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Ultraschallextraktion und Konservierung

Bei der Ultraschallextraktion und Konservierung wird Leistungsultraschall zum Aufschluss von Zellstrukturen (Lyse) eingesetzt. Der Zellaufschluss mit Ultraschall ermöglicht eine hocheffiziente Extraktion intrazellulärer Verbindungen sowie die Inaktivierung von Mikroorganismen. Aufgrund zahlreicher Vorteile wird die Ultraschallbehandlung in der Lebensmittelindustrie häufig zur Extraktion und Konservierung eingesetzt. Erfahren Sie mehr über die Vorteile der Ultraschallextraktion und der Lebensmittelverarbeitung mit Ultraschall!

Leistungsultraschall zur Extraktion und Konservierung von Lebensmitteln und pflanzlichen Rohstoffen

Ultraschallextraktion: Die Ultraschallextraktion ist ein Verfahren, bei dem hochfrequente Schallwellen eingesetzt werden, um Verbindungen aus verschiedenen Materialien wie Pflanzen, Obst und Gemüse zu extrahieren. Dabei erzeugen Ultraschallwellen Hochdruckblasen in einem flüssigen oder halbfesten Material. Diese Blasen kollabieren rasch und erzeugen dabei starke Hitze und hohen Druck, wodurch die Zellwände des Materials aufgebrochen und die gewünschten Verbindungen freigesetzt werden.

Das Funktionsprinzip der Ultraschallextraktion und Konservierung

Das Grundprinzip der Ultraschallextraktion beruht auf dem Phänomen der akustischen Kavitation. Wird eine Flüssigkeit Ultraschallwellen hoher Intensität und niedriger Frequenz (ca. 20 kHz) ausgesetzt, entstehen Druckwellen, die winzige Vakuumblasen in der Flüssigkeit erzeugen. Diese Blasen wachsen mit zunehmender Ultraschallintensität. Sobald sie eine bestimmte Größe erreichen, kollabieren sie plötzlich und heftig, erzeugen eine Stoßwelle und setzen Energie in Form von Wärme und Druck frei.
Dieser Vorgang bewirkt einen mechanischen Aufschluss der Zellwände, wodurch die gewünschten Verbindungen aus dem Material in das flüssige Lösungsmittel freigesetzt werden. Die freigesetzten Verbindungen können anschließend mit gängigen Trennverfahren wie Filtration oder Zentrifugation vom Lösungsmittel getrennt werden.

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Ultraschallgestützte Chargenextraktion von Alkaloiden aus Pflanzenmaterial mit der Sonotrode UP400St.

Ultraschallgerät UP400St zur effizienten nichtthermischen Extraktion von Pflanzenmaterial.

 

Ultraschallbehandlung von Karottensaft für Stabilität und besseren Geschmack – Hielscher Ultraschallgerät UIP1000hdTDieses Video veranschaulicht die Wirkung der Ultraschallbehandlung auf die Stabilität von frischem Bio-Karottensaft. Eine Zeitrafferaufnahme der gekühlten Lagerung macht diesen Effekt sichtbar. Bei der Herstellung von Säften, Smoothies, Pürees und Saucen verbessern Hielscher Ultraschallgeräte Stabilität, Textur und Haltbarkeit. Die Ultraschallbehandlung minimiert den mikrobiellen Verderb und verhindert das Absetzen und die Entmischung, die bereits innerhalb weniger Tage auftreten können. Die Ultraschallverarbeitung kann bei großen Chargen oder inline unmittelbar vor der Abfüllung erfolgen. Die Ultraschallbehandlung ist ein rein mechanisches Verarbeitungsverfahren. Sie eignet sich ideal für Bio-Obst- und Gemüsesäfte, Pürees, Smoothies oder Saucen.
Dieses Video veranschaulicht die Wirkung der Ultraschallbehandlung auf die Stabilität von frischem Bio-Karottensaft. Eine Zeitrafferaufnahme der gekühlten Lagerung macht diesen Effekt sichtbar. Bei der Herstellung von Säften, Smoothies, Pürees und Saucen verbessern Hielscher Ultraschallgeräte Stabilität, Textur und Haltbarkeit. Die Ultraschallbehandlung minimiert den mikrobiellen Verderb und verhindert das Absetzen und die Entmischung, die bereits innerhalb weniger Tage auftreten können. Die Ultraschallverarbeitung kann bei großen Chargen oder inline unmittelbar vor der Abfüllung erfolgen. Die Ultraschallbehandlung ist ein rein mechanisches Verarbeitungsverfahren. Sie eignet sich ideal für Bio-Obst- und Gemüsesäfte, Pürees, Smoothies oder Saucen.

