Hielscher ultrazvuková technologie

Ultrazvukové extrakce a konzervace

Rozpad buněčných struktur (lýzu) pomocí ultrazvuku se používá pro extrakci uvnitř buněčných sloučenin nebo pro mikrobiální inaktivaci.

Pozadí

V mikrobiologii, ultrazvuk je primárně spojena s rozrušení buněk (lýza) nebo Rozpad (Allinger 1975). Při sonikaci kapalin při vysokých intenzitách se zvukové vlny, které se šíří do kapalného média, výsledkem střídání vysokotlakých (kompresních) a nízkotlakých (vyfukovaných) cyklů se sazbami závislými na frekvenci.
Během nízkotlakého cyklu vytvářejí vysoce intenzivní ultrazvukové vlny v kapalině malé vakuové bubliny nebo prázdné prostory. Když bubliny dosáhnou objemu, ve kterém již nemohou absorbovat energii, prudce se zhroutí během vysokotlakého cyklu. Tento jev se nazývá kavitace. Během implozí jsou dosaženy velmi vysoké teploty (cca 5 000 K) a tlaky (cca 2 000 k). Implozion kavitační bubliny také vede k tekutinovým tryskám až do rychlosti 280 m / s. Výsledné smykové síly mechanicky oddělují buněčnou obálku a zlepšují přenos materiálu. Ultrazvuk může mít buď destruktivní nebo konstrukční účinky na buňky v závislosti na použitých parametrech sonikace.

buněk dezintegrace

Na základě intenzivní použití ultrazvuku enzymů nebo proteinů může být uvolněn z buněk nebo subcelulárních organel v důsledku buněk dezintegrace, V tomto případě je sloučenina, která má být rozpuštěna v rozpouštědle, je uzavřen v nerozpustné struktury. Aby se tak uvolní, musí se buněčná membrána zničeny. Rozrušení buněk je citlivý proces, protože schopnost buněčné stěny, aby vydržely vysoký osmotický tlak uvnitř. je nutná dobrá kontrola rozrušení buněk, aby se zabránilo neomezený propuštění všech intracelulárních výrobků včetně úlomků buněk a nukleových kyselin, nebo denaturace produktu.
Ultrazvuku slouží jako dobře kontrolovatelné prostředky pro buněčnou rozpadu. K tomu, mechanické účinky ultrazvuku poskytovat rychlejší a úplnější pronikání rozpouštědla do buněčného materiálu a zlepšení přenosu hmoty. Ultrazvuk dosahuje větší pronikání rozpouštědla do rostlinných tkání a zlepšuje přenos hmoty. Ultrazvukové vlny vytvářející kavitaci narušují buněčné stěny a usnadnění uvolňování složek matrice.

Mass Přenos

Obecně platí, že ultrazvuk může vést k permeabilizaci buněčných membrán pro ionty (Mummery 1978), A to může snížit selektivitu buněčných membrán výrazně. Mechanická účinnost ultrazvuku podporuje difúzi rozpouštědel do tkáně. Jako ultrazvuk přestávky buněčné stěny mechanicky kavitace smykové síly, usnadňuje přenos z buňky do rozpouštědla. Snížení velikosti částic pomocí ultrazvukové kavitace zvětšuje plochu povrchu je ve styku mezi pevnou a kapalnou fází.

Proteinů a enzymů Těžba

Zejména při těžbě enzymů a proteinů uloženy v buňkách a subcelulárních částic je unikátní a účinné použití vysoké intenzity ultrazvuku (Kim 1989), Jako extrakce organických sloučenin obsažených v těle rostlin a semen rozpouštědla lze výrazně zlepšit. Proto ultrazvuk má potenciální přínos při těžbě a izolace nových potenciálně biologicky aktivních složek, např od non-využity produkt proudů vytvořených v současné procesy. Ultrazvuk může také pomoci zintenzivnění účinků enzymatické zpracování, a tím snížit množství enzymu potřebného nebo zvýšit výtěžek extrahovatelných příslušných sloučenin.

Tuků a bílkovin

Ultrazvuku je často používán ke zlepšení extrakce lipidů a proteinů z rostlinných semen, jako jsou sojové boby (například mouka nebo odtučněných sojových bobů), nebo jiných olejnatých semen. V tomto případě zničení buněčné stěny usnadňuje lisování (za studena nebo za tepla), a tím snižuje zbytkový olej nebo tuk v lisovacím dortu.

Vliv kontinuální ultrazvukové extrakce na výnos rozptýlené proteinu byla prokázána Moulton a kol, Sonikace zvýšila navrácení rozptýlených bílkovin postupně jako / poměr rozpouštědla vločky se změnil od 1:10 do 1:30. Ukázalo se, že ultrazvuk je schopen peptize sójové bílkoviny v téměř všech obchodních propustnost, a že použití ultrazvuku potřebné množství energie byla nejnižší, když byly použity tlustší kaše. (Moulton a kol. 1982).

