Hielscher تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية

استخراج بالموجات فوق الصوتية والحفاظ عليها

يستخدم تفكك هياكل الخلية (تحلل) عن طريق الموجات فوق الصوتية لاستخراج المركبات داخل الخلوية أو لتثبيط الميكروبات.

خلفية

في علم الأحياء الدقيقة، ويرتبط في المقام الأول مع الموجات فوق الصوتية تعطيل الخلية (تحلل) أو تفسخ ([أنّجر] 1975). عند صوتنة السوائل بكثافة عالية ، تؤدي الموجات الصوتية التي تنتشر إلى الوسائط السائلة إلى دورات متناوبة من الضغط العالي (الضغط) ودورات الضغط المنخفض (نادرة) ، مع معدلات تعتمد على التردد.
أثناء دورة الضغط المنخفض ، تنتج الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة فقاعات فراغ صغيرة أو فراغات في السائل. عندما تصل الفقاعات إلى حجم لا تستطيع عنده امتصاص الطاقة ، فإنها تنهار بشكل عنيف خلال دورة الضغط العالي. هذه الظاهرة تسمى التكهف. خلال الانفجار الداخلي يتم الوصول إلى درجات حرارة عالية جدا (حوالي 5000 كيلو) وضغوط (حوالي 2000 متر مكعب) محليا. كما ينتج عن انفجار فقاعة التجويف نفاثات سائلة تصل إلى سرعة 280 م / ث. تقوم قوى القص الناتجة باختراق غلاف الخلية ميكانيكياً وتحسين نقل المواد. الموجات فوق الصوتية يمكن أن يكون لها آثار مدمرة أو بناءة على الخلايا اعتمادا على المعلمات صوتنة المستخدمة.

تفكك خلية

تحت الانزيمات صوتنة مكثفة أو البروتينات يمكن أن تنطلق من الخلايا أو العضيات التحت خلوية نتيجة ل تفكك خلية. في هذه الحالة، ومجمع ليتم حله في محاطة مذيب في بنية غير قابلة للذوبان. من أجل انتزاع ذلك، يجب أن دمر غشاء الخلية. تعطيل الخلية هي عملية حساسة، لأن القدرة على جدار الخلية لتحمل الضغط الاسموزي عالية في الداخل. مطلوب مراقبة جيدة من تعطيل الخلايا، لتجنب الافراج دون عوائق لجميع المنتجات داخل الخلايا بما في ذلك الحطام خلية والأحماض النووية، أو تمسخ المنتج.
يقدم Ultrasonication كوسيلة يمكن التحكم بشكل جيد للتفكك خلية. لهذا، فإن آثار الميكانيكية الموجات فوق الصوتية توفر اختراق أسرع وأكثر اكتمالا من المذيبات في مواد الخلوية وتحسين نقل الجماعي. الموجات فوق الصوتية يحقق اختراق أكبر من المذيبات في الأنسجة النباتية ويحسن من نقل الجماعي. الموجات فوق الصوتية توليد التجويف تعطيل جدران الخلايا وتيسير الإفراج عن عناصر المصفوفة.

نقل الكتلة

بشكل عام، يمكن أن الموجات فوق الصوتية يؤدي إلى permeabilization أغشية الخلايا إلى أيونات (التمثيل الصامت 1978)، وأنها يمكن أن تقلل من الانتقائية في أغشية الخلايا بشكل كبير. النشاط الميكانيكي للالموجات فوق الصوتية يدعم نشر المذيبات في الأنسجة. كما يكسر الموجات فوق الصوتية جدار الخلية ميكانيكيا من قبل قوات التجويف القص، فإنه يسهل نقل من الخلية في المذيبات. خفض حجم الجسيمات من التجويف بالموجات فوق الصوتية يزيد من مساحة السطح في الاتصال بين الصلبة والسائلة.

البروتين وأنزيم استخراج

وعلى وجه الخصوص استخراج الانزيمات والبروتينات المخزنة في الخلايا والجزيئات التحت خلوية هو تطبيق فريدة وفعالة للموجات فوق الصوتية عالية الكثافة (كيم 1989)، واستخراج المركبات العضوية الموجودة داخل الجسم من النباتات والبذور بواسطة مذيب يمكن أن تحسن بشكل كبير. لذلك الموجات فوق الصوتية لديه فائدة محتملة في استخراج وعزل رواية يحتمل أن تكون المكونات النشطة بيولوجيا، مثل من غير المستخدمة من قبل المنتج تيارات تشكلت في العمليات الحالية. الموجات فوق الصوتية يمكن أن يساعد أيضا على تكثيف آثار العلاج الانزيم، وهذا يقلل من كمية الانزيم اللازمة أو زيادة الغلة من المركبات القابلة للاستخراج ذات الصلة.