 
Konservierung mit Ultraschall: Die Konservierung mit Ultraschall beruht auf denselben Kavitationseffekten wie die Ultraschallextraktion. Zur Konservierung wird Leistungsultraschall eingesetzt, um die Haltbarkeit verderblicher Lebensmittel zu verlängern. Dabei hemmen hochfrequente Schallwellen das Wachstum von Mikroorganismen, die Verderb verursachen. Die Lebensmittel werden Ultraschallwellen ausgesetzt, die die Zellwände von Bakterien, Hefen und Schimmelpilzen aufbrechen und dadurch zu deren Zerstörung oder Hemmung führen.
Dieser Vorgang bewirkt einen mechanischen Aufschluss der Zellwände von Mikroorganismen, wodurch diese zerstört oder gehemmt werden. Ultraschallwellen können außerdem die Durchlässigkeit von Zellmembranen erhöhen, sodass Konservierungsmittel und andere antimikrobielle Wirkstoffe leichter eindringen und die Mikroorganismen wirksamer abtöten können.
Die Konservierung mit Ultraschall wird herkömmlichen Konservierungsmethoden vorgezogen, weil sie mehrere Vorteile bietet, darunter kürzere Verarbeitungszeiten, höhere Effizienz und die Möglichkeit, die natürlichen Eigenschaften und Aromen der Lebensmittel zu erhalten. Sie wird bei zahlreichen Lebensmitteln wie Saucen, Säften, Milchprodukten, Eiern und Fleisch eingesetzt, um deren Haltbarkeit zu verlängern und ihre Sicherheit zu gewährleisten.

Das Verfahren der Ultraschallextraktion und Konservierung wird herkömmlichen Extraktions- und Konservierungsmethoden vorgezogen, weil es mehrere Vorteile bietet, darunter höhere Extraktionsgeschwindigkeiten, hervorragende Produktqualität, höhere Ausbeute, eine rein mechanische nichtthermische Behandlung und die Möglichkeit, ein breiteres Spektrum an Verbindungen zu extrahieren. Es wird in zahlreichen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Pharma- und Kosmetikindustrie.

Ultraschallextraktion von Pflanzenmaterial – Charge mit 30 Litern / 8 GallonenDie Ultraschallextraktion von Pflanzenmaterial liefert höhere Ausbeuten. Der Hielscher Homogenisator UIP2000hdT mit 2000 Watt ist leistungsstark genug, um Chargen von 10 Litern bis 120 Litern problemlos zu extrahieren.
Die Ultraschallextraktion von Pflanzenmaterial liefert höhere Ausbeuten. Der Hielscher Homogenisator UIP2000hdT mit 2000 Watt ist leistungsstark genug, um Chargen von 10 Litern bis 120 Litern problemlos zu extrahieren.
Starke Ultraschallkavitation an der Hielscher Cascatrode

Starke Ultraschallkavitation an der Hielscher UIP1000hdT Cascatrode

Ultraschallgestützte Extraktion von Proteinen und Enzymen

Insbesondere die Extraktion von Enzymen und Proteinen, die in Zellen und subzellulären Partikeln enthalten sind, ist eine besondere und wirksame Anwendung von Ultraschall hoher Intensität, da sich die Extraktion organischer Verbindungen aus Pflanzen und Samen mit einem Lösungsmittel erheblich verbessern lässt. Ultraschall bietet daher potenzielle Vorteile bei der Extraktion und Isolierung neuartiger, möglicherweise bioaktiver Bestandteile, beispielsweise aus bislang ungenutzten Nebenproduktströmen bestehender Prozesse. Ultraschall kann außerdem die Wirkung einer Enzymbehandlung verstärken und dadurch die benötigte Enzymmenge reduzieren oder die Ausbeute an extrahierbaren relevanten Verbindungen erhöhen.

Ultraschallgestützte Extraktion von Lipiden und Proteinen

Die Ultraschallbehandlung wird häufig eingesetzt, um die Extraktion von Lipiden und Proteinen aus Pflanzensamen wie Sojabohnen (z. B. Mehl oder entfetteten Sojabohnen) oder anderen Ölsaaten zu verbessern. Dabei erleichtert die Zerstörung der Zellwände das Pressen (kalt oder heiß) und verringert dadurch den Restöl- oder Restfettgehalt im Presskuchen.

Der Einfluss der kontinuierlichen Ultraschallextraktion auf die Ausbeute an dispergiertem Protein wurde von Moulton et al. nachgewiesen. Die Ultraschallbehandlung erhöhte die Rückgewinnung von dispergiertem Protein zunehmend, wenn das Verhältnis von Flocken zu Lösungsmittel von 1:10 auf 1:30 verändert wurde. Es zeigte sich, dass Ultraschall Sojaprotein bei nahezu jedem industriell üblichen Durchsatz peptisieren kann und dass die erforderliche Beschallungsenergie bei Verwendung höher konzentrierter Suspensionen am geringsten war.

Ultraschallgestützte Isolierung phenolischer Verbindungen und Anthocyane

Enzyme wie Pektinasen, Cellulasen und Hemicellulasen werden bei der Saftverarbeitung häufig eingesetzt, um Zellwände abzubauen und die Saftgewinnung zu verbessern. Durch den Aufschluss der Zellwandmatrix werden auch Bestandteile wie phenolische Verbindungen in den Saft freigesetzt. Ultraschall verbessert den Extraktionsprozess und kann dadurch die Ausbeute an phenolischen Verbindungen, Alkaloiden und Saft erhöhen, die üblicherweise im Presskuchen zurückbleiben.

Die vorteilhaften Auswirkungen der Ultraschallbehandlung auf die Freisetzung phenolischer Verbindungen und Anthocyane aus der Trauben- und Beerenmatrix in den Saft, insbesondere aus Heidelbeeren (Vaccinium myrtillus) und schwarzen Johannisbeeren (Ribes nigrum), wurden von VTT Biotechnology in Finnland untersucht. Dazu wurde nach dem Auftauen, Einmaischen und der Enzyminkubation ein Ultraschallprozessor UIP2000hd eingesetzt. Der Aufschluss der Zellwände durch die enzymatische Behandlung (Pectinex BE-3L für Heidelbeeren und Biopectinase CCM für schwarze Johannisbeeren) wurde durch die Kombination mit Ultraschall verbessert. „Die US-Behandlung erhöht die Konzentration phenolischer Verbindungen im Heidelbeersaft um mehr als 15%. […] Der Einfluss von US (Ultraschall) war bei schwarzen Johannisbeeren ausgeprägter, deren Verarbeitung zu Saft aufgrund ihres hohen Pektingehalts und ihrer andersartigen Zellwandstruktur anspruchsvoller ist als die von Heidelbeeren. […] Die Konzentration phenolischer Verbindungen im Saft erhöhte sich durch die Anwendung einer US-Behandlung (Ultraschall) nach der Enzyminkubation um 15–25%.“ (vgl. Mokkila et al., 2004)
 