Platí pro Citrus oleje z ovoce, extrakce oleje z pozemní hořčice, arašídy, řepka, bylinkovým oleje (echinacea), řepka, sója, kukuřice

Uvolnění fenolických sloučenin a antokyany

Enzymy, jako je například pektinázy, celulázy a hemicelulázy jsou široce používané při zpracování šťávy, aby se rozkládat buněčné stěny a zlepšit šťávu extrahovatelnost. Narušení buněčné stěny matrice také uvolňuje složky, jako jsou fenolové sloučeniny do šťávy. Ultrazvuk zlepšuje proces extrakce, a proto může vést ke zvýšení fenolové sloučeniny, alkaloidy a šťávy výnos, obyčejně vlevo v koláči po lisování.

Blahodárné účinky působení ultrazvuku na osvobození fenolických sloučenin a antokyanů z vinných hroznů a bobule matice, zejména z borůvky (Vaccinium myrtillus) A černý rybíz (Ribes) Na šťávu, byl vyšetřován VTT Biotechnology, Finsko (MAXFUN EU-Project) za použití Ultrazvukové Processor UIP2000hd po rozmrazení, rmutování a enzym inkubace. Narušení buněčných stěn působením enzymatickou (Pectinex BE-3L pro borůvky a Biopectinase CCM pro černý rybíz) byla zlepšena, když v kombinaci s ultrazvukem. “léčba US zvýšit koncentraci fenolických sloučenin borůvky šťávy o více než 15%. […] Vliv USA (ultrazvuk) byl výraznější s černého rybízu, které jsou náročnější bobule zpracování šťávy, než borůvky kvůli jejich vysokému obsahu pektinu a různé buněčné stěny architektury. […] Je koncentrace fenolických sloučenin ve šťávě zvýšila o 15-25% pomocí léčby USA (ultrazvuk) po enzymové inkubace.” (Mokkila a kol. 2004).

Mikrobiální a enzymové Inaktivace

Mikrobiální a enzymatické inaktivace (konzervace), např. V ovocných šťáv a omáčkách je další aplikací ultrazvuku v potravinářském průmyslu. Dnes je uchovávání teploty po krátkou dobu (pasterizace) stále nejběžnějším způsobem zpracování mikrobiální nebo enzymatické inaktivace, která vede k delší životnosti (uchování). Vzhledem k vystavení vysokým teplotám má tato tepelná metoda mnoho nevýhod pro mnoho potravin.
Výroba nových látek z tepelně-katalyzovaných reakcí a modifikace makromolekul, stejně jako deformace rostlinných a živočišných struktur může snížit do ztráty kvality. Proto tepelná úprava může způsobit nežádoucí změny senzorických vlastností, tj textura, chuť, barva, vůně a nutriční vlastnosti, tj. Vitamíny a proteiny. Ultrazvuk je účinný non-tepelné (minimální) zpracování alternativu.

Teplo generované lokálně kavitace a vytvořil radikálů může vést k inaktivaci enzymů sonikace (El'piner 1964). Při dostatečně nízké hladiny ultrazvuku strukturální a metabolické změny mohou nastat v buňkách bez jejich zničení. Aktivita peroxidázy, který se nachází ve většině surovin a unblanched ovoce a zeleniny, a může být zejména v souvislosti s vývojem pachutí a hnědnutí pigmentů může být podstatně snížena použitím ultrazvuku. Teplovzdorné enzymy, jako jsou lipázy a proteázy, které odolá ošetření velmi vysokým teplotám, a která může snížit kvalitu a trvanlivost z tepelně ošetřeného mléka a mléčných výrobků mohou být inaktivovány efektivněji současného použití ultrazvuku, tepla a tlaku (MTS).

Ultrazvuk prokázal svůj potenciál ve zničení potravinové patogeny, jako jsou E-coli, salmonely, Škrkavka, Giardia, Cryptosporidium cystyA dětské obrny.

Platí pro zachování džemu, marmelády nebo polevy, například pro zmrzliny, ovocných šťáv a omáček, masné výrobky, mléčné

Synergie ultrazvuku se teplota a tlak

Ultrazvuku je často účinnější v kombinaci s jinými anti-mikrobiální metod, jako je:

  • termo-ultrazvuku, tj. tepelné a ultrazvukové
  • mano-ultrazvuku, tj. tlak a ultrazvuk
  • mano-thermo-ultrazvuku, tj tlaku, tepla a ultrazvuk

Kombinované použití ultrazvuku s teplem a / nebo tlaku se doporučuje Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, a Aeromonas hydrophila,

proces vývoje

Na rozdíl od jiných non-tepelné procesy, jako je vysoký hydrostatický tlak (HP), stlačený oxid uhličitý (cCO2) a nadkritického oxidu uhličitého (ScCO2) a pole impulzů vysoký elektrický (HELP), ultrazvuk může být snadno testovány v laboratoři nebo bench-top měřítku – generování reprodukovatelné výsledky pro scale-up. Intenzita a kavitační charakteristiky lze snadno přizpůsobit konkrétním procesu extrakce se zaměřují na specifické cíle. Amplituda a tlak se může měnit v širokém rozmezí, např. k identifikaci nejvíce nastavení účinnější získávání energie. Tuhé tkáně by měly být podrobeny macerace, broušení nebo rozmělnění před ultrazvuku.

E-coli

Pro výrobu malých množství rekombinantních proteinů pro studium a charakterizaci jejich biologických vlastností, E-coli je bakterie volby. Purifikační značky, např polyhistidin ocas, beta-galaktosidáza, nebo vázající maltózu
proteiny, jsou běžně spojeny s rekombinantních proteinů, aby jim oddělit od buněčných extraktů o čistotě dostatečné pro většinu analytické účely. Ultrazvuku umožňuje maximalizovat uvolňování proteinu, zejména pokud je výtěžek produkce je nízká a zachovat strukturu a aktivitu rekombinantního proteinu.

Narušení E-coli buňky za účelem získání celkového chymozinu protein byl studován Kim a Zayas,

Šafránová extrakce

Šafrán je známý jako nejdražší koření na světovém trhu a vyznačuje se jemnou chutí, hořkou chutí a atraktivní žlutou barvou. Šafránové koření se získává z červeného stigmatu květů šafránového šafranu. Po sušení se tyto části používají jako koření v kuchyni nebo jako barviva. Intenzivní charakteristická chuť šafránu je výsledkem zejména tří sloučenin: crociny, picrocrocin a safranal.

Kadkhodaee a Hemmati-Kakhki ukázaly ve studii, která ultrazvuku výrazně zvýšil výtěžek extrakce a výrazně sníženou dobu zpracování. Ve skutečnosti, výsledky ultrazvukem extrakcí byly viditelně lepší než tradiční extrakcí studené vody, který je navržen podle normy ISO. Pro jejich výzkum, Kadkhodaee a Hemmati-Kakhki použili Hielscher je ultrazvukové zařízení UP50H, Nejlepší výsledky byly dosaženy s pulzním ultrazvuku. To znamená, že krátký puls intervaly byly účinnější než kontinuální zpracování ultrazvukem.

Oxidace

V kontrolovaných intenzit, aplikace ultrazvuku se biotransformace a fermentace se mohou také mít za následek zvýšenou bioprocessing, vzhledem k indukované biologické účinky a vzhledem k podnítit buněčné přenos hmoty. Vliv řízené aplikací ultrazvuku (20 kHz) na oxidaci cholesterolu na cholestenone klidovými buňky Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (dříve Nokardie erythropolis) Byl vyšetřován Bar,

Cholesterol + O2 = Cholest-4-en-3-on + H2Ó2

Tento systém je typický pro mikrobiální transformací sterolů a steroidy, že substrát a produkty jsou ve vodě nerozpustné pevné látky. Proto tento systém je v tom, že jak v buňkách poměrně unikátní a pevné látky mohou být předmětem účinku ultrazvuku (Bar, 1987). Při dostatečně nízké intenzitě ultrazvuku, který zachovává strukturní integritu buněk a udržuje jejich metabolickou aktivitu, Bar zaznamenal významné zvýšení kinetických rychlostí biotransformace v mikrobiálních suspenzích o 1,0 a 2,5 g / l cholesterolu, když sonikován po dobu 5 s každých 10mn výstupní výkon 0,2 W / cm². Ultrazvuk neprokázal žádný vliv na enzymatickou oxidaci cholesterolu (2,5 g / l) oxidázou cholesterolu.

výhodné Technology

Využití ultrazvukové kavitace pro těžbu a konzervaci potravin je nové výkonné technologie zpracování, které nemohou být použita pouze bezpečné a šetrné k životnímu prostředí, ale také efektivně a hospodárně. Homogenizační a konzervování účinek může být snadno použit pro ovocné šťávy a pyré (např. Pomeranč, jablko, grapefruit, mango, hroznové víno, švestky), jakož i na zeleninových omáček a polévek, jako rajskou omáčkou nebo chřest polévka.

Žádost o další informace!

Použijte formulář níže, pokud chcete požádat o doplňující informace o použití ultrazvuku pro těžbu a konzervaci.









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Literatura

Allinger H. (1975): Americká laboratoř, 7 (10), 75 (1975).

Bar, R. (1987): Ultrazvuk Rozšířené BioprocessesV: Biotechnology and Engineering, sv. 32, str. 655-663 (1987).

El'piner, S. I. (1964): Ultrazvuk: Fyzikální, chemické a biologické účinky (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.

Kadkhodaee, R .; Hemmati-Kakhki, A .: Ultrazvukové extrakce účinných látek z Saffron, in: Internet publikaci.

Kim, S. M. a Zayas, J. F. (1989): Zpracování parametrů extrakce chymozinu ultrazvukem; v J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Kombinací síly ultrazvuk s enzymy v jahodové šťávy zpracováníNa adrese: 2nd Int. Conf. Biokatalýzou potravin a nápojů, 19-22.9.2004, Stuttgart, Německo.

Moulton, K. J., Wang, L. C. (1982): Pilotní-Plant Study of Kontinuální ultrazvukové extrakce sójové bílkoviny, v: Journal of Food Science, svazek 47, 1982.

Mummery, C. L. (1978): Účinek ultrazvuku na fibroblastů in vitro, in: Ph.D. Práce, University of London, Londýn, Anglie, 1978.