استخراج و نگهداری بوسیله آلتراسونیک
استخراج و حفظ اولتراسونیک با استفاده از اولتراسوند قدرتی برای تجزیه ساختارهای سلولی (لیزیس) انجام می شود. شکستن سلول ها با اولتراسونیک منجر به استخراج بسیار کارآمد ترکیبات داخل سلولی و همچنین غیرفعال سازی میکروبی ها می شود. به دلیل مزایای فراوان، اولتراسونیک به طور گسترده برای استخراج و نگهداری در صنعت غذا استفاده می شود. بیشتر درباره فواید استخراج اولتراسونیک و فرآوری مواد غذایی بدانید!
سونوگرافی قدرت برای استخراج و نگهداری مواد غذایی و گیاهان
استخراج اولتراسونیک: استخراج مافوق صوت یک فرایند است که با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا برای استخراج ترکیبات از انواع مواد مانند گیاهان است, میوه ها, و سبزیجات. این فرآیند شامل استفاده از امواج اولتراسونیک برای ایجاد حباب های فشار بالا در یک ماده مایع یا نیمه جامد است که به سرعت فرو می ریزند و گرما و فشار شدیدی ایجاد می کنند که دیواره های سلولی مواد را مختل می کند و ترکیبات مورد نظر را آزاد می کند.
اصل کار استخراج و حفظ التراسونیک
اصل اساسی در پشت استخراج مافوق صوت است که در پدیده شناخته شده به عنوان حفره صوتی بر اساس. هنگامی که یک مایع در معرض امواج اولتراسونیک با شدت بالا و فرکانس پایین (تقریبا 20 کیلوهرتز) قرار می گیرد، امواج فشاری ایجاد می کند که حباب های خلاء کوچکی را در مایع ایجاد می کند. با افزایش شدت سونوگرافی اندازه این حباب ها رشد می کنند و وقتی به اندازه مشخصی می رسند ، به طور ناگهانی و شدید فرو می ریزند و موج ضربه ای ایجاد می کنند و انرژی را به صورت گرما و فشار آزاد می کنند.
این فرآیند باعث اختلال مکانیکی دیواره های سلولی می شود و ترکیبات مورد نظر را از مواد به حلال مایع آزاد می کند. سپس ترکیبات آزاد شده را می توان با استفاده از تکنیک های جداسازی استاندارد مانند فیلتراسیون یا سانتریفیوژ از حلال جدا کرد.
Ultrasonicator UP400St برای استخراج غیر حرارتی کارآمد مواد گیاهی.
حفظ اولتراسونیک: حفظ مافوق صوت است که در همان اثرات حفره ای به عنوان استخراج مافوق صوت بر اساس. برای حفظ ، سونوگرافی قدرت برای افزایش ماندگاری غذاهای فاسد شدنی با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا برای جلوگیری از رشد میکروارگانیسم هایی که باعث فساد می شوند ، استفاده می شود. این فرآیند شامل قرار دادن غذا در معرض امواج اولتراسونیک است که دیواره سلولی باکتری ها، مخمرها و کپک ها را مختل می کند و منجر به تخریب یا مهار آنها می شود.
این فرآیند باعث اختلال مکانیکی دیواره سلولی میکروارگانیسم ها می شود که منجر به تخریب یا مهار آنها می شود. امواج اولتراسونیک همچنین می توانند نفوذپذیری غشای سلولی را افزایش دهند و به مواد نگهدارنده و سایر عوامل ضد میکروبی اجازه نفوذ کرده و میکروارگانیسم ها را به طور موثرتری از بین ببرند.
حفظ اولتراسونیک نسبت به روش های سنتی نگهداری ترجیح داده می شود زیرا مزایای متعددی مانند زمان پردازش کوتاه تر، راندمان بالاتر و توانایی حفظ خواص طبیعی و طعم مواد غذایی را ارائه می دهد. در طیف گسترده ای از محصولات غذایی مانند سس ها، آب میوه ها، لبنیات، تخم مرغ و گوشت برای افزایش ماندگاری آنها و اطمینان از ایمنی آنها استفاده می شود.
تکنیک استخراج و حفظ مافوق صوت نسبت به روش های استخراج و نگهداری سنتی ترجیح داده می شود زیرا مزایای متعددی مانند نرخ استخراج سریع تر، کیفیت محصول عالی، عملکرد بالاتر، درمان غیر حرارتی کاملا مکانیکی و توانایی استخراج طیف وسیع تری از ترکیبات را ارائه می دهد. در طیف گسترده ای از صنایع مانند مواد غذایی و آشامیدنی، داروسازی و لوازم آرایشی استفاده می شود.
کاویتاسیون اولتراسونیک قدرتمند در Hielscher UIP1000hdT Cascatrode
استخراج پروتئین و آنزیم التراسونیک
به طور خاص استخراج آنزیم ها و پروتئین های ذخیره شده در سلول ها و ذرات زیر سلولی یک کاربرد منحصر به فرد و موثر از سونوگرافی با شدت بالا است، زیرا استخراج ترکیبات آلی موجود در بدن گیاهان و دانه ها توسط یک حلال می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. بنابراین سونوگرافی دارای مزایای بالقوه ای در استخراج و جداسازی اجزای بالقوه فعال زیستی جدید، به عنوان مثال از جریان های جانبی استفاده نشده است که در فرآیندهای فعلی تشکیل شده اند. سونوگرافی همچنین می تواند به تشدید اثرات درمان آنزیمی کمک کند و با این کار میزان آنزیم مورد نیاز را کاهش دهد یا بازده ترکیبات مرتبط قابل استخراج را افزایش دهد.
استخراج التراسونیک از چربی ها و پروتئین ها
امواج فراصوت است که اغلب برای بهبود استخراج چربی و پروتئین از دانه های گیاهی، مانند دانه های سویا (به عنوان مثال،. آرد و یا دانه های سویا چربی زدایی) و یا دانه های روغنی دیگر استفاده می شود. در این حالت ، تخریب دیواره های سلولی فشار دادن (سرد یا گرم) را تسهیل می کند و در نتیجه روغن یا چربی باقیمانده در کیک پرس را کاهش می دهد.
تأثیر استخراج مداوم اولتراسونیک به عملکرد پروتئین پراکنده توسط مولتون و همکاران نشان داده شد. فراصوت افزایش بازیابی پروتئین پراکنده به تدریج به عنوان نسبت پوسته پوسته / حلال از تغییر 1:10 به 1:30. این نشان داد که سونوگرافی قادر به peptize پروتئین سویا در تقریبا هر توان تجاری است و انرژی فراصوت مورد نیاز پایین ترین بود, زمانی که دوغاب ضخیم تر مورد استفاده قرار گرفت.
جداسازی التراسونیک از ترکیبات فنلی و آنتوسیانین
آنزیم هایی مانند پکتینازها، سلولازها و همی سلولازها به طور گسترده ای در فرآوری آب میوه به منظور تخریب دیواره های سلولی و بهبود قابلیت استخراج آب استفاده می شوند. اختلال در ماتریس دیواره سلولی همچنین اجزایی مانند ترکیبات فنلی را در آب آزاد می کند. سونوگرافی فرآیند استخراج را بهبود می بخشد و بنابراین می تواند منجر به افزایش ترکیب فنلی، آلکالوئیدها و عملکرد آب میوه شود، که معمولا در کیک پرس باقی می ماند.
The beneficial effects of ultrasonic treatment on the liberation of phenolic compounds and anthocyanins from grape and berry matrix, in particular from bilberries (Vaccinium myrtillus) and black currants (>Ribes nigrum) into juice, was investigated by VTT Biotechnology, Finland using an ultrasonic processor UIP2000hd after thawing, mashing and enzyme incubation. The disruption of the cell walls by enzymatic treatment (Pectinex BE-3L for bilberries and Biopectinase CCM for black currants) was improved when combined with ultrasound. “تیمار ایالات متحده غلظت ترکیبات فنلی آب زغال اخته را بیش از 15 درصد افزایش داد. […] تأثیر US (اولتراسوند) با توت سیاه که به دلیل محتوای بالای پکتین و ساختار دیواره سلولی متفاوت، توت ها در فرآوری آب میوه چالش برانگیزتر از زغال اخته هستند، قابل توجه تر بود. […] غلظت ترکیبات فنلی در آب میوه با استفاده از تیمار اولتراسوند (اولتراسوند) پس از انکوباسیون آنزیم به میزان 15 تا 25 درصد افزایش یافت.” (رجوع کنید به موکیلا و همکاران، 2004)
اولتراسونیک UIP6000hdT در یک تاسیسات صنعتی با استخراج مداوم.
غیرفعال سازی میکروبی و آنزیمی
غیرفعال سازی میکروبی و آنزیمی (حفظ) ، به عنوان مثال در آب میوه ها و سس ها ، یکی دیگر از کاربردهای سونوگرافی در فرآوری مواد غذایی است. امروزه حفظ با افزایش دما برای مدت زمان کوتاه (پاستوریزاسیون) هنوز رایج ترین روش فرآوری برای غیرفعال سازی میکروبی یا آنزیمی است که منجر به ماندگاری طولانی تر (حفظ) می شود. به دلیل قرار گرفتن در معرض دمای بالا، پاستوریزاسیون حرارتی معمولی اغلب برای محصولات غذایی معایبی دارد.
تولید مواد جدید از واکنش های کاتالیز شده با حرارت و اصلاح ماکرومولکول ها و همچنین تغییر شکل ساختارهای گیاهی و جانوری ممکن است در کاهش کیفیت کاهش یابد. بنابراین، عملیات حرارتی می تواند باعث تغییرات نامطلوب در ویژگی های حسی یعنی بافت، طعم، رنگ، بو و کیفیت تغذیه ای یعنی ویتامین ها و پروتئین ها شود. سونوگرافی یک جایگزین پردازش غیر حرارتی کارآمد (حداقل) است.
بر خلاف عملیات حرارتی معمولی، حفظ مافوق صوت با استفاده از انرژی و نیروهای برشی حفره صوتی به منظور غیرفعال کردن آنزیم ها. در سطوح به اندازه کافی پایین فراصوت تغییرات ساختاری و متابولیکی می تواند در سلول ها بدون تخریب آنها رخ دهد. فعالیت پراکسیداز که در اکثر میوه ها و سبزیجات خام و بدون بلانچ یافت می شود و می تواند به ویژه با ایجاد طعم های نامناسب و رنگدانه های قهوه ای مرتبط باشد، می تواند با استفاده از سونوگرافی به میزان قابل توجهی کاهش یابد. آنزیم های مقاوم در برابر حرارت، مانند لیپاز و پروتئاز که در برابر درمان در دمای فوق العاده بالا مقاومت می کنند و می توانند کیفیت و ماندگاری شیر عملیات حرارتی و سایر محصولات لبنی را کاهش دهند، می توانند با استفاده همزمان از سونوگرافی، گرما و فشار (MTS) به طور موثرتری غیرفعال شوند.
سونوگرافی پتانسیل خود را در از بین بردن پاتوژن های منتقله از طریق غذا نشان داده است, مانند E.coli, سالمونلا, Ascaris, ژیاردیا, کیست Cryptosporidium, و ویروس فلج اطفال.
قابل استفاده برای: نگهداری مربا، مارمالاد یا رویه، آب میوه و سس، فرآورده های گوشتی، لبنیات و بستنی.
هم افزایی سونوگرافی با دما و فشار
سونوگرافی اغلب موثرتر است که با سایر روش های ضد میکروبی ترکیب, مانند:
- ترموسونیکاسیون ، یعنی گرما و سونوگرافی
- مانو فراصوت ، یعنی فشار و سونوگرافی
- مانو ترمو فراصوت، یعنی فشار، گرما و سونوگرافی
استفاده ترکیبی از سونوگرافی با گرما و / یا فشار برای باسیلوس سوبتیلیس توصیه می شود, باسیلوس کواگولانس, باسیلوس سرئوس, باسیلوس استروترموفیلوس, ساکارومایسس سرویزیه, و Aeromonas hydrophila.
اولتراسونیک در مقابل سایر تکنیک های نگهداری مواد غذایی
برخلاف سایر فرآیندهای حرارتی و غیر حرارتی ، مانند همگن سازی با فشار بالا ، پاستوریزاسیون حرارتی ، پردازش فشار بالا (HPP) ، دی اکسید کربن فشرده (cCO2) و دی اکسید کربن فوق بحرانی (ScCO2) ، پالس های میدان الکتریکی بالا (HELP) یا مایکروویو ، سونوگرافی را می توان به راحتی در مقیاس آزمایشگاهی یا نیمکت آزمایش کرد – ایجاد نتایج قابل تکرار برای افزایش مقیاس. شدت و ویژگی های کاویتاسیون را می توان به راحتی با فرآیند استخراج خاص برای هدف قرار دادن اهداف خاص تطبیق داد. دامنه و فشار را می توان در طیف گسترده ای تغییر داد، به عنوان مثال برای شناسایی کارآمدترین تنظیم استخراج انرژی.
مزایای دیگر مرتبط با استفاده از استخراج پروب مافوق صوت دست زدن آسان به عصاره، اجرای سریع، بدون باقی مانده، عملکرد بالا، سازگار با محیط زیست، افزایش کیفیت و جلوگیری از تخریب عصاره است.
(رجوع کنید به Chemat و همکاران، 2011)
- استخراج کامل تر
- حفظ غیر حرارتی
- بازده بالاتر
- مواد مغذی بالا، کیفیت مواد غذایی عالی
- روند سریع
- فرآیند سرد / غیر حرارتی
- آسان و ایمن برای کار
- تعمیر و نگهداری کم
مافوق صوت با کارایی بالا برای استخراج و preseravation
Hielscher مافوق صوت طراحی، تولید و توزیع ultrasonicators با کارایی بالا برای استخراج کارآمد و حفظ. با استفاده از تجهیزات مافوق صوت Hielscher برای استخراج و نگهداری مواد غذایی یک فن آوری پردازش قدرتمند است که نه تنها می تواند با خیال راحت و سازگار با محیط زیست بلکه کارآمد و اقتصادی نیز اعمال می شود. اثر همگن سازی و نگهدارنده را می توان به راحتی برای هر محصول غذایی مایع یا خمیر مانند از جمله آب میوه و پوره (مانند پرتقال، سیب، گریپ فروت، انبه، انگور، آلو) و همچنین برای سس های سبزیجات و سوپ ها (به عنوان مثال، سس گوجه فرنگی یا سوپ مارچوبه)، لبنیات، تخم مرغ و گوشت استفاده کرد.
نمونه کارها ما از هموژنایزرها و استخراج کننده های اولتراسونیک از دستگاه های دستی و قابل حمل گرفته تا سیستم های تولید کاملا صنعتی برای پردازش درون خطی حجم زیادی در مقیاس تجاری است.
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
مافوق صوت Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود را شناخته شده. استحکام و بهره برداری آسان اجازه می دهد تا ادغام صاف از ultrasonicators ما به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط مافوق صوت Hielscher رسیده.
Hielscher اولتراسونیک یک شرکت دارای گواهینامه ISO است و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با کارایی بالا با ویژگی های دولت از هنر فن آوری و کاربر پسند قرار داده است. البته، مافوق صوت Hielscher مطابق با CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 0.5 تا 1.5 میلی لیتر | ن.ا. | VialTweeter(ویال گروهی) | 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150 لیتر | 3 تا 15 لیتر در دقیقه | UIP6000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
ادبیات / منابع
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Farid Chemat, Zill-e-Huma, Muhammed Kamran Khan (2011): Applications of ultrasound in food technology: Processing, preservation and extraction. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 18, Issue 4, 2011. 813-835.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Allinger, H. (1975): American Laboratory, 7 (10), 75 (1975). Bar, R. (1987): Ultrasound Enhanced Bioprocesses, in: Biotechnology and Engineering, Vol. 32, Pp. 655-663 (1987).
- El’piner, I.E. (1964): Ultrasound: Physical, Chemical, and Biological Effects (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.
- Kim, S.M. und Zayas, J.F. (1989): Processing parameter of chymosin extraction by ultrasound; in J. Food Sci. 54: 700.
- Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Combining power ultrasound with enzymes in berry juice processing, at: 2nd Int. Conf. Biocatalysis of Food and Drinks, 19-22.9.2004, Stuttgart, Germany.
- Moulton, K.J., Wang, L.C. (1982): A Pilot-Plant Study of Continuous Ultrasonic Extraction of Soybean Protein, in: Journal of Food Science, Volume 47, 1982.
- Mummery, C.L. (1978): The effect of ultrasound on fibroblasts in vitro, in: Ph.D. Thesis, University of London, London, England, 1978.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
فروپاشی سلولی آلتراسونیک
تحت فراصوت شدید آنزیم ها یا پروتئین ها را می توان از سلول ها یا اندامک های زیر سلولی به عنوان یک نتیجه از تجزیه سلول منتشر شد. در این حالت ، ترکیبی که قرار است در یک حلال حل شود در یک ساختار نامحلول محصور می شود. برای استخراج آن ، غشای سلولی باید تخریب شود. اختلال سلولی یک فرآیند حساس است، زیرا توانایی دیواره سلولی برای مقاومت در برابر فشار اسمزی بالا در داخل است. کنترل خوب اختلال سلولی مورد نیاز است تا از انتشار بدون مانع تمام محصولات داخل سلولی از جمله بقایای سلولی و اسیدهای نوکلئیک یا دناتوره شدن محصول جلوگیری شود.
امواج فراصوت به عنوان یک وسیله ای قابل کنترل برای تجزیه سلول عمل می کند. برای این منظور ، اثرات مکانیکی سونوگرافی نفوذ سریعتر و کامل تر حلال به مواد سلولی را فراهم می کند و انتقال جرم را بهبود می بخشد. سونوگرافی به نفوذ بیشتر حلال به بافت گیاهی دست می یابد و انتقال جرم را بهبود می بخشد. امواج اولتراسونیک تولید حفره های سلولی را مختل می کنند و انتشار اجزای ماتریس را تسهیل می کنند.
انتقال جرم التراسونیک بهبود یافته ترویج استخراج
به طور کلی ، سونوگرافی می تواند منجر به نفوذپذیری غشای سلولی به یون ها شود و می تواند انتخاب پذیری غشای سلولی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. فعالیت مکانیکی سونوگرافی از انتشار حلال ها در بافت پشتیبانی می کند. همانطور که سونوگرافی دیواره سلولی را به صورت مکانیکی توسط نیروهای برشی کاویتاسیون می شکند، انتقال از سلول به حلال را تسهیل می کند. کاهش اندازه ذرات توسط حفره اولتراسونیک سطح در تماس بین فاز جامد و مایع را افزایش می دهد.
لیز اولتراسونیک و غیرفعال کردن E.coli
برای تولید مقادیر کمی پروتئین های نوترکیب برای مطالعه و تعیین خصوصیات بیولوژیکی آنها ، E.coli باکتری انتخابی است. برچسب های خالص سازی، به عنوان مثال دم پلی هیستیدین، بتا گالاکتوزیداز یا پروتئین های متصل شونده به مالتوز، معمولا به پروتئین های نوترکیب متصل می شوند تا آنها را از عصاره های سلولی با خلوص کافی برای اکثر اهداف تحلیلی جدا کنند. امواج فراصوت اجازه می دهد تا برای به حداکثر رساندن انتشار پروتئین، به ویژه زمانی که بازده تولید کم است و برای حفظ ساختار و فعالیت پروتئین نوترکیب.
اکسیداسیون اولتراسونیک
در شدت های کنترل شده، استفاده از سونوگرافی در انتقال زیستی و تخمیر ممکن است به دلیل اثرات بیولوژیکی القایی و به دلیل تسهیل انتقال جرم سلولی، منجر به افزایش پردازش زیستی شود. تأثیر کاربرد کنترل شده امواج فراصوت (20 کیلوهرتز) بر اکسیداسیون کلسترول به کلستنون توسط سلول های استراحت رودوکوکوس اریتروپولیس ATCC 25544 (نوکاردیا اریتروپولیس سابق) توسط بار (1987) مورد بررسی قرار گرفت.
این سیستم نمونه ای از تبدیل های میکروبی استرول ها و استروئیدها است که بستر و محصولات مواد جامد نامحلول در آب هستند. بنابراین ، این سیستم از این نظر منحصر به فرد است که هم سلول ها و هم مواد جامد ممکن است در معرض تأثیر سونوگرافی قرار