Ultraschallextraktion von Pflanzenmaterial – Pflanzeninhaltsstoffe mit Ultraschallgeräten extrahierenIn dieser Präsentation führen wir Sie in die Herstellung pflanzlicher Extrakte ein. Wir erläutern die Herausforderungen bei der Herstellung hochwertiger Pflanzenextrakte und zeigen, wie ein Ultraschallgerät Ihnen helfen kann, diese zu bewältigen. Diese Präsentation zeigt Ihnen, wie die Ultraschallextraktion funktioniert. Sie erfahren, welche Vorteile Sie beim Einsatz eines Ultraschallgeräts zur Extraktion erwarten können und wie Sie einen Ultraschallextraktor in Ihre Extraktproduktion integrieren können.
In dieser Präsentation führen wir Sie in die Herstellung pflanzlicher Extrakte ein. Wir erläutern die Herausforderungen bei der Herstellung hochwertiger Pflanzenextrakte und zeigen, wie ein Ultraschallgerät Ihnen helfen kann, diese zu bewältigen. Diese Präsentation zeigt Ihnen, wie die Ultraschallextraktion funktioniert. Sie erfahren, welche Vorteile Sie beim Einsatz eines Ultraschallgeräts zur Extraktion erwarten können und wie Sie einen Ultraschallextraktor in Ihre Extraktproduktion integrieren können.

 

Industrielles Ultraschallgerät mit Sonotrode UIP6000hdT (6kW, 20kHz) mit Durchflusszellenreaktor zur kontinuierlichen Ultraschallverarbeitung von Flüssigkeiten und Pasten mit hohem Durchsatz.

Ultraschallgerät UIP6000hdT in einer industriellen Anlage zur kontinuierlichen Extraktion.

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Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen

Inaktivierung von Mikroorganismen und EnzymenDie Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen (Konservierung), beispielsweise in Fruchtsäften und Saucen, ist eine weitere Anwendung von Ultraschall in der Lebensmittelverarbeitung. Die Konservierung durch kurzzeitige Temperaturerhöhung (Pasteurisierung) ist auch heute noch das gängigste Verfahren zur Inaktivierung von Mikroorganismen oder Enzymen, das zu einer längeren Haltbarkeit führt (Konservierung). Aufgrund der Einwirkung hoher Temperaturen ist die herkömmliche thermische Pasteurisierung häufig mit Nachteilen für Lebensmittel verbunden.
Die Bildung neuer Substanzen durch wärmekatalysierte Reaktionen, die Veränderung von Makromolekülen sowie die Verformung pflanzlicher und tierischer Strukturen können zu Qualitätsverlusten führen. Eine thermische Behandlung kann daher unerwünschte Veränderungen der sensorischen Eigenschaften, also Textur, Geschmack, Farbe und Geruch, sowie der ernährungsphysiologischen Qualität, also der Vitamine und Proteine, verursachen. Ultraschall ist eine effiziente nichtthermische Alternative zur schonenden Verarbeitung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmebehandlungen nutzt die Konservierung mit Ultraschall die Energie und Scherkräfte der akustischen Kavitation, um Enzyme zu inaktivieren. Bei ausreichend geringer Beschallung können strukturelle und metabolische Veränderungen in Zellen auftreten, ohne dass diese zerstört werden. Die Aktivität der Peroxidase, die in den meisten rohen und unblanchierten Obst- und Gemüsesorten vorkommt und insbesondere mit der Entwicklung von Fehlaromen und Bräunungspigmenten in Verbindung gebracht werden kann, lässt sich durch Ultraschall deutlich reduzieren. Thermoresistente Enzyme wie Lipase und Protease, die einer Ultrahocherhitzung standhalten und die Qualität und Haltbarkeit wärmebehandelter Milch und anderer Milchprodukte beeinträchtigen können, lassen sich durch die gleichzeitige Anwendung von Ultraschall, Wärme und Druck (MTS) wirksamer inaktivieren.

Ultraschall hat sein Potenzial zur Zerstörung lebensmittelübertragener Krankheitserreger wie E.coli, Salmonellen, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium-Zysten und Poliovirus gezeigt.

Anwendbar zur Konservierung von Konfitüre, Marmelade oder Toppings, Fruchtsäften und Saucen, Fleischprodukten, Milchprodukten und Speiseeis.
 