الدهون والبروتينات

وكثيرا ما يستخدم Ultrasonication لتحسين استخراج الدهون والبروتينات من بذور النباتات، مثل فول الصويا (مثل الدقيق أو فول الصويا منزوع الدهن) أو غيرها من البذور الزيتية. في هذه الحالة، وتدمير جدران الخلايا يسهل الضغط (الباردة أو الساخنة)، وبالتالي يقلل من النفط المتبقي أو الدهون في كعكة الملحة.

وقد تجلى تأثير استخراج بالموجات فوق الصوتية المتواصل لمحصول البروتين تفرقهم مولتون وآخرون. زاد صوتنة الانتعاش من البروتين فرقت تدريجيا كما تقشر / نسبة المذيبات تغيرت 1:10 حتي 01:30. وبينت أن الموجات فوق الصوتية قادر على peptize بروتين الصويا تقريبا في أي الإنتاجية والتجارية أن الطاقة المطلوبة صوتنة كانت أدنى، عندما استخدمت عجائن سمكا. (مولتون وآخرون. 1982)

ينطبق على: زيت الليمون من الفواكه واستخراج النفط من الخردل الأرض، والفول السوداني، والاغتصاب، وزيت عشب (إشنسا) والكانولا وفول الصويا والذرة

تحرير المركبات الفينولية والانثوسيانين

وتستخدم الإنزيمات، مثل pectinases، السليلوزات وhemicellulases على نطاق واسع في تجهيز عصير لكي تتحلل جدران الخلايا وتحسين الاستخلاصية العصير. تعطل مصفوفة جدار الخلية أيضا إصدارات المكونات، مثل المركبات الفينولية في العصير. الموجات فوق الصوتية يحسن عملية الاستخراج، وبالتالي يمكن أن يؤدي إلى زيادة في العائد المركبات الفينولية، وقلويدات والعصائر، عادة اليسار في كعكة الصحافة.

الآثار المفيدة للعلاج بالموجات فوق الصوتية على تحرير مركبات فينولية والانثوسيانين من العنب والتوت مصفوفة، ولا سيما من التوت (فاكسينيوم myrtillus) والكشمش الأسود (ريبس) في عصير، تم التحقيق من قبل VTT التكنولوجيا الحيوية، فنلندا (MAXFUN بين الاتحاد الأوروبي والمشروع) باستخدام بالموجات فوق الصوتية UIP2000hd المعالج بعد ذوبان الجليد، يهرس وحضانة الانزيم. تم تحسين تعطل جدر الخلايا المعالجة الأنزيمية (Pectinex BE-3L لالتوت وBiopectinase CCM عن الكشمش الأسود) عندما جنبا إلى جنب مع الموجات فوق الصوتية. “معاملة الولايات المتحدة زيادة تركيز مركبات فينولية من عصير التوت بأكثر من 15٪. […] وكان تأثير (الموجات فوق الصوتية) US أكثر أهمية مع الكشمش الأسود، والتي هي التوت أكثر صعوبة في تجهيز عصير التوت من بسبب محتواها العالي من البكتين ومختلف جدار الخلية الهندسة المعمارية. […] زيادة تركيز المركبات الفينولية في عصير 15-25٪ باستخدام معاملة الولايات المتحدة (الموجات فوق الصوتية) بعد حضانة الانزيم.” (Mokkila وآخرون. 2004)

الميكروبية وأنزيم التعطيل

يعد تثبيط الميكروبية والإنزيم (الحفظ) ، على سبيل المثال في عصائر الفاكهة والصلصات ، تطبيقًا آخر للموجات فوق الصوتية في معالجة الطعام. واليوم ، لا يزال الحفاظ على درجة الحرارة المرتفعة لفترات قصيرة من الزمن (البسترة) هو أكثر طرق المعالجة شيوعًا لتعطيل الميكروبات أو الإنزيم الذي يؤدي إلى فترة صلاحية أطول (حفظ). بسبب التعرض لدرجة حرارة عالية ، فإن هذه الطريقة الحرارية غالباً ما تكون عيوباً للعديد من المنتجات الغذائية.
إنتاج مواد جديدة من التفاعلات المحفزة الحرارة وتعديل الجزيئات فضلا عن تشوه هياكل النباتية والحيوانية قد يقلل في فقدان الجودة. لذلك، يمكن أن المعالجة الحرارية يؤدي إلى تغييرات غير مرغوب فيها من الصفات الحسية، أي الملمس والنكهة واللون والرائحة، وصفات غذائية، أي الفيتامينات والبروتينات. الموجات فوق الصوتية هو غير الحرارية (الحد الأدنى) بديل معالجة فعالة.

