استخراج بالموجات فوق الصوتية والحفظ
يستخدم الاستخراج والحفظ بالموجات فوق الصوتية باستخدام الموجات فوق الصوتية للطاقة لتفكك هياكل الخلايا (التحلل). تكسير الخلايا مع rersults الموجات فوق الصوتية في استخراج كفاءة عالية من المركبات داخل الخلايا وكذلك تعطيل الميكروبات. نظرا للعديد من المزايا ، يستخدم الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لاستخراج وحفظ في صناعة المواد الغذائية. معرفة المزيد عن فوائد استخراج بالموجات فوق الصوتية وتجهيز الأغذية!
الموجات فوق الصوتية للطاقة لاستخراج وحفظ الأغذية والنباتات
استخراج بالموجات فوق الصوتية: الاستخراج بالموجات فوق الصوتية هو عملية تستخدم موجات صوتية عالية التردد لاستخراج المركبات من مجموعة متنوعة من المواد مثل النباتات والفواكه والخضروات. تتضمن العملية استخدام الموجات فوق الصوتية لإنشاء فقاعات عالية الضغط في مادة سائلة أو شبه صلبة ، والتي تنهار بسرعة ، مما يولد حرارة وضغطا شديدين يعطل جدران الخلايا للمادة ويطلق المركبات المطلوبة.
مبدأ العمل لاستخراج بالموجات فوق الصوتية والحفاظ عليها
ويستند المبدأ الأساسي وراء استخراج بالموجات فوق الصوتية على الظاهرة المعروفة باسم التجويف السمعي. عندما يتعرض السائل لموجات فوق صوتية عالية الكثافة ومنخفضة التردد (حوالي 20 كيلو هرتز) ، فإنه يولد موجات ضغط تخلق فقاعات فراغ صغيرة في السائل. تنمو هذه الفقاعات في الحجم مع زيادة شدة الموجات فوق الصوتية ، وعندما تصل إلى حجم معين ، فإنها تنهار فجأة وبعنف ، وتولد موجة صدمة وتطلق الطاقة في شكل حرارة وضغط.
تسبب هذه العملية اضطرابا ميكانيكيا لجدران الخلايا ، مما يؤدي إلى إطلاق المركبات المرغوبة من المادة إلى المذيب السائل. يمكن بعد ذلك فصل المركبات المنبعثة عن المذيب باستخدام تقنيات الفصل القياسية مثل الترشيح أو الطرد المركزي.
الموجات فوق الصوتية UP400St للاستخراج غير الحراري الفعال للمواد النباتية.
الحفظ بالموجات فوق الصوتية: يعتمد الحفظ بالموجات فوق الصوتية على نفس تأثيرات التجويف مثل الاستخراج بالموجات فوق الصوتية. للحفاظ على الطاقة ، يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية لإطالة العمر الافتراضي للأطعمة القابلة للتلف باستخدام موجات صوتية عالية التردد لمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة التي تسبب التلف. تتضمن العملية تعريض الطعام للموجات فوق الصوتية التي تعطل جدران خلايا البكتيريا والخمائر والعفن ، مما يؤدي إلى تدميرها أو تثبيطها.
هذه العملية تسبب اضطرابا ميكانيكيا لجدران الخلايا من الكائنات الحية الدقيقة ، مما يؤدي إلى تدميرها أو تثبيطها. يمكن للموجات فوق الصوتية أيضا زيادة نفاذية أغشية الخلايا ، مما يسمح للمواد الحافظة وغيرها من العوامل المضادة للميكروبات باختراق وقتل الكائنات الحية الدقيقة بشكل أكثر فعالية.
يفضل الحفظ بالموجات فوق الصوتية على طرق الحفظ التقليدية لأنه يوفر العديد من المزايا مثل وقت المعالجة الأقصر والكفاءة العالية والقدرة على الحفاظ على الخصائص الطبيعية ونكهات الطعام. يتم استخدامه في مجموعة واسعة من المنتجات الغذائية مثل الصلصات والعصائر ومنتجات الألبان والبيض واللحوم لإطالة عمرها الافتراضي وضمان سلامتها.
تفضل تقنية الاستخراج والحفظ بالموجات فوق الصوتية على طرق الاستخراج والحفظ التقليدية لأنها توفر العديد من المزايا مثل معدلات الاستخراج الأسرع وجودة المنتج الممتازة والعائد العالي والمعالجة الميكانيكية غير الحرارية البحتة والقدرة على استخراج مجموعة واسعة من المركبات. يتم استخدامه في مجموعة واسعة من الصناعات مثل الأغذية والمشروبات والأدوية ومستحضرات التجميل.
تجويف قوي بالموجات فوق الصوتية في هيلشر UIP1000hdT كاسكاترود
استخراج البروتين والإنزيم بالموجات فوق الصوتية
على وجه الخصوص ، يعد استخراج الإنزيمات والبروتينات المخزنة في الخلايا والجزيئات تحت الخلوية تطبيقا فريدا وفعالا للموجات فوق الصوتية عالية الكثافة ، حيث يمكن تحسين استخراج المركبات العضوية الموجودة داخل جسم النباتات والبذور بواسطة مذيب بشكل كبير. لذلك فإن الموجات فوق الصوتية لها فائدة محتملة في استخراج وعزل المكونات الجديدة التي يحتمل أن تكون نشطة بيولوجيا ، على سبيل المثال من تدفقات المنتجات الثانوية غير المستخدمة التي تشكلت في العمليات الحالية. يمكن أن تساعد الموجات فوق الصوتية أيضا في تكثيف آثار العلاج بالإنزيم ، وبهذا تقلل من كمية الإنزيم اللازمة أو تزيد من إنتاجية المركبات ذات الصلة القابلة للاستخراج.
استخراج الدهون والبروتينات بالموجات فوق الصوتية
وغالبا ما يستخدم الموجات فوق الصوتية لتحسين استخراج الدهون والبروتينات من البذور النباتية، مثل فول الصويا (مثل الدقيق أو فول الصويا منزوع الدسم) أو غيرها من البذور الزيتية. في هذه الحالة ، يسهل تدمير جدران الخلايا الضغط (بارد أو ساخن) وبالتالي يقلل من الزيت المتبقي أو الدهون في كعكة الضغط.
تم توضيح تأثير الاستخراج المستمر بالموجات فوق الصوتية على محصول البروتين المشتت بواسطة Moulton et al. زادت الصوتنة من استعادة البروتين المشتت تدريجيا حيث تغيرت نسبة التقشر / المذيب من 1:10 إلى 1:30. وأظهرت أن الموجات فوق الصوتية قادرة على تعميد بروتين الصويا في أي إنتاجية تجارية تقريبا وأن طاقة الصوتنة المطلوبة كانت الأدنى ، عندما تم استخدام ملاط أكثر سمكا.
العزل بالموجات فوق الصوتية للمركبات الفينولية والأنثوسيانين
تستخدم الإنزيمات ، مثل البكتيناز والسليولاز والهيميسيلولاز على نطاق واسع في معالجة العصير من أجل تدهور جدران الخلايا وتحسين قابلية استخراج العصير. يؤدي تعطيل مصفوفة الجدار الخلوي أيضا إلى إطلاق مكونات ، مثل المركبات الفينولية في العصير. تعمل الموجات فوق الصوتية على تحسين عملية الاستخراج وبالتالي يمكن أن تؤدي إلى زيادة في المركب الفينولي والقلويات وإنتاج العصير ، وعادة ما تترك في كعكة الصحافة.
The beneficial effects of ultrasonic treatment on the liberation of phenolic compounds and anthocyanins from grape and berry matrix, in particular from bilberries (Vaccinium myrtillus) and black currants (>Ribes nigrum) into juice, was investigated by VTT Biotechnology, Finland using an ultrasonic processor UIP2000hd after thawing, mashing and enzyme incubation. The disruption of the cell walls by enzymatic treatment (Pectinex BE-3L for bilberries and Biopectinase CCM for black currants) was improved when combined with ultrasound. “العلاج الأمريكي يزيد من تركيز المركبات الفينولية لعصير التوت بأكثر من 15٪. […] كان تأثير الولايات المتحدة (الموجات فوق الصوتية) أكثر أهمية مع الكشمش الأسود ، وهو التوت الأكثر تحديا في معالجة العصير من التوت بسبب محتواه العالي من البكتين وبنية جدار الخلية المختلفة. […] زاد تركيز المركبات الفينولية في العصير بنسبة 15-25٪ باستخدام العلاج الأمريكي (الموجات فوق الصوتية) بعد حضانة الإنزيم.” (راجع موكيلا وآخرون، 2004)
الموجات فوق الصوتية UIP6000hdT في منشأة صناعية للاستخراج المستمر.
تعطيل الميكروبات والإنزيمات
تعطيل الميكروبات والإنزيم (الحفظ) ، على سبيل المثال في عصائر الفاكهة والصلصات هو تطبيق آخر للموجات فوق الصوتية في معالجة الأغذية. اليوم ، لا يزال الحفظ عن طريق ارتفاع درجة الحرارة لفترات قصيرة من الزمن (البسترة) هو طريقة المعالجة الأكثر شيوعا لتعطيل الميكروبات أو الإنزيم الذي يؤدي إلى إطالة العمر الافتراضي (الحفظ). بسبب التعرض لدرجة حرارة عالية ، غالبا ما تأتي البسترة الحرارية التقليدية عيوبا للمنتجات الغذائية.
قد يؤدي إنتاج مواد جديدة من التفاعلات المحفزة بالحرارة وتعديل الجزيئات الكبيرة وكذلك تشوه الهياكل النباتية والحيوانية إلى تقليل فقدان الجودة. لذلك ، يمكن أن تسبب المعالجة الحرارية تغيرات غير مرغوب فيها في السمات الحسية ، أي الملمس والنكهة واللون والرائحة والصفات الغذائية ، أي الفيتامينات والبروتينات. الموجات فوق الصوتية هي بديل معالجة فعال غير حراري (الحد الأدنى).
على عكس المعالجات الحرارية التقليدية ، يستخدم الحفظ بالموجات فوق الصوتية قوى الطاقة والقص للتجويف الصوتي من أجل تعطيل الإنزيمات. في مستويات منخفضة بما فيه الكفاية من صوتنة التغيرات الهيكلية والأيضية يمكن أن تحدث في الخلايا دون تدميرها. يمكن تقليل نشاط البيروكسيديز ، الموجود في معظم الفواكه والخضروات النيئة وغير المبيضة ويمكن أن يرتبط بشكل خاص بتطوير النكهات والأصباغ البنية بشكل كبير عن طريق استخدام الموجات فوق الصوتية. يمكن تعطيل الإنزيمات المقاومة للحرارة ، مثل الليباز والبروتياز التي تتحمل المعالجة بدرجة حرارة عالية للغاية والتي يمكن أن تقلل من جودة وعمر صلاحية الحليب المعالج حراريا ومنتجات الألبان الأخرى بشكل أكثر فعالية عن طريق التطبيق المتزامن للموجات فوق الصوتية والحرارة والضغط (MTS).
أثبتت الموجات فوق الصوتية إمكاناتها في تدمير مسببات الأمراض التي تنقلها الأغذية ، مثل الإشريكية القولونية والسالمونيلا والإسكاريس والجيارديا وأكياس الكريبتوسبوريديوم وفيروس شلل الأطفال.
ينطبق على: الحفاظ على المربى ، مربى البرتقال أو الطبقة ، عصائر الفاكهة والصلصات ، منتجات اللحوم ، منتجات الألبان والآيس كريم.
التآزر بين الموجات فوق الصوتية ودرجة الحرارة والضغط
الموجات فوق الصوتية غالبا ما تكون أكثر فعالية عندما تقترن بطرق أخرى مضادة للميكروبات ، مثل:
- صوتنة حرارية ، أي الحرارة والموجات فوق الصوتية
- mano-sonication ، أي الضغط والموجات فوق الصوتية
- صوتنة مانو الحرارية ، أي الضغط والحرارة والموجات فوق الصوتية
يوصى بالتطبيق المشترك للموجات فوق الصوتية مع الحرارة و / أو الضغط ل Bacillus subtilis و Bacillus coagulans و Bacillus cereus و Bacillus sterothermophilus و Saccharomyces cerevisiae و Aeromonas hydrophila.