Homogenisierung und Pasteurisierung von Flüssigei mit Leistungsultraschall und dem Ultraschallgerät UP400STHielscher Ultraschallgeräte können Flüssigeiprodukte (Vollei, Eiklar, Eigelb) homogenisieren und pasteurisieren, um Lebensmittelsicherheit und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Hielscher Ultraschallhomogenisatoren erzeugen intensive Kavitation und hohe Scherkräfte zur Abtötung von Mikroorganismen. Die Ultraschallpasteurisierung ist eine sehr wirksame und effiziente Alternative zur Pasteurisierung bei niedrigen Temperaturen. Durch Ultraschallbehandlung pasteurisiertes Flüssigei weist eine geringere Proteindenaturierung, weniger Geschmacksverlust, eine verbesserte Homogenität und eine deutlich höhere Energieeffizienz auf.
Hielscher Ultraschallgeräte können Flüssigeiprodukte (Vollei, Eiklar, Eigelb) homogenisieren und pasteurisieren, um Lebensmittelsicherheit und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Hielscher Ultraschallhomogenisatoren erzeugen intensive Kavitation und hohe Scherkräfte zur Abtötung von Mikroorganismen. Die Ultraschallpasteurisierung ist eine sehr wirksame und effiziente Alternative zur Pasteurisierung bei niedrigen Temperaturen. Durch Ultraschallbehandlung pasteurisiertes Flüssigei weist eine geringere Proteindenaturierung, weniger Geschmacksverlust, eine verbesserte Homogenität und eine deutlich höhere Energieeffizienz auf.

 

Synergien von Ultraschall mit Temperatur und Druck

Die Ultraschallbehandlung ist häufig wirksamer, wenn sie mit anderen antimikrobiellen Verfahren kombiniert wird, beispielsweise:

  • Thermosonikation, d. h. Wärme und Ultraschall
  • Manosonikation, d. h. Druck und Ultraschall
  • Manothermosonikation, d. h. Druck, Wärme und Ultraschall

Die kombinierte Anwendung von Ultraschall mit Wärme und/oder Druck wird für Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae und Aeromonas hydrophila empfohlen.

Ultraschall im Vergleich zu anderen Verfahren zur Lebensmittelkonservierung

Im Gegensatz zu anderen thermischen und nichtthermischen Verfahren wie Hochdruckhomogenisierung, thermischer Pasteurisierung, Hochdruckbehandlung (HPP), komprimiertem Kohlendioxid (cCO2) und überkritischem Kohlendioxid (ScCO2), elektrischen Feldimpulsen hoher Feldstärke (HELP) oder Mikrowellen lässt sich Ultraschall einfach im Labor- oder Technikumsmaßstab testen – mit reproduzierbaren Ergebnissen für die Maßstabsvergrößerung. Die Intensität und die Kavitationseigenschaften lassen sich leicht an den jeweiligen Extraktionsprozess anpassen, um bestimmte Ziele zu erreichen. Amplitude und Druck können über einen großen Bereich variiert werden, beispielsweise um die energieeffizienteste Extraktionskonfiguration zu ermitteln.

Weitere Vorteile der Ultraschallextraktion mit Sonotroden sind die einfache Handhabung des Extrakts, die schnelle Durchführung, Rückstandsfreiheit, hohe Ausbeute, Umweltfreundlichkeit, verbesserte Qualität und die Vermeidung des Abbaus des Extrakts.
(vgl. Chemat et al., 2011)

Vorteile der Lebensmittelverarbeitung mit Ultraschall
 

  • Vollständigere Extraktion
  • Nichtthermische Konservierung
  • Höhere Ausbeuten
  • Hoher Nährstoffgehalt, erstklassige Lebensmittelqualität
  • Schneller Prozess
  • Kaltes / nichtthermisches Verfahren
  • Einfach und sicher zu bedienen
  • Geringer Wartungsaufwand
Pilzextraktion – Kaltextraktion von Chaga-Pilzen mittels UltraschallSonotroden sind hocheffizient bei der nichtthermischen Extraktion von Heilpilzen wie Chaga. Dieses Video zeigt die schnelle Vollspektrumextraktion aus Chaga mit dem Ultraschallgerät UP100H.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte zur Extraktion und Konservierung

Hielscher Ultrasonics entwickelt, fertigt und vertreibt Hochleistungs-Ultraschallgeräte für die effiziente Extraktion und Konservierung. Der Einsatz von Ultraschallgeräten von Hielscher zur Extraktion und Lebensmittelkonservierung ist eine leistungsfähige Verarbeitungstechnologie, die sich sowohl sicher und umweltfreundlich als auch effizient und wirtschaftlich anwenden lässt. Die homogenisierende und konservierende Wirkung lässt sich problemlos für alle flüssigen oder pastösen Lebensmittel nutzen, darunter Fruchtsäfte und Pürees (z. B. aus Orangen, Äpfeln, Grapefruits, Mangos, Trauben und Pflaumen) sowie Gemüsesaucen und Suppen (z. B. Tomatensauce oder Spargelsuppe), Milchprodukte, Eier und Fleisch.
Unser Portfolio an Ultraschallhomogenisatoren und Extraktoren reicht von tragbaren Handgeräten bis hin zu vollständig industriellen Produktionssystemen für die Inline-Verarbeitung großer Volumina im kommerziellen Maßstab.

Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität Made in Germany

Ultraschallgeräte von Hielscher sind für höchste Qualitäts- und Entwicklungsstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Ultraschallgeräte von Hielscher bewältigen raue Betriebsbedingungen und anspruchsvolle Umgebungen problemlos.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf Hochleistungs-Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind Ultraschallgeräte von Hielscher CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

Chargenvolumen Volumenstrom Empfohlene Geräte
0,5 bis 1,5mL n.a. VialTweeter
1 bis 500mL 10 bis 200mL/min UP100H
10 bis 2000mL 20 bis 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 bis 20L 0,2 bis 4L/min UIP2000hdT
10 bis 100L 2 bis 10L/min UIP4000hdT
15 bis 150L 3 bis 15L/min UIP6000hdT
n.a. 10 bis 100L/min UIP16000
n.a. höher Verbund aus UIP16000

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Ultraschallhomogenisatoren mit hohen Scherkräften werden zur Verarbeitung im Labor-, Technikums-, Pilot- und Industriemaßstab eingesetzt.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab.



Literatur / Referenzen

Wissenswertes

Ultraschallgestützter Zellaufschluss

Bei intensiver Beschallung können Enzyme oder Proteine durch den Zellaufschluss aus Zellen oder subzellulären Organellen freigesetzt werden. In diesem Fall ist die Verbindung, die in einem Lösungsmittel gelöst werden soll, in einer unlöslichen Struktur eingeschlossen. Um sie zu extrahieren, muss die Zellmembran zerstört werden. Der Zellaufschluss ist ein empfindlicher Prozess, da die Zellwand einem hohen osmotischen Druck im Zellinneren standhalten kann. Eine gute Kontrolle des Zellaufschlusses ist erforderlich, um eine unkontrollierte Freisetzung aller intrazellulären Produkte einschließlich Zelltrümmern und Nukleinsäuren oder eine Denaturierung des Produkts zu vermeiden.
Die Ultraschallbehandlung ist ein gut kontrollierbares Verfahren zum Zellaufschluss. Dabei ermöglichen die mechanischen Wirkungen des Ultraschalls ein schnelleres und vollständigeres Eindringen des Lösungsmittels in zelluläre Materialien und verbessern den Stofftransport. Ultraschall bewirkt ein tieferes Eindringen des Lösungsmittels in pflanzliches Gewebe und verbessert den Stofftransport. Ultraschallwellen, die Kavitation erzeugen, brechen Zellwände auf und erleichtern die Freisetzung von Matrixbestandteilen.

Durch Ultraschall verbesserter Stofftransport fördert die Extraktion

Im Allgemeinen kann Ultraschall die Durchlässigkeit von Zellmembranen für Ionen erhöhen und die Selektivität der Zellmembranen erheblich verringern. Die mechanische Wirkung des Ultraschalls unterstützt die Diffusion von Lösungsmitteln in das Gewebe. Da Ultraschall die Zellwand durch die Scherkräfte der Kavitation mechanisch aufbricht, erleichtert er den Stofftransport aus der Zelle in das Lösungsmittel. Die Partikelgrößenreduzierung durch Ultraschallkavitation vergrößert die Kontaktfläche zwischen der festen und der flüssigen Phase.

Ultraschallgestützte Lyse und Inaktivierung von E.coli

Für die Herstellung kleiner Mengen rekombinanter Proteine zur Untersuchung und Charakterisierung ihrer biologischen Eigenschaften ist E.coli das Bakterium der Wahl. Aufreinigungs-Tags wie Polyhistidinanhänge, Beta-Galactosidase oder maltosebindende Proteine werden üblicherweise an rekombinante Proteine angefügt, damit diese mit einer für die meisten analytischen Zwecke ausreichenden Reinheit aus Zellextrakten abgetrennt werden können. Die Ultraschallbehandlung ermöglicht es, insbesondere bei geringer Produktionsausbeute die Proteinfreisetzung zu maximieren und die Struktur und Aktivität des rekombinanten Proteins zu erhalten.

Ultraschallgestützte Oxidation

Bei kontrollierten Intensitäten kann der Einsatz von Ultraschall bei Biotransformation und Fermentation durch induzierte biologische Effekte und einen erleichterten zellulären Stofftransport die biotechnologische Verarbeitung verbessern. Der Einfluss einer kontrollierten Ultraschallbehandlung (20kHz) auf die Oxidation von Cholesterin zu Cholestenon durch ruhende Zellen von Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (früher Nocardia erythropolis) wurde von Bar (1987) untersucht.
Dieses System ist insofern typisch für mikrobielle Umwandlungen von Sterolen und Steroiden, als sowohl das Substrat als auch die Produkte wasserunlösliche Feststoffe sind. Es ist daher insofern besonders, als sowohl die Zellen als auch die Feststoffe der Wirkung des Ultraschalls ausgesetzt sein können. Bei einer ausreichend niedrigen Ultraschallintensität, die die strukturelle Integrität der Zellen und ihre Stoffwechselaktivität erhielt, beobachtete Bar eine deutliche Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit der Biotransformation in mikrobiellen Suspensionen mit 1,0 und 2,5 g/L Cholesterin, wenn diese alle 10mn für 5s mit einer Leistungsdichte von 0,2W/cm² beschallt wurden. Ultraschall hatte keinen Einfluss auf die enzymatische Oxidation von Cholesterin (2,5g/L) durch Cholesterinoxidase.

Was ist die Hochdruckbehandlung zur Lebensmittelkonservierung?

Die Hochdruckbehandlung (HPP) ist ein nichtthermisches Verfahren zur Lebensmittelkonservierung, das Mikroorganismen und Enzyme inaktiviert und gleichzeitig die sensorischen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften des Produkts erhält. Dabei werden verpackte Lebensmittel für Sekunden bis Minuten hydrostatischen Drücken ausgesetzt, die typischerweise zwischen 300 und 600 MPa (Megapascal) liegen. Eine wesentliche Herausforderung der Hochdruckbehandlung ist ihr sehr hoher Energieverbrauch. Erfahren Sie mehr darüber, wie die Ultraschallbehandlung den Energiebedarf der HPP senken kann!


Hochleistungsultraschall! Das Produktsortiment von Hielscher deckt das gesamte Spektrum ab, vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Technikumsgeräte bis hin zu vollständig industriellen Ultraschallsystemen.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren vom Labormaßstab bis zum Industriemaßstab.

Wir besprechen gerne Ihren Prozess mit Ihnen.

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