الحرارة المتولدة محليا من قبل التجويف والمتطرفين خلق يمكن أن يؤدي إلى تثبيط الإنزيمات التي صوتنة (El'piner 1964). عند مستويات منخفضة بما فيه الكفاية من صوتنة يمكن أن تحدث تغييرات هيكلية والتمثيل الغذائي في الخلايا من دون تدميرها. نشاط البيروكسيد، وهي موجودة في معظم الفواكه والخضار النيئة وunblanched ويمكن أن تترافق خاصة مع تطور خارج نكهات وأصباغ إنضاج يمكن أن يخفض بدرجة كبيرة عن طريق استخدام الموجات فوق الصوتية. الإنزيمات بالحرارة، مثل الليباز والبروتياز التي تحمل العلاج فائقة درجات الحرارة العالية والتي يمكن أن تقلل من جودة وفترة الصلاحية من الحليب المعالج حراريا وغيرها من منتجات الألبان يمكن المعطل على نحو أكثر فعالية من قبل التطبيق المتزامن للموجات فوق الصوتية، الحرارة والضغط (MTS).

وقد أثبتت الموجات فوق الصوتية إمكاناتها في تدمير مسببات الأمراض التي تنقلها الأغذية، مثل بكتريا قولونية، السالمونيلا، الإسكارس، الجيارديا، الخراجات الكريبتوسبوريديوموفيروس شلل الأطفال.

ينطبق على: الحفاظ على مربى البرتقال أو الطبقة، على سبيل المثال لالآيس كريم، عصائر الفاكهة والصلصات ومنتجات اللحوم والألبان

التآزر من الموجات فوق الصوتية مع درجة الحرارة والضغط

Ultrasonication غالبا ما يكون أكثر فعالية عندما يقترن الأساليب المضادة للميكروبات أخرى، مثل:

  • الحرارية صوتنة، أي الحرارة والموجات فوق الصوتية
  • مانو-صوتنة، ضغط أي والموجات فوق الصوتية
  • مانو الحرارية-صوتنة، ضغط أي والحرارة والموجات فوق الصوتية

ينصح التطبيق المشترك الموجات فوق الصوتية مع الحرارة و / أو ضغط ل العصوية الرقيقة، coagulans عصية، الشمعية عصية، sterothermophilus عصية، خميرة الخباز، والإيروموناس هايدروفيلا.

تطوير العملية

على عكس العمليات غير الحرارية الأخرى، مثل ارتفاع ضغط الهيدروليكي (HP)، مضغوط ثاني أكسيد الكربون (cCO2) وثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة (ScCO2) وارتفاع نبضات الحقل الكهربائي (HELP) والموجات فوق الصوتية يمكن اختبارها بسهولة في المختبر أو مقعد بين كبار مقياس – توليد نتائج يمكن استنساخه على نطاق المتابعة. كثافة والخصائص التجويف يمكن تكييفها بسهولة لعملية استخراج محددة لاستهداف أهداف محددة. السعة وضغط يمكن أن تختلف في نطاق واسع، على سبيل المثال للتعرف على معظم الطاقة الإعداد استخراج كفاءة. يجب أن يخضع الأنسجة صعبة النقع، وطحن أو سحق قبل ultrasonication.

بكتريا قولونية

لانتاج كميات صغيرة من بروتينات المؤتلف للدراسة وتوصيف خصائصها البيولوجية، بكتريا قولونية هي بكتيريا في الاختيار. علامات تنقية، على سبيل المثال ذيل polyhistidine، بيتا غالاكتوزيداز، أو المالتوز ملزم
البروتينات، وانضم عادة إلى البروتينات المؤتلف من أجل جعلها فصله من مقتطفات خلية مع نقاء كافية لمعظم الأغراض التحليلية. Ultrasonication يسمح لتعظيم الافراج عن البروتين، وبخاصة عندما يكون العائد إنتاج منخفض وللحفاظ على بنية ونشاط البروتين المؤتلف.

تعطل بكتريا قولونية الخلايا من أجل استخراج البروتين الكلي كيموسين تم دراستها من قبل كيم وزاياس.

الزعفران استخراج

يُعرف الزعفران بأنه أغلى أنواع التوابل في السوق العالمية ويتميز بنكهته اللذيذة وطعمه المرير ولونه الأصفر الجذاب. يتم الحصول على التوابل الزعفران من وصمة العار الحمراء من زهرة الزعفران الزعفران. بعد التجفيف ، يتم استخدام هذه الأجزاء كتذوق في المطبخ أو كعامل تلوين. وينتج النكهة المميزة للزعفران المميز خاصة من ثلاثة مركبات: الكروكسين ، البيكروكروسين والسافران.

