Hielscher ултразвукова технология

Ултразвукова добив и опазване на

Разпадането на клетъчни структури (лизис) с помощта на ултразвук се използва за извличане на вътрешно-клетъчни съединения или за микробен инактивиране.

Заден план

В микробиология, ултразвук основно се свързва с клетъчно разрушаване (лизис) или дезинтеграция (Алингер 1975). Когато звуковите вълни, които се разпространяват в течната среда, водят до редуване на цикли с високо налягане (сгъстяване) и ниско налягане (разреждане) с честота, която зависи от честотата.
По време на цикъла с ниско налягане високочестотните ултразвукови вълни създават мехурчета или празнини в течността. Когато мехурчетата достигнат обем, при който вече не могат да поглъщат енергия, те се разпадат бурно по време на цикъл с високо налягане. Това явление се нарича кавитация. По време на имплозията се достигат много високи температури (приблизително 5000K) и налягания (приблизително 2000 атм). Имплозията на кавитационния балон също води до течни струи с скорост до 280 m / s. Получените срязващи сили разрушават машинно обвивката механично и подобряват трансфера на материал. Ултразвукът може да има разрушителни или конструктивни ефекти върху клетките в зависимост от използваните параметри за ултразвук.

клетка разпадане

При интензивно обработка с ултразвук, ензими или протеини могат да бъдат освободени от клетки или субклетъчни органели, в резултат на клетка разпадане, В този случай, съединението се разтваря в разтворител е затворена в неразтворима структура. За да го извлечете, клетъчната мембрана трябва да бъде разрушена. Разрушаване на клетки е чувствителен процес, тъй като способност на стената клетка, за да издържат на високо осмотично налягане вътре. се изисква добър контрол на прекъсването на клетките, за да се избегне безпрепятствено освобождаване на всички продукти, включително вътреклетъчни клетка отломки и нуклеинови киселини, или денатуриране продукт.
Ultrasonication служи като добре управляеми средства за клетъчно разпадане. За това, механични ефекти на ултразвук осигуряват по-бързо и по-пълно проникване на разтворител в клетъчни материали и подобряване на масообмен. Блокада постига по-голямо проникване на разтворител в растителна тъкан и подобрява маса трансфер. Ултразвукови вълни генериране на кавитация нарушават клетъчните стени и улесняват освобождаването на матрични компоненти.

масопренасяне

Като цяло, ултразвук може да доведе до пермеабилизация на клетъчните мембрани на йони (маскарад 1978), И тя може да намали селективността на клетъчните мембрани значително. Механичната активност на ултразвук поддържа разпространението на разтворители в тъканта. Както ултразвук разгражда клетъчната стена механично от силите на срязване кавитация, улеснява трансфера от клетката в разтворителя. Намаляването на размера на частиците от ултразвукова кавитация увеличава повърхностната площ на контакт между твърдото вещество и течна фаза.

Протеини и Enzyme Екстракция

По-специално при извличането на ензими и протеини съхранява в клетки и субклетъчни частици е уникален и ефективно прилагане на ултразвук с висок интензитет (Ким 1989), Като извличането на органични съединения, съдържащи се в тялото на растения и семена от разтворител може да бъде значително подобрена. Следователно ултразвук има потенциална полза при добива и изолиране на нови потенциално биологично активни компоненти, например от не-използвани от продукт потоци, образувани в настоящите процеси. Блокада също може да помогне да се засили ефекта на ензим лечение, и от това намаляване на количеството ензим, необходимо или да се увеличи добивът на екстрахиране съответните съединения.

Липиди и протеини

Ultrasonication често се използва за подобряване на извличането на липиди и протеини от растителни семена, такива като соя (например брашно или обезмаслени соя) или други маслодайни семена. В този случай, разрушаване на клетъчните стени улеснява пресоване (студено или горещо) и по този начин намалява Остатъчното масло или мазнина в пресоващата утайка.

Влиянието на непрекъснат ултразвуков извличане на добива на диспергирана протеин се демонстрира от Moulton сътр, Ултразвуковата вана увеличи възстановяването на диспергирана протеин постепенно като съотношението на люспи / разтворител променя 1:10-1:30. Той показа, че е способен да ултразвук пептизира соев протеин в почти всички търговски пропускателна способност и че необходимата енергия за обработка с ултразвук е най-ниската, когато са били използвани по-дебели шлам. (Moulton и сътр. 1982)

Приложим за: Citrus масло от плодове, извличане на масло от земята горчица, фъстъци, рапица, билки масло (ехинацея), рапица, соя, царевица

Освобождението на фенолни съединения и Anthocyanins

Ензимите като пектинази, целулази и полуцелулолази са широко използвани при обработка на сок, за да се разгради клетъчните стени и да се подобри екстрахиру на сока. Разрушаването на матрицата на клетъчната стена и освобождава компоненти, като фенолни съединения в сока. Ултразвукова подобрява процеса на екстракция и следователно може да доведе до увеличаване на добива от фенолно съединение, алкалоиди и сок, обикновено се оставя в утайката на пресата.

