinger, H. (1975): Ameerika Laboratory, 7 (10), 75 (1975).

Baar, R. (1987): Ultrasound Tõhustatud bioprotsessidele, In: Biotehnoloogia ja Engineering, Vol. 32, pp. 655-663 (1987).

El'piner, IE (1964): Ultrasound: füüsikalised, keemilised ja bioloogilised mõjud (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.

Kim, SM und Zayas, JF (1989): Töötlemine parameeter chymosin kaevandamise ultraheliga, et J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Permi, K (2004): Ühendades võimsus ultraheli koos toiduensüümide morss töötlemine, Kell: 2nd Int. Conf. Biokatalüüs toidu ja jookide, 19-22.9.2004, Stuttgart, Germany.

Moulton, KJ, Wang, LC (1982): Pilot-Plant uuring Pidev Ultraheli ekstraheerimine Soja valgu, in: Journal of Food Science, Volume 47, 1982.

Mummery, CL (1978): Mõju ultraheli kohta fibroblastides in vitro: Ph.D. Thesis, University of London, London, Inglismaa, 1978.

Kiire Link

Teabenõue

Seotud teadus

Hielscher ULTRASONICS GmbH