وقد أظهرت Kadkhodaee وهمتي-Kakhki في الدراسة أن ultrasonication زيادة الغلة استخراج بشكل كبير وتخفيض وقت المعالجة إلى حد كبير. في الواقع، كانت النتائج واستخلاص الموجات فوق الصوتية أفضل بشكل واضح من قبل استخراج الماء البارد التقليدي، الذي اقترحه ISO. لأبحاثهم، قد استخدمت Kadkhodaee وهمتي-Kakhki في HIELSCHER UP50H جهاز الموجات فوق الصوتية. وقد تم تحقيق أفضل النتائج مع صوتنة نابض. وهذا يعني أن فترات قصيرة نبض كانت أكثر فعالية من العلاج بالموجات فوق الصوتية مستمرة.

أكسدة

في شدة تسيطر عليها، وتطبيق الموجات فوق الصوتية لأحيائي والتخمير قد يؤدي بشكل جيد في التجهيز البيولوجي المعززة، وذلك بسبب الآثار البيولوجية الناجمة، ونظرا لالميسر الخلوية كتلة نقل. تأثير تطبيق رقابة من الموجات فوق الصوتية (20KHZ) على أكسدة الكولسترول إلى cholestenone يستريح خلايا Rhodococcus الحمرائية ATCC 25544 (سابقا النوكارديا الحمرائية) تم التحقيق فيها من قبل شريط.

الكولسترول + O2 = Cholest-4-أون-3-واحد + H2ال2

هذا النظام هو نموذجي من التحولات الميكروبية الجامدة والمنشطات في أن الركيزة ومنتجات مواد صلبة غير قابلة للذوبان بالماء. لذلك، هذا نظام فريد من نوعه إلى حد ما في أن كلا من الخلايا والمواد الصلبة يمكن أن تخضع لتأثير الموجات فوق الصوتية (بار، 1987). في شدة الموجات فوق الصوتية منخفضة بما فيه الكفاية والتي حافظت على سلامة هيكلية الخلايا والحفاظ على نشاطها الأيضي ، لاحظ بار تحسن كبير في معدلات الحركية من التحول الأحيائي في عجول الميكروبية من 1.0 و 2.5 غرام / لتر من الكوليسترول عندما sonicated لمدة 5s كل 10mn مع قوة خرج من 0.2W / سم². لم تظهر الموجات فوق الصوتية أي تأثير على الأكسدة الأنزيمية للكوليسترول (2.5g / L) بواسطة oxidase الكولسترول.

تقنية المفيد

الاستفادة من التجويف بالموجات فوق الصوتية لاستخراج وحفظ الأغذية هي تقنية المعالجة القوية الجديدة التي لا يمكن إلا أن تطبق بأمان وصديقة للبيئة ولكن أيضا بكفاءة واقتصاديا. والمجانسة وتأثير الحفاظ يمكن استخدامها بسهولة لعصائر الفاكهة وبوريس (مثل البرتقال والتفاح والجريب فروت والمانجو والعنب والبرقوق) فضلا عن الصلصات الخضار والحساء، مثل صلصة الطماطم أو حساء الهليون.

طلب المزيد من المعلومات!

الرجاء استخدام النموذج أدناه، إذا كنت ترغب في طلب معلومات إضافية بشأن استخدام الموجات فوق الصوتية لاستخراج والحفاظ عليها.









يرجى ملاحظة لدينا سياسة الخصوصية.


الأدب

Allinger، H. (1975): مختبر الأمريكية، 7 (10)، 75 (1975).

شريط، R. (1987): الموجات فوق الصوتية تعزيز العمليات الحيوية، في: التكنولوجيا الحيوية والهندسة، المجلد. 32، ص. 655-663 (1987).

El'piner، S.I. (1964): الموجات فوق الصوتية: الفيزيائية والكيميائية، والآثار البيولوجية (مكتب الاستشاريين، نيويورك، 1964)، 53-78.

Kadkhodaee، R .؛ همتي-Kakhki، A: بالموجات فوق الصوتية استخراج المركبات النشطة من الزعفران، في: الإنترنت النشر.

كيم، S. M. وزاياس، J.F. (1989): المعلمة تجهيز استخراج كيموسين بواسطة الموجات فوق الصوتية. في J. علوم الأغذية. 54: 700.

Mokkila، M.، Mustranta، A.، Buchert، J.، Poutanen، K (2004): الجمع بين الموجات فوق الصوتية على السلطة مع الانزيمات في تجهيز عصير التوت، على العنوان التالي: كثافة العمليات 2ND. أسيوط. Biocatalysis الأغذية والمشروبات، 19-22.9.2004، شتوتجارت، ألمانيا.

مولتون، K.J. وانغ، L.C. (1982): مجلة علوم الأغذية، المجلد 47، 1982: دراسة المستمر بالموجات فوق الصوتية استخراج البروتين فول الصويا، في الطيار النبات.

التمثيل الصامت، C.L. (1978): تأثير الموجات فوق الصوتية على الخلايا الليفية في المختبر، في: دكتوراه أطروحة، جامعة لندن، لندن، 1978.