Tecnologia d'ultrasons Hielscher

Extracció i conservació d'ultrasons

La desintegració de les estructures cel·lulars (lisi) per mitjà d'ultrasons s'utilitza per a l'extracció de compostos intra-cel·lulars o per la inactivació microbiana.

fons

A la microbiologia, l'ecografia s'associa principalment amb disrupció cel·lular (lisi) o Desintegració (Allinger 1975). Quan sonicació de líquids a altes intensitats, les ones sonores que es propaguen en el medi líquid resulten en altern d'alta pressió (compressió) i cicles de baixa pressió (rarefacció), amb taxes en funció de la freqüència.
Durant el cicle de baixa pressió, ones ultrasòniques d'alta intensitat creen petites bombolles de buit o buits en el líquid. Quan les bombolles arriben a un volum en el qual ja no poden absorbir l'energia, es col·lapsen violentament durant un cicle d'alta pressió. Aquest fenomen s'anomena cavitació. Durant la implosió temperatures molt altes (aprox. 5,000K) i pressions (aprox. 2,000atm) s'assoleixen localment. La implosió de la bombolla de cavitació també resulta en dolls de líquid de fins a 280m / s velocitat de les forces de cisallament resultants trenquen l'embolcall cel·lular mecànicament i millorar la transferència de material. L'ultrasò pot tenir efectes ja sigui destructives o constructives a les cèl·lules depenent dels paràmetres de sonicació emprades.

la desintegració cel·lular

Sota enzims o proteïnes de sonicació intensos poden ser alliberat de les cèl·lules o orgànuls subcel·lulars com a resultat de la desintegració cel·lular. En aquest cas, el compost que es dissol en un dissolvent està tancat en una estructura insoluble. Per tal d'extreure'l, la membrana cel·lular ha de ser destruït. La disrupció cel·lular és un procés delicat, perquè la capacitat de la paret cel·lular per suportar alta pressió osmòtica a l'interior. es requereix un bon control del trencament de les cèl·lules, per evitar un alliberament sense impediments de tots els productes intracel·lulars incloent restes de cèl·lules i àcids nucleics, o la desnaturalització del producte.
Ultrasons serveix com un mitjà ben controlables per la desintegració cel·lular. Per això, els efectes mecànics dels ultrasons proporcionen una penetració més ràpida i més completa de dissolvent en materials cel·lulars i millorar la transferència de massa. Ultrasò aconsegueix una major penetració d'un dissolvent en un teixit vegetal i millora la transferència de massa. Les ones ultrasòniques generen cavitació interrompen les parets cel·lulars i faciliten l'alliberament de components de la matriu.

Transferència de massa

En general, l'ultrasò pot conduir a una permeabilització de les membranes cel·lulars als ions (Mummery 1978), I pot reduir la selectivitat de les membranes de les cèl·lules de manera significativa. L'activitat mecànica del ultrasò és compatible amb la difusió dels dissolvents en el teixit. Com ultrasò trenca la paret cel·lular mecànicament per les forces de cavitació de cisallament, que facilita la transferència de la cèl·lula en el dissolvent. La reducció de la mida de partícula per la cavitació ultrasònica augmenta l'àrea de superfície en contacte entre el sòlid i la fase líquida.

Extracció de proteïnes i d'enzims

En particular, l'extracció d'enzims i proteïnes emmagatzemada en les cèl·lules i partícules subcel·lulars és una aplicació única i eficaç d'ultrasò d'alta intensitat (1989 Kim), Com l'extracció de compostos orgànics continguts dins el cos de plantes i llavors per un dissolvent pot ser millorada significativament. Per tant el ultrasò té un benefici potencial en l'extracció i aïllament de nous components potencialment bioactius, per exemple de no utilitzada corrents de subproductes formats en els processos actuals. L'ultrasò també pot ajudar a intensificar els efectes de tractament amb enzims, i per aquesta reduir la quantitat d'enzim necessària o augmentar el rendiment dels compostos pertinents extraïbles.

Lípids i proteïnes

Ultrasons és sovint utilitzat per millorar l'extracció de lípids i proteïnes a partir de llavors de plantes, com ara la soja (farina, per exemple, o soja desgreixada) o altres llavors oleaginoses. En aquest cas, la destrucció de les parets cel·lulars facilita l'premsat (fred o calent) i per tant redueix l'oli residual o el greix a la coca de premsat.

La influència de l'extracció ultrasònica contínua al rendiment de la proteïna dispersa es va demostrar per Moulton et al. La sonicació es va incrementar la recuperació de proteïna dispersa progressivament a mesura que la proporció d'escates / dissolvent canviat 1: 10-01: 30. Es va demostrar que l'ultrasò és capaç de peptizar la proteïna de soja en gairebé qualsevol rendiment comercial i que l'energia de sonicació requerit va ser el més baix, quan es van utilitzar suspensions més gruixudes. (Moulton et al. 1982)

Aplicable a: oli de cítrics de les fruites, extracció d'oli de mostassa mòlta, cacauet, violació, oli d'herba (equinàcia), canola, soja, blat de moro

Alliberament de compostos fenòlics i antocianines

Enzims, com ara pectinases, cel·lulases i hemicel·lulases són àmpliament utilitzats en el processament de suc per tal de degradar les parets cel·lulars i millorar la capacitat d'extracció del suc. La interrupció de la matriu de la paret cel·lular també allibera components, com ara compostos fenòlics en el suc. Ultrasò millora el procés d'extracció i per tant pot conduir a un augment en el rendiment de compost fenòlic, alcaloides i suc, comunament deixat a la coca de premsa.

Els efectes beneficiosos del tractament ultrasònic sobre l'alliberament de compostos fenòlics i antocianines de raïm i de la matriu de baies, en particular de nabius (nabiu) I groselles negres (Ribes) En suc, va ser investigat per VTT Biotecnologia, Finlàndia (MAXFUN projecte de la UE) utilitzant un Processador d'ultrasons UIP2000hd després de la descongelació, maceració i la incubació de l'enzim. La interrupció de les parets cel·lulars mitjançant tractament enzimàtic (Pectinex BE-3L per nabius i Biopectinasa CCM per groselles negres) es va millorar quan es combina amb ultrasò. “tractament a augmentar la concentració de compostos fenòlics de suc de nabiu en més d'un 15%. […] La influència dels Estats Units (ultrasò) va ser més significatiu amb groselles negres, que són les baies més difícils en el processament de suc de nabius causa del seu alt contingut de pectina i diferent arquitectura de la paret cel·lular. […] La concentració de compostos fenòlics en el suc va augmentar en un 15-25% mitjançant l'ús de tractament d'Estats Units (ultrasò) després de la incubació de l'enzim.” (Mokkila et al. 2004)

Microbiana i la inactivació enzimàtica

Microbial i la inactivació de l'enzim (conservació), per exemple en sucs de fruites i salses és una altra aplicació de l'ultrasò en el processament d'aliments. Avui dia, la conservació per elevació de la temperatura durant períodes curts de temps (pasteurització) és encara el mètode de processament més comú per microbiana o enzim d'inactivació que condueix a la vida útil més llarga (conservació). A causa de l'exposició a alta temperatura, aquest mètode tèrmic sovint té desavantatges per a molts productes alimentaris.
La producció de noves substàncies a partir de reaccions catalitzades per la calor i la modificació de macromolècules, així com la deformació de les estructures de plantes i animals poden reduir en una pèrdua de qualitat. Per tant, el tractament tèrmic pot provocar alteracions indesitjables d'atributs sensorials, és a dir, la textura, sabor, color, olor, i les qualitats nutricionals, és a dir, vitamines i proteïnes. L'ultrasò és una no tèrmic (mínim) alternativa processament eficient.

La calor generada localment per la cavitació i els radicals creats pot conduir a una inactivació dels enzims per tractament amb ultrasons (El'piner 1964). A nivells prou baixos de sonicació canvis estructurals i metabòlics poden ocórrer en les cèl·lules sense la seva destrucció. L'activitat de la peroxidasa, que es troba en la majoria de fruites i verdures crues i sense torrar i pot estar associada particularment amb el desenvolupament de sabors desagradables i pigments d'enfosquiment pot reduir substancialment mitjançant l'ús d'ultrasò. enzims termoresistents, com ara lipasa i proteasa de suportar un tractament d'ultra alta temperatura i que pot reduir la qualitat i la vida útil de la llet tractada tèrmicament i altres productes lactis pot ser inactivat de manera més eficaç per l'aplicació simultània d'ultrasons, calor i pressió (MTS).

L'ultrasò ha demostrat el seu potencial en la destrucció dels patògens transmesos pels aliments, com E. coli, les salmonel·les, Ascaris, Giardia, Els quists de CryptosporidiumI virus de la pòlio.

Aplicable a: preservació de melmelada, melmelada o cobertures, per exemple, per gelats, sucs de fruites i salses, productes carnis, lactis

Les sinergies dels ultrasons amb la temperatura i la pressió

Ultrasons és sovint més eficaç quan es combina amb altres mètodes anti-microbians, com ara:

  • termo-sonicació, és a dir, calor i ultrasò
  • mà-sonicació, és a dir, la pressió i el ultrasò
  • Mà-termo-sonicació, és a dir, pressió, calor i ultrasò

Es recomana l'aplicació combinada d'ultrasò amb calor i / o pressió per Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, i Aeromonas hydrophila.

Desenvolupament de processos

A diferència d'altres processos no tèrmics, com ara alta pressió hidrostàtica (HP), diòxid de carboni comprimit (cCO2) i diòxid de carboni supercrític (scCO2) i alts polsos de camp elèctric (HELP), l'ultrasò es pot provar fàcilment en el laboratori o de banc superior escala – la generació de resultats reproduïbles per augment d'escala. La intensitat i les característiques de cavitació es poden adaptar fàcilment per al procés d'extracció específica per apuntar a objectius específics. L'amplitud i la pressió varien en un ampli interval, per exemple, per identificar la configuració d'extracció més eficient energèticament. teixits durs s'han de sotmetre a maceració, mòlta o polvorització abans de l'aplicació d'ultrasons.

E. coli

Per produir petites quantitats de proteïnes recombinants per a l'estudi i caracterització de les seves propietats biològiques, E. coli és el bacteri d'elecció. Les etiquetes de purificació, per exemple cua de polihistidina, beta-galactosidasa, o d'unió a maltosa
proteïnes, s'uneixen comunament a proteïnes recombinants amb la finalitat de fer-los separable a partir d'extractes de cèl·lules amb una puresa suficient per a la majoria de finalitats analítiques. Ultrasons permet maximitzar l'alliberament de proteïnes, en particular quan el rendiment de la producció és baixa i per preservar l'estructura i l'activitat de la proteïna recombinant.

La interrupció de E. coli cèl·lules per tal d'extreure la proteïna total La quimosina es va estudiar per Kim i Zayas.

Extracció de safrà

El safrà és coneguda com la major part de l'espècie costosa en el mercat mundial i es distingeix pel seu sabor delicat, sabor amarg i atractiu color groc. El safrà s'obté a partir de l'estigma vermell de la flor de safrà. Després de l'assecat, aquestes peces s'utilitzen com a condiment a la cuina o com a agent colorant. El gust característic intensiu dels resultats de safrà especialment a partir de tres compostos: crocins, picrocrocina i safranal.

Kadkhodaee i Hemmati-Kakhki han demostrat en un estudi que ultrasonicación augmentar el rendiment d'extracció de forma significativa i redueix el temps de processament considerablement. De fet, els resultats de l'extracció d'ultrasons eren visiblement millor que mitjançant extracció amb aigua freda tradicional, que es proposa per la ISO. Per a la seva investigació, Kadkhodaee i Hemmati-Kakhki han utilitzat Hielscher de UP50H dispositiu ultrasònic. Els millors resultats s'han aconseguit amb ultrasons polsada. Això significa que els intervals d'impulsos curts eren més eficaços que un tractament ultrasònic continu.

oxidació

A intensitats controlades, l'aplicació d'ultrasons a la biotransformació i la fermentació bé pot resultar en un bioprocesamiento millorada, a causa dels efectes biològics induïts ia causa de la transferència de massa cel·lular facilitada. La influència de l'aplicació controlada d'ultrasons (20 kHz) en l'oxidació de colesterol a colestenona per les cèl·lules de reclinació erythropolis Rhodococcus ATCC 25544 (anteriorment erythropolis Nocardia) Va ser investigat per bar.

Colesterol + O2 = Colest-4-en-3-ona + H2la2

Aquest sistema és típic de les transformacions microbianes d'esterols i esteroides en què el substrat i els productes són sòlids insolubles en aigua. Per tant, aquest sistema és bastant únic en què tant les cèl·lules i els sòlids pot ser subjecte a l'efecte dels ultrasons (Bar, 1987). A una intensitat ultrasònica prou baixa que preserva la integritat estructural de les cèl·lules i manté la seva activitat metabòlica, Bar va observar una millora significativa en les taxes cinètics de la biotransformació en suspensions microbianes de 1,0 i 2,5 g / L de colesterol quan es va sotmetre a ultrasons durant 5 segons cada 10mn amb una potència de 0,2 W / cm². Ultrasò no va mostrar cap efecte en l'oxidació enzimàtica de colesterol (2,5 g / L) per la colesterol oxidasa.

tecnologia avantatjosa

La utilització de la cavitació ultrasònica per a l'extracció i conservació dels aliments és una nova i potent tecnologia de processament que no només pot ser aplicada de manera segura i respectuosa del medi ambient, sinó també eficient i econòmica. L'homogeneïtzació i efecte de conservació es poden utilitzar fàcilment per als sucs de fruites i purés (per exemple, taronja, poma, aranja, mango, raïm, de pruna), així com per a salses i sopes vegetals, com a salsa de tomàquet o sopa d'espàrrecs.

Sol·licitar més informació!

Utilitzeu el formulari de sota, si voleu demanar informació addicional sobre l'ús d'ultrasò per a l'extracció i preservació.









Tingueu en compte que Política de privacitat.


literatura

Allinger, H. (1975): Laboratori americà, 7 (10), 75 (1975).

Bar, R. (1987): Bioprocessos d'ultrasò millorades, A: Biotecnologia i Enginyeria, vol. 32, Pp. 655-663 (1987).

El'piner, I.E. (1964): Ultrasò: física, química, i els efectes biològics (Oficina consultors, Nova York, 1964), 53-78.

Els kadkhodaee, R.; Hemmati-Kakhki, A.: Ultrasònica extracció dels compostos actius de safrà, a: Publicació a Internet.

Kim, S. M. i Zayas, J. F. (1989): paràmetre de processament de l'extracció de quimosina per ultrasons; en J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Combinant els ultrasons de potència amb els enzims en el processament de suc de la baia, A: 2n Int. Conf. Biocatàlisi d'aliments i begudes, 19-22.9.2004, Stuttgart, Alemanya.

Moulton, K. J., Wang, L. C. (1982): Una planta pilot Estudi de continu ultrasònic L'extracció de proteïna de soja, a: Journal of Food Science, Volum 47, 1982.

Mummery, C. L. (1978): L'efecte dels ultrasons sobre fibroblasts in vitro, a: Ph.D. Tesi, Universitat de Londres, Londres, Anglaterra, 1978.