الموجات فوق الصوتية مقابل تقنيات حفظ الأغذية الأخرى
على عكس العمليات الحرارية وغير الحرارية الأخرى ، مثل التجانس عالي الضغط ، والبسترة الحرارية ، والضغط الهيدروستاتيكي العالي (HP) ، وثاني أكسيد الكربون المضغوط (cCO2) وثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (ScCO2) ، ونبضات المجال الكهربائي العالي (HELP) أو الميكروويف ، يمكن اختبار الموجات فوق الصوتية بسهولة في المختبر أو مقياس الطاولة – توليد نتائج قابلة للتكرار لتوسيع النطاق. يمكن تكييف خصائص الكثافة والتجويف بسهولة مع عملية الاستخراج المحددة لاستهداف أهداف محددة. يمكن أن تختلف السعة والضغط في نطاق واسع ، على سبيل المثال لتحديد إعداد الاستخراج الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
المزايا الأخرى المرتبطة باستخدام استخراج نوع المسبار بالموجات فوق الصوتية هي سهولة التعامل مع المستخلص ، والتنفيذ السريع ، وعدم وجود بقايا ، وإنتاجية عالية ، وصديقة للبيئة ، وجودة محسنة ، ومنع تدهور المستخلص.
(راجع شيمات وآخرون ، 2011)
- استخراج أكثر اكتمالا
- الحفظ غير الحراري
- عوائد أعلى
- مغذيات عالية وجودة طعام ممتازة
- عملية سريعة
- عملية باردة / غير حرارية
- سهل وآمن للعمل
- صيانة منخفضة
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لاستخراج وpreseravation
Hielscher الفوق صوتيات تصميم وتصنيع وتوزيع الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لاستخراج فعالة والحفاظ عليها. باستخدام معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher لاستخراج وحفظ الأغذية هي تكنولوجيا معالجة قوية لا يمكن تطبيقها فقط بأمان وصديقة للبيئة ولكن أيضا بكفاءة واقتصادية. يمكن استخدام تأثير التجانس والحفظ بسهولة لأي منتج غذائي سائل أو شبيه بالمعجون بما في ذلك عصائر الفاكهة والمهروس (مثل البرتقال والتفاح والجريب فروت والمانجو والعنب والبرقوق) وكذلك لصلصات الخضار والحساء (على سبيل المثال ، صلصة الطماطم أو حساء الهليون) ومنتجات الألبان والبيض واللحوم.
تتراوح مجموعتنا من المجانسات والمستخلصات بالموجات فوق الصوتية من الأجهزة المحمولة باليد إلى أنظمة الإنتاج الصناعية بالكامل للمعالجة المضمنة لكميات كبيرة على نطاق تجاري.
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا
Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بواسطة الموجات فوق الصوتية Hielscher.
Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5 مل | ن.أ. | VialTweeter | 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب / المراجع
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Farid Chemat, Zill-e-Huma, Muhammed Kamran Khan (2011): Applications of ultrasound in food technology: Processing, preservation and extraction. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 18, Issue 4, 2011. 813-835.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Allinger, H. (1975): American Laboratory, 7 (10), 75 (1975). Bar, R. (1987): Ultrasound Enhanced Bioprocesses, in: Biotechnology and Engineering, Vol. 32, Pp. 655-663 (1987).
- El’piner, I.E. (1964): Ultrasound: Physical, Chemical, and Biological Effects (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.
- Kim, S.M. und Zayas, J.F. (1989): Processing parameter of chymosin extraction by ultrasound; in J. Food Sci. 54: 700.
- Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Combining power ultrasound with enzymes in berry juice processing, at: 2nd Int. Conf. Biocatalysis of Food and Drinks, 19-22.9.2004, Stuttgart, Germany.
- Moulton, K.J., Wang, L.C. (1982): A Pilot-Plant Study of Continuous Ultrasonic Extraction of Soybean Protein, in: Journal of Food Science, Volume 47, 1982.
- Mummery, C.L. (1978): The effect of ultrasound on fibroblasts in vitro, in: Ph.D. Thesis, University of London, London, England, 1978.
حقائق تستحق المعرفة
تفكك الخلايا بالموجات فوق الصوتية
تحت صوتنة مكثفة يمكن إطلاق الانزيمات أو البروتينات من الخلايا أو العضيات تحت الخلوية نتيجة لتفكك الخلايا. في هذه الحالة، يكون المركب المراد إذابته في مذيب محاطا بتركيب غير قابل للذوبان. من أجل استخراجه ، يجب تدمير غشاء الخلية. يعد تعطيل الخلية عملية حساسة ، لأن قدرة جدار الخلية على تحمل الضغط الاسموزي العالي في الداخل. مطلوب التحكم الجيد في اضطراب الخلايا ، لتجنب الإطلاق دون عوائق لجميع المنتجات داخل الخلايا بما في ذلك حطام الخلايا والأحماض النووية ، أو تمسخ المنتج.
الموجات فوق الصوتية بمثابة وسيلة يمكن التحكم فيها بشكل جيد لتفكك الخلايا. لهذا ، توفر التأثيرات الميكانيكية للموجات فوق الصوتية تغلغلا أسرع وأكثر اكتمالا للمذيبات في المواد الخلوية وتحسين نقل الكتلة. تحقق الموجات فوق الصوتية تغلغلا أكبر للمذيب في الأنسجة النباتية وتحسن نقل الكتلة. الموجات فوق الصوتية التي تولد التجويف تعطل جدران الخلايا وتسهل إطلاق مكونات المصفوفة.
نقل الكتلة المحسن بالموجات فوق الصوتية يعزز الاستخراج
بشكل عام ، يمكن أن تؤدي الموجات فوق الصوتية إلى نفاذية أغشية الخلايا إلى أيونات ، ويمكن أن تقلل من انتقائية أغشية الخلايا بشكل كبير. يدعم النشاط الميكانيكي للموجات فوق الصوتية انتشار المذيبات في الأنسجة. نظرا لأن الموجات فوق الصوتية تكسر جدار الخلية ميكانيكيا بواسطة قوى قص التجويف ، فإنها تسهل النقل من الخلية إلى المذيب. يؤدي تقليل حجم الجسيمات بواسطة التجويف بالموجات فوق الصوتية إلى زيادة مساحة السطح الملامسة بين المرحلة الصلبة والسائلة.
تحلل بالموجات فوق الصوتية وتعطيل E.coli
لإنتاج كميات صغيرة من البروتينات المؤتلفة لدراسة وتوصيف خصائصها البيولوجية ، فإن E.coli هي البكتيريا المفضلة. عادة ما يتم ربط علامات التنقية ، مثل ذيل بولي هيستيدين أو بيتا جالاكتوزيداز أو بروتينات ربط المالتوز ، بالبروتينات المؤتلفة لجعلها قابلة للفصل عن مستخلصات الخلايا بنقاوة كافية لمعظم الأغراض التحليلية. يسمح Ultrasonication بتعظيم إطلاق البروتين ، خاصة عندما يكون عائد الإنتاج منخفضا والحفاظ على بنية ونشاط البروتين المؤتلف.
الأكسدة بالموجات فوق الصوتية
عند الشدة الخاضعة للرقابة ، قد يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية على التحول الأحيائي والتخمير إلى معالجة بيولوجية محسنة ، بسبب التأثيرات البيولوجية المستحثة وبسبب تسهيل نقل الكتلة الخلوية. تم التحقيق في تأثير التطبيق الخاضع للرقابة للموجات فوق الصوتية (20 كيلو هرتز) على أكسدة الكوليسترول إلى الكوليستين عن طريق استراحة خلايا Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (سابقا Nocardia erythropolis) بواسطة Bar (1987).
هذا النظام نموذجي للتحولات الميكروبية للستيرول والمنشطات من حيث أن الركيزة والمنتجات عبارة عن مواد صلبة غير قابلة للذوبان في الماء. لذلك ، هذا النظام فريد من نوعه إلى حد ما من حيث أن كل من الخلايا والمواد الصلبة قد تخضع لتأثير الموجات فوق الصوتية. بكثافة منخفضة بما فيه الكفاية بالموجات فوق الصوتية التي حافظت على السلامة الهيكلية للخلايا وحافظت على نشاطها الأيضي ، لاحظ بار تحسنا كبيرا في المعدلات الحركية للتحول الحيوي في الملاط الميكروبي من 1.0 و 2.5 جم / لتر من الكوليسترول عند صوتنة لمدة 5 ثوان كل 10 دقائق مع خرج طاقة 0.2 واط / سم². لم تظهر الموجات فوق الصوتية أي تأثير على الأكسدة الأنزيمية للكوليسترول (2.5 جم / لتر) بواسطة أوكسيديز الكوليسترول.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.