Ултразвукова екстракция и консервация

Ултразвуковата екстракция и консервиране използва мощен ултразвук за разпадане на клетъчните структури (лизис). Разбиването на клетките с ултразвук се развива при високоефективна екстракция на вътреклетъчни съединения, както и микробна инактивация. Поради многобройните предимства, ултразвукът се използва широко за екстракция и консервиране в хранително-вкусовата промишленост. Научете повече за ползите от ултразвуковата екстракция и преработката на храни!

Мощен ултразвук за извличане и консервиране на храни и растителни продукти

Ултразвукова екстракция: Ултразвуковата екстракция е процес, който използва високочестотни звукови вълни за извличане на съединения от различни материали като растения, плодове и зеленчуци. Процесът включва използването на ултразвукови вълни за създаване на мехурчета под високо налягане в течен или полутвърд материал, които се срутват бързо, генерирайки интензивна топлина и налягане, които нарушават клетъчните стени на материала и освобождават желаните съединения.

Принципът на работа на ултразвуковото извличане и консервиране

Основният принцип зад ултразвуковата екстракция се основава на явлението, известно като акустична кавитация. Когато течността е изложена на ултразвукови вълни с висока интензивност и ниска честота (приблизително 20 kHz), тя генерира вълни под налягане, които създават малки вакуумни мехурчета в течността. Тези мехурчета нарастват по размер с увеличаване на интензивността на ултразвука и когато достигнат определен размер, те се срутват внезапно и силно, генерирайки ударна вълна и освобождавайки енергия под формата на топлина и налягане.
Този процес причинява механично разрушаване на клетъчните стени, освобождавайки желаните съединения от материала в течния разтворител. След това освободените съединения могат да бъдат отделени от разтворителя с помощта на стандартни техники за разделяне като филтриране или центрофугиране.

 
Ултразвуково консервиране: Ултразвуковото консервиране се основава на същите кавитационни ефекти като ултразвуковата екстракция. За консервиране се прилага мощен ултразвук за удължаване на срока на годност на нетрайните храни чрез използване на високочестотни звукови вълни за инхибиране на растежа на микроорганизми, които причиняват разваляне. Процесът включва излагане на храната на ултразвукови вълни, които нарушават клетъчните стени на бактерии, дрожди и плесени, което води до тяхното унищожаване или инхибиране.
Този процес причинява механично разрушаване на клетъчните стени на микроорганизмите, което води до тяхното унищожаване или инхибиране. Ултразвуковите вълни също могат да увеличат пропускливостта на клетъчните мембрани, позволявайки на консервантите и други антимикробни агенти да проникнат и да убият микроорганизмите по-ефективно.
Ултразвуковото консервиране е предпочитано пред традиционните методи за консервиране, тъй като предлага няколко предимства като по-кратко време за обработка, по-висока ефективност и способност за запазване на естествените свойства и вкусове на храната. Използва се в широка гама от хранителни продукти като сосове, сокове, млечни продукти, яйца и месо, за да удължи срока им на годност и да гарантира тяхната безопасност.

Ултразвуковата техника на екстракция и консервиране е предпочитана пред традиционните методи за екстракция и консервиране, тъй като предлага няколко предимства като по-бързи скорости на екстракция, отлично качество на продукта, по-висок добив, чисто механична нетермична обработка и възможност за извличане на по-широк спектър от съединения. Използва се в широк спектър от индустрии като храни и напитки, фармацевтика и козметика.

Ултразвукова екстракция на протеини и ензими

По-специално, извличането на ензими и протеини, съхранявани в клетките и субклетъчните частици, е уникално и ефективно приложение на ултразвук с висока интензивност, тъй като извличането на органични съединения, съдържащи се в тялото на растенията и семената, чрез разтворител може да бъде значително подобрено. Следователно ултразвукът има потенциална полза при извличането и изолирането на нови потенциално биоактивни компоненти, например от неизползвани потоци странични продукти, образувани в текущите процеси. Ултразвукът също може да помогне за засилване на ефектите от ензимното лечение и по този начин да намали необходимото количество ензим или да увеличи добива на подлежащи на извличане съответни съединения.

Ултразвукова екстракция на липиди и протеини

Ултразвукът често се използва за подобряване на извличането на липиди и протеини от растителни семена, като соя (напр. брашно или обезмаслена соя) или други маслодайни семена. В този случай разрушаването на клетъчните стени улеснява пресоването (студено или горещо) и по този начин намалява остатъчното масло или мазнина в пресоващата торта.

Влиянието на непрекъснатата ултразвукова екстракция върху добива на дисперсиран протеин е демонстрирано от Moulton et al. Ултразвукът увеличава възстановяването на диспергирания протеин прогресивно, тъй като съотношението люспи/разтворител се променя от 1:10 на 1:30. Той показа, че ултразвукът е в състояние да пептизира соевия протеин при почти всяка търговска производителност и че необходимата енергия от ултразвук е най-ниска, когато се използват по-дебели суспензии.

Ултразвуково изолиране на фенолни съединения и антоцианини

Ензими, като пектинази, целулази и хемицелулази се използват широко при обработката на сок, за да разградят клетъчните стени и да подобрят извличането на сока. Нарушаването на матрицата на клетъчната стена също освобождава компоненти, като фенолни съединения в сока. Ултразвукът подобрява процеса на екстракция и следователно може да доведе до увеличаване на фенолното съединение, алкалоидите и добива на сок, които обикновено остават в пресата.

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. “Лечението с САЩ увеличава концентрацията на фенолни съединения на сока от боровинки с повече от 15%. […] Влиянието на ултразвука е по-значително при касиса, който е по-предизвикателен при обработката на сок от боровинките поради високото им съдържание на пектин и различна архитектура на клетъчната стена. […] концентрацията на фенолни съединения в сока се увеличава с 15-25% чрез използване на ултразвуково лечение след ензимна инкубация.” (вж. Mokkila et al., 2004)
 

Инактивиране на микроби и ензими

Микробната и ензимната инактивация (консервиране), например в плодови сокове и сосове, е друго приложение на ултразвука в хранително-вкусовата промишленост. Днес консервирането чрез повишаване на температурата за кратки периоди от време (пастьоризация) все още е най-разпространеният метод за обработка на микробна или ензимна инактивация, което води до по-дълъг срок на годност (консервиране). Поради излагането на висока температура, конвенционалната термична пастьоризация често идва с недостатъци за хранителните продукти.
Производството на нови вещества от топлинно катализирани реакции и модификацията на макромолекулите, както и деформацията на растителните и животинските структури могат да намалят загубата на качество. Следователно термичната обработка може да причини нежелани промени в сетивните атрибути, т.е. текстура, вкус, цвят, мирис и хранителни качества, т.е. витамини и протеини. Ултразвукът е ефективна алтернатива за нетермична (минимална) обработка.

За разлика от конвенционалните термични обработки, ултразвуковото консервиране използва енергията и силите на срязване на акустичната кавитация, за да инактивира ензимите. При достатъчно ниски нива на ултразвук в клетките могат да настъпят структурни и метаболитни промени без тяхното унищожаване. Активността на пероксидазата, която се намира в повечето сурови и небланширани плодове и зеленчуци и може да бъде особено свързана с развитието на неприятни вкусове и покафени пигменти, може да бъде намалена значително чрез използването на ултразвук. Терморезистентните ензими, като липаза и протеаза, които издържат на ултра-висока температура и които могат да намалят качеството и срока на годност на термично обработеното мляко и други млечни продукти, могат да бъдат инактивирани по-ефективно чрез едновременното прилагане на ултразвук, топлина и налягане (MTS).

Ултразвукът демонстрира своя потенциал в унищожаването на хранителни патогени, като E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium cysts и Poliovirus.

Приложимо за: консервиране на конфитюр, мармалад или гарнитури, плодови сокове и сосове, месни продукти, млечни продукти и сладолед.
 

Синергии на ултразвук с температура и налягане

Ултразвукът често е по-ефективен, когато се комбинира с други антимикробни методи, като:

• термоултразвук, т.е. топлина и ултразвук
• маноултразвук, т.е. налягане и ултразвук
• мано-термоултразвук, т.е. налягане, топлина и ултразвук

Комбинираното приложение на ултразвук с топлина и/или налягане се препоръчва за Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae и Aeromonas hydrophila.

Ултразвук срещу други техники за консервиране на храни

За разлика от други термични и нетермични процеси, като хомогенизация под високо налягане, топлинна пастьоризация, високо хидростатично налягане (HP), компресиран въглероден диоксид (cCO2) и свръхкритичен въглероден диоксид (ScCO2), импулси с високо електрическо поле (HELP) или микровълнова печка, ултразвукът може лесно да бъде тестван в лабораторна или настолна скала – генериране на възпроизводими резултати за разрастване. Интензитетът и кавитационните характеристики могат лесно да се адаптират към специфичния процес на екстракция за постигане на конкретни цели. Амплитудата и налягането могат да се променят в широк диапазон, например за да се определи най-енергийно ефективната инсталация за извличане.

Други предимства, свързани с използването на ултразвукова екстракция тип сонда, са лесна работа с екстракта, бързо изпълнение, без остатъци, висок добив, екологичност, подобрено качество и предотвратяване на разграждането на екстракта.
(срв. Chemat et al., 2011)

Високоефективни ултразвукови апарати за екстракция и предварително серавиране

Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високоефективни ултразвукови апарати за ефективно извличане и съхранение. Използването на ултразвуково оборудване на Hielscher за екстракция и консервиране на храни е мощна технология за обработка, която може да се прилага не само безопасно и екологично, но и ефективно и икономично. Хомогенизиращият и консервиращ ефект може лесно да се използва за всеки течен или пастообразен хранителен продукт, включително плодови сокове и пюрета (напр. портокал, ябълка, грейпфрут, манго, грозде, слива), както и за зеленчукови сосове и супи (напр. доматен сос или супа от аспержи), млечни продукти, яйца и месо.
Нашето портфолио от ултразвукови хомогенизатори и екстрактори варира от ръчни, преносими устройства до напълно индустриални производствени системи за поточна обработка на големи обеми в търговски мащаб.

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: