فن آوری اولتراسوند Hielscher

استخراج و نگهداری بوسیله آلتراسونیک

فروپاشی ساختارهای سلولی (لیز) با استفاده از سونوگرافی برای استخراج ترکیبات داخل سلولی یا برای غیر فعال کردن میکروبها استفاده می شود.

تاریخچه

در میکروب شناسی، سونوگرافی در درجه اول با همراه اختلال سلول (لیز) یا تجزیه (الینگر 1975) هنگام صاف کردن مایعات در شدت بالا، امواج صوتی که به رسانه مایع انتقال می یابند، منجر به تغییرات چرخه فشار (فشرده سازی) و فشار کم (تقریب) می شود، با نرخ بسته به فرکانس.
در طول چرخه کم فشار، امواج اولتراسونیک با شدت بالا، حباب های کوچک یا حفره های کوچک را در مایع ایجاد می کنند. هنگامی که حباب ها حجمی را به دست می آورند که دیگر قادر به جذب انرژی نیستند، در یک چرخه فشار بالا به شدت سقوط می کنند. این پدیده کاویتاسیون است. در طول انفجار، درجه حرارت بسیار بالا (تقریبا 5،000K) و فشار (تقریبا 2000 اتم) به صورت محلی می رسد. انفجار حباب کاویتاسیون نیز باعث جت های مایع تا سرعت 280m / s می شود. نیروهای برشی حاصل سلول را به صورت مکانیکی و انتقال مواد را از بین می برند. اولتراسوند می تواند بر روی پارامترهای پردازش تصویری استفاده شود.

فروپاشی درون سلولی

تحت آنزیم فراصوت شدید و یا پروتئین ها می تواند از سلولها و یا اندامک جایگاه درون سلولی به عنوان یک نتیجه از منتشر فروپاشی درون سلولی. در این مورد، ترکیب منحل شود به یک حلال است که در یک ساختار نامحلول محصور شده است. به منظور آن را استخراج، غشای سلولی باید تخریب شود. اختلال همراه یک فرایند حساس است، چون قابلیت دیواره سلولی به مقاومت در برابر فشار اسمزی بالا در داخل. کنترل خوب از افت سلولی مورد نیاز است، برای جلوگیری از انتشار بدون مانع همه محصولات داخل سلولی از جمله بقایای سلولی و اسیدهای نوکلئیک، و یا دناتوره شدن محصول می باشد.
امواج فراصوت به عنوان وسیله خوبی کنترل برای فروپاشی سلول عمل می کند. برای این کار، اثرات مکانیکی فراصوت ارائه نفوذ سریع تر و کامل تر از حلال را به مواد سلولی و بهبود انتقال جرم. سونوگرافی رسیدن به نفوذ بیشتر از یک حلال به یک بافت گیاه و بهبود انتقال جرم. امواج مافوق صوت تولید کاویتاسیون مختل دیواره های سلولی و تسهیل انتشار اجزای ماتریس.

انتقال حجم

به طور کلی، سونوگرافی می تواند به یک نفوذپذیرکردن غشای سلولی به یونهای سرب (زهد فروشی 1978)، و می تواند انتخابی از غشای سلولی به طور قابل توجهی کاهش می دهد. فعالیت مکانیکی سونوگرافی از انتشار حلال به بافت. سونوگرافی دیواره سلولی می شکند مکانیکی توسط نیروهای کاویتاسیون برشی، آن را تسهیل انتقال از سلول را به حلال. کاهش اندازه ذرات توسط اولتراسونیک کاویتاسیون سطح در تماس بین جامد و فاز مایع را افزایش می دهد.

استخراج پروتئین و آنزیم

به طور خاص استخراج آنزیم ها و پروتئین ذخیره شده در سلول ها و ذرات جایگاه درون سلولی یک برنامه منحصر به فرد و موثر از امواج فراصوت با شدت بالا (استکیم 1989)، به عنوان استخراج ترکیبات آلی موجود در بدن گیاهان و دانه توسط یک حلال می تواند به طور قابل توجهی بهبود یافته است. بنابراین اولتراسوند دارای مزیت بالقوه در استخراج و جداسازی رمان به طور بالقوه ترکیبات زیست فعال، به عنوان مثال، از غیر استفاده محصول جریان تشکیل در فرآیندهای جاری است. سونوگرافی نیز می تواند به تشدید اثرات درمان آنزیم کمک کند، و این کاهش مقدار آنزیم مورد نیاز و یا افزایش عملکرد ترکیبات مربوطه استخراج.

چربی ها و پروتئین ها

امواج فراصوت است که اغلب به بهبود استخراج چربی و پروتئین از دانه های گیاهی، مانند دانه های سویا (آرد به عنوان مثال، یا سویا بدون چربی) و یا دیگر دانه های روغنی استفاده می شود. در این مورد، از تخریب دیواره سلولی را تسهیل فشار دادن (سرد و گرم) و در نتیجه کاهش نفت باقی مانده و یا چربی در کیک با فشار دادن.

تاثیر استخراج اولتراسونیک به عملکرد پروتئین پراکنده توسط نشان داده شد مولتون و همکاران. فراصوت به عنوان پودری / نسبت حلال 1:10-01:30 تغییر افزایش بهبود پروتئین پراکنده به تدریج. این نشان داد که سونوگرافی قادر به peptize پروتئین سویا تقریبا در هر توان تجاری است و این انرژی فراصوت مورد نیاز کمترین بود، زمانی که مایع ضخیم تر استفاده شد. (مولتون و همکاران 1982)

قابل اجرا به: روغن مرکبات از میوه ها، استخراج نفت از خردل زمین، بادام زمینی، تجاوز به عنف، روغن گیاه (اکیناسه)، کلزا، سویا، ذرت

آزادی ترکیبات فنولی و آنتوسیانین ها

آنزیم مانند pectinases، سلولاز و hemicellulases به طور گسترده ای در پردازش آب به منظور کاهش دیواره های سلولی و بهبود استخراج آب استفاده می شود. اختلال در ماتریس دیواره سلولی همچنین باعث آزاد قطعات، مانند ترکیبات فنلی به آب. سونوگرافی را بهبود می بخشد فرآیند استخراج و بنابراین می تواند به افزایش در ترکیب فنولی، آلکالوئیدها و آب عملکرد، معمولا در کنجاله سمت چپ منجر شود.

اثرات مثبت درمان فراصوت در مورد آزادی ترکیبات فنلی و آنتوسیانین انگور و ماتریس انواع توت ها، به ویژه از زغال (myrtillus واکسینیوم) و سیاه و سفید بیدانه (گونه R.) را به آب، با بررسی شد VTT بیوتکنولوژی، فنلاند (MAXFUN اتحادیه اروپا پروژه) با استفاده از یک UIP2000hd پردازنده التراسونیک پس از ذوب، mashing و انکوباسیون آنزیم. اختلال در دیواره های سلولی با درمان آنزیمی (Pectinex BE-3L برای زغال و Biopectinase CCM برای بیدانه سیاه و سفید) وقتی که با سونوگرافی ترکیب بهبود یافته است. “درمان آمریکا افزایش غلظت ترکیبات فنلی از آب زغال اخته بیش از 15٪ است. […] تاثیر آمریکا (سونوگرافی) به دلیل محتوای بالای خود از پکتین و معماری های مختلف دیواره سلولی با سیاه و سفید بیدانه، که انواع توت ها بیشتر به چالش کشیدن در پردازش آب از زغال هستند مشهودتر بود. […] غلظت ترکیبات فنلی در آب توسط 15-25٪ با استفاده از درمان آمریکا (اولتراسوند) پس از انکوباسیون آنزیم افزایش یافته است.” (Mokkila و همکاران 2004)

میکروبی و آنزیم غیر فعال

غیر فعال کردن میکروبی و آنزیم (حفظ)، به عنوان مثال در آبمیوه ها و سس ها، کاربرد دیگری از اولتراسوند در پردازش مواد غذایی است. امروزه حفظ با افزایش درجه حرارت برای مدت کوتاهی (Pasteurization) هنوز شایع ترین روش پردازش برای غیر فعال کردن میکروبی یا آنزیم است که منجر به طول عمر بیشتر (حفظ) می شود. به علت قرار گرفتن در معرض دمای بالا، این روش حرارتی اغلب معایب بسیاری را برای بسیاری از محصولات غذایی دارد.
تولید مواد جدید از واکنش کاتالیز حرارت و اصلاح مولکولهای و همچنین تغییر شکل سازه های گیاهی و حیوانی ممکن است در از دست دادن کیفیت کاهش دهد. بنابراین، درمان حرارتی می تواند تغییرات نامطلوب از ویژگی های حسی، به عنوان مثال، بافت، طعم، رنگ، بو، و کیفیت تغذیه، به عنوان مثال ویتامین ها و پروتئین ها می شود. اولتراسوند یک غیر حرارتی (حداقل) جایگزین پردازش کارآمد است.

حرارت به صورت محلی توسط کاویتاسیون و رادیکال ایجاد تولید می تواند به غیر فعال شدن آنزیم های فراصوت منجر شود (El'piner 1964). در سطوح پایین به اندازه کافی از فراصوت تغییرات ساختاری و سوخت و ساز بدن می تواند در سلول ها بدون تخریب آنها رخ می دهد. فعالیت پراکسیداز است که در بسیاری از میوه ها و سبزیجات خام و unblanched پیدا شده است و می تواند به ویژه با توسعه خارج از طعم ها و رنگدانه قهوه همراه را می توان با استفاده از سونوگرافی کاهش می یابد. آنزیم حرارت، مانند لیپاز و پروتئاز که مقاومت در برابر درمان فوق العاده بالا دما و که می تواند به کاهش کیفیت و ماندگاری شیر با گرما و سایر محصولات دفتر خاطرات می تواند به طور موثر تر توسط نرم افزار به طور همزمان از اولتراسوند، حرارت و فشار غیر فعال (MTS).

سونوگرافی بالقوه آن در نابود کردن عوامل بیماری منتقله از غذا نشان داده است، مانند اشریشیا کلی، سالمونلا، آسکاریس، ژیاردیا، کیست کریپتوسپوریدیومو ویروس فلج اطفال.

قابل اجرا به: حفظ مربا، مارمالاد و یا پر کردن، به عنوان مثال، برای بستنی، آب میوه و سس ها، محصولات گوشت، لبنیات

هم افزایی فراصوت و دما و فشار

امواج فراصوت است که اغلب موثر تر زمانی که با روش ضد میکروبی دیگر، مانند ترکیب:

  • حرارتی فراصوت، به عنوان مثال گرما و سونوگرافی
  • منو-فراصوت، فشار به عنوان مثال و سونوگرافی
  • منو-حرارتی فراصوت، فشار به عنوان مثال، گرما و سونوگرافی

این برنامه ترکیبی از سونوگرافی با استفاده از گرما و / یا فشار برای توصیه می شود باسیلوس سوبتیلیس، باسیلوس کواگولانس، باسیلوس سرئوس، باسیلوس sterothermophilus، ساکارومیسس سرویسیه، و هیدروفیلا آئروموناس.

توسعه فرآیند

بر خلاف دیگر فرآیندهای غیر حرارتی، مانند فشار بالا هیدرواستاتیک (HP)، دی اکسید کربن فشرده (cCO2) و دی اکسید کربن فوق بحرانی (ScCO2) و حبوبات میدان الکتریکی بالا (HELP)، سونوگرافی می تواند به راحتی در مقیاس آزمایشگاهی و یا نیمکت بالا تست شده – تولید نتایج تجدید پذیر برای مقیاس بالا. شدت و ویژگی های کاویتاسیون را می توان به راحتی به فرآیند استخراج خاص اقتباس برای هدف قرار دادن اهداف خاص. دامنه و فشار را می توان در طیف گسترده ای، به عنوان مثال، متفاوت برای شناسایی بیشتر انرژی راه اندازی استخراج کارآمد. بافت دشوار باید خیساندن، سنگ زنی و یا پودر قبل از امواج فراصوت را انجام دهند.

اشریشیا کلی

برای تولید مقدار کمی از پروتئین های نوترکیب برای مطالعه و ویژگیهای بیولوژیکی خود را، اشریشیا کلی این باکتری از انتخاب است. برچسب ها تصفیه، به عنوان مثال، دم polyhistidine، بتا گالاکتوزیداز، یا مالتوز اتصال
پروتئین ها، معمولا به پروتئین های نوترکیب به منظور آنها را از عصاره سلول جدا با خلوص برای بیشتر مقاصد تحلیلی مناسب پیوست. امواج فراصوت اجازه می دهد تا برای به حداکثر رساندن انتشار پروتئین، به ویژه هنگامی که عملکرد تولید کم است و به حفظ ساختار و فعالیت پروتئین نوترکیب.

اختلال در اشریشیا کلی سلول به منظور استخراج پروتئین کل Chymosin توسط مورد مطالعه قرار گرفت کیم و زایاس.

زعفران استخراج

زعفران به عنوان گران ترین ادویه در بازار جهانی شناخته شده است و با عطر و طعم ظریف، طعم تلخ و رنگ زرد جذاب است. ادویه زعفران از رنگ قرمز سبز گل زعفران به دست می آید. پس از خشک شدن، این قطعات به عنوان چاشنی در آشپزی و یا به عنوان رنگ آمیزی استفاده می شود. عطر و طعم خاصی از زعفران به ویژه از سه ترکیب: کروکین، پیککرروکین و سافرانال.

کدخدایی و همتی-کاخکی در یک مطالعه که امواج فراصوت افزایش راندمان استخراج به طور قابل توجهی و زمان پردازش قابل توجهی کاهش میدهد نشان داد. در واقع، نتایج را با استخراج سونوگرافی آشکارا بهتر از استخراج سنتی آب سرد، است که توسط ISO را می دانست. برای پژوهش خود، کدخدایی و همتی-کاخکی استفاده کرده اند را Hielscher UP50H دستگاه اولتراسونیک. بهترین نتایج با فراصوت پالس دست آمده است. این به این معنی است که فواصل پالس کوتاه موثر تر از درمان اولتراسونیک بود.

اکسیداسیون

در شدت کنترل می شود، استفاده از اولتراسوند به زیستدگرگونی و تخمیر به خوبی ممکن است در این bioprocessing افزایش یافته نتیجه، با توجه به اثرات بیولوژیکی ناشی و با توجه به تسهیل سلولی انتقال جرم. تاثیر برنامه کنترل اولتراسوند (20KHZ) بر روی اکسیداسیون کلسترول به cholestenone توسط سلولهای در حال استراحت erythropolis رودوکوکوس ATCC 25544 (که قبلا erythropolis نوکاردیا) مورد بررسی قرار گرفت توسط بار.

کلسترول + OH2S = Cholest-4-FA-3-یکی + HH2SاميدH2S

این سیستم معمولی از تحولات میکروبی از استرول ها و استروئیدها در بستر است و محصولات آب مواد جامد غیر قابل حل هستند. بنابراین، این سیستم در هر دو سلول نسبتا منحصر به فرد است و مواد جامد ممکن است موضوع به اثرات اولتراسوند (نوار، 1987) در شدت اولتراسونیک که به اندازه کافی پایین بوده و تمامیت ساختاری سلول ها حفظ شده و فعالیت متابولیکی آنها را حفظ کرده است، نوار افزایش قابل توجهی در میزان جنبشی ترشح بیوتان در اسانس های میکروبی 1 و 2.5 گرم در ليتر کلسترول مشاهده کرد. خروجی قدرت 0.2W / cm². سونوگرافی بر روی اکسیداسیون آنزیمی کلسترول (2.5g / L) اثر کلسترول اکسیداز اثر نمی گذارد.

فناوری سودمند

استفاده از اولتراسونیک کاویتاسیون برای استخراج و حفظ مواد غذایی یک تکنولوژی جدید پردازش قدرتمند است که نه تنها می تواند با خیال راحت و سازگار با محیط زیست بلکه اعمال نحو موثر و اقتصادی است. همگن و اثر حفظ راحتی می توان برای آب میوه و پوره و همچنین برای سس سبزیجات و سوپ استفاده می شود (به عنوان مثال پرتقال، سیب، گریپ فروت، انبه، انگور، آلو)، مانند سس گوجه فرنگی یا سوپ مارچوبه.

درخواست اطلاعات بیشتر!

لطفا فرم زیر را استفاده کنید، اگر شما مایل به درخواست اطلاعات اضافی در مورد استفاده از سونوگرافی برای استخراج و حفظ.









لطفا توجه داشته باشید ما سیاست حفظ حریم خصوصی.


ادبیات

Allinger، H. (1975): آزمایشگاه آمریکا، 7 (10)، 75 (1975).

نوار، R. (1987): Bioprocesses سونوگرافی پیشرفتهدر: بیوتکنولوژی و مهندسی، جلد 32، PP. 655-663 (1987).

El'piner، S.I. (1964): سونوگرافی: فیزیکی، شیمیایی، و اثرات بیولوژیکی (مشاوران صدور زیر شلواری، نیویورک، 1964)، 53-78.

کدخدایی، R .؛ همتی-کاخکی، A .: التراسونیک استخراج ترکیبات فعال از زعفران، در: اینترنت انتشار.

کیم، S. M. و زایاس، J.F. (1989): پارامتر پردازش استخراج chymosin توسط سونوگرافی؛ در J. غذایی علمی. 54: 700.

Mokkila، M.، Mustranta، A.، Buchert، J.، Poutanen، K (2004): ترکیب امواج فراصوت با آنزیم در پردازش آب توتدر: INT 2. کنفرانس Biocatalysis از غذا و نوشیدنی، 19-22.9.2004، اشتوتگارت، آلمان.

مولتن، K.J.، وانگ، L.C. (1982): یک خلبان کارخانه مطالعه اولتراسوند پیوسته استخراج پروتئین سویا، در: مجله علوم و صنایع غذایی، جلد 47، 1982.

زهد فروشی، C.L. (1978): اثر اولتراسوند بر روی فیبروبلاست در شرایط in vitro، در: دکتری پایان نامه، دانشگاه لندن، لندن، انگلستان، 1978.