Благоприятните ефекти на ултразвукова обработка на освобождаването на фенолни съединения и антоцианини от грозде и зрънце матрица, по-специално от боровинки (черната боровинка) И касис (Ribes) В сок, се изследва чрез VTT биотехнологии, Финландия (MAXFUN ЕС-проект) с помощта на Ултразвукова процесор UIP2000hd след размразяване, стриване и ензим инкубация. Разрушаването на клетъчните стени на лечение ензимната (Pectinex BE-3L за боровинки и Biopectinase НКМ за касис) се подобрява, когато се комбинира с ултразвук. “лечение на САЩ увеличи концентрацията на фенолни съединения с боровинка сок с повече от 15%. […] Влиянието на САЩ (ултразвук) е по-значителен от касис, които са по-трудни плодове в преработката сок от боровинки поради високото им съдържание на пектин и различна архитектура на клетъчната стена. […] Концентрацията на фенолни съединения в сока се увеличава с 15-25% с помощта на САЩ (ултразвук) третиране след ензим инкубация.” (Mokkila и сътр. 2004)

Микроби и Enzyme Инактивиране

Микробното и ензимно инактивиране (съхранение), напр. В плодови сокове и сосове е друго приложение на ултразвук в хранителната промишленост. Днес съхранението чрез повишаване на температурата за кратки периоди от време (пастьоризация) все още е най-разпространеният метод за преработка на микробална или ензимна инактивация, която води до по-дълъг срок на съхранение (съхранение). Поради излагането на висока температура този термичен метод често има недостатъци за много хранителни продукти.
Получаването на нови вещества от топлинно катализира реакции и изменението на макромолекули, както и деформацията на растителни и животински структури могат да се намалят до загуба на качеството. Следователно, термична обработка може да доведе до нежелани промени на сензорни качества, т.е. текстура, вкус, цвят, мирис и хранителни качества, т.е. витамини и протеини. Блокада е ефективно не-топлинен (минимална) алтернатива на обработка.

Топлината, генерирана локално от кавитация и създадените радикали може да доведе до инактивиране на ензимите чрез ултразвук (El'piner 1964). При достатъчно ниски нива на ултразвук структурни и метаболитни промени могат да се появят в клетки без тяхното унищожаване. Активността на пероксидаза който се намира в най-сурови и unblanched плодове и зеленчуци и може да бъде особено свързани с развитието на лош вкус и запичане пигменти могат да бъдат намалени значително чрез използването на ултразвук. Топлоустойчиви ензими като липаза и протеаза, която издържа на лечение със свръхвисока температура и който може да намали качеството и срок на годност на топлинно обработено мляко и други млечни продукти могат да бъдат инактивирани по-ефективно от едновременното прилагане на ултразвук, топлина и налягане (MTS).

Блокада доказа своята потенциал в унищожаването на хранителни патогени, като Д. Коли, салмонела, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium кистиИ Полиовирус.

Приложим за: опазване на конфитюр, мармалад или гарнитурата, например за СЛАДОЛЕД, плодови сокове и сосове, месни продукти, мляко и млечни

Взаимодействието на ултразвук с температура и налягане

Ultrasonication често е по-ефективен, когато се комбинира с други анти-микробни методи, като например:

  • термо-ултразвук, т.е. топлина и ултразвук
  • Мано-ултразвук, т.е. налягане и ултразвук
  • Мано-термо-ултразвук, т.е. налягане, топлина и ултразвук

Комбинираното прилагане на ултразвук с топлина и / или налягане се препоръчва Бацилус субтилис, Bacillus coagulans, Bacillus Cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, и Aeromonas hydrophila,

развитие на процеса

За разлика от други не-термични процеси, като например високо хидростатично налягане (HP), сгъстен въглероден диоксид (CCO2) и суперкритичен въглероден диоксид (ScCO2) и високо електрическо поле импулси (HELP), ултразвук могат лесно да бъдат тествани в лаборатория или пейка-горната скала – генериране на възпроизводими резултати за мащаба. Интензитетът и характеристиките на кавитация могат лесно да бъдат адаптирани към специфичния процес на екстракция за насочване на конкретни цели. Амплитуда и налягане може да варира в широк диапазон, например да се идентифицират най-енергийно ефективна настройка екстракция. Трудни тъкани трябва да се подлагат на мацерация, смилане или пулверизиране преди ултразвук.

Д. Коли

За производството на малки количества от рекомбинантни протеини за изследване и характеризиране на техните биологични свойства, Д. Коли е бактерията избор. Пречистване маркери, например полихистидин опашка, бета-галактозидаза, или малтоза-свързващ
протеини, обикновено свързани към рекомбинантни протеини, за да ги отделят от клетъчни екстракти с чистота, достатъчна за повечето аналитични цели. Ultrasonication позволява да се увеличи максимално освобождаване на протеин, по-специално когато добивът на производство е ниска и за запазване на структурата и активността на рекомбинантния протеин.

Нарушаването на Д. Коли клетки, за да се извлече общо химозин протеин се изследва чрез Ким и Заяс,

Saffron Извличане

Шафранът е известен като най-скъпата подправка на световния пазар и се отличава с деликатен аромат, горчив вкус и атрактивен жълт цвят. Шафровото подправки се получава от червената стигма на цветето от шафрански минзухар. След изсушаване тези части се използват като подправка в кухнята или като оцветител. Интензивният характерен аромат на шафрана се получава особено от три съединения: крокини, пикрокроцин и сафран.

Kadkhodaee и Hemmati-Kakhki са показа в изследване, което ултразвук увеличи добивът от екстракцията значително намали времето за обработка значително. В действителност, резултатите по извличане ултразвук бяха видимо по-добре, отколкото с традиционния добив студена вода, която се предлага от ISO. За изследванията си, Kadkhodaee и Hemmati-Kakhki са използвали Hielscher е ултразвукова UP50H устройство, Най-добри резултати са постигнати с импулсна ултразвук. Това означава, че кратки интервали импулсни са по-ефективни, отколкото непрекъснат ултразвуков лечение.

окисляване

В контролирани интензитет, прилагането на ултразвук за биотрансформация и ферментация може да доведе до повишена биотехнологичен, поради индуцирани биологични ефекти и поради улеснено клетъчна маса трансфер. Влиянието на контролираното прилагане на ултразвук (20kHz) на окисляването на холестерола да cholestenone от покой клетки Родопкови еритрполис АТСС 25544 (по-рано Некардиоеритрополис) Се изследва чрез бар,

Холестерол + O2 = Холест-4-ен-3-он + Н2Най-2

Тази система е характерно за микробните трансформации на стероли и стероиди в това, че субстратът и продуктите са неразтворими във вода вещества. Ето защо, тази система е доста уникален с това, както на клетките и твърдите вещества могат да бъдат подложени на въздействието на ултразвук (Бар, 1987). При достатъчно нисък ултразвуков интензитет, който запазва структурната цялост на клетките и поддържа тяхната метаболитна активност, Бар наблюдава значително повишаване на кинетичните скорости на биотрансформацията в микробните суспензии от 1.0 и 2.5 g / L холестерол, когато се обработва с ултразвук за 5s на всеки 10mn мощност от 0,2 W / cm². Ултразвукът не показва ефект върху ензимното окисление на холестерола (2,5 g / L) от холестерол оксидазата.

Изгодно Technology

Използването на ултразвукова кавитация за добив и съхранение на храна е нова мощна технология за обработка, която не може да се прилага само по безопасен начин и околната среда, но също така ефективно и икономично. В хомогенизиране и запазване ефект може лесно да се използва за плодови сокове и пюрета (например портокал, ябълка, грейпфрут, манго, грозде, сливи), както и за зеленчукови сосове и супи, като доматен сос или аспержи супа.

Заявка за повече информация!

Моля, използвайте формата по-долу, ако желаете да изиска допълнителна информация относно използването на ултразвук за извличане и съхранение.









Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


литература

Allinger, Н. (1975): Американска лаборатория, 7 (10), 75 (1975).

Бар, R. (1987): Блокада Enhanced BioprocessesВ: Биотехнологии и инженеринг, Vol. 32, стр. 655-663 (1987).

El'piner, S.I. (1964): Блокада: физически, химически и биологични ефекти (консултанти бюро, New York, 1964), 53-78.

Kadkhodaee, R .; Hemmati-Kakhki, A .: Ултразвукова Екстракция на активни съставки от шафран, в: Интернет публикация.

Kim, S. М. и Заяс, J.F. (1989): параметър обработка на екстракция химозин с ултразвук; в J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, М., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Съчетавайки мощност ултразвук с ензими в преработката на сок от червени боровинкиВ: 2-ри Int. Conf. Biocatalysis на храните и напитки, 19-22.9.2004, Щутгарт, Германия.

Moulton, К.Дж., Wang, L.C. (1982): Пилотен завод Изследване на непрекъснат ултразвуков извличане протеин от соя, в: вестник Food Science, том 47, 1982.

Маскарад, C.L. (1978): Ефектът на ултразвуково изследване на фибробласти ин витро, ин: Ph.D. Теза, Университета на Лондон, Лондон, Англия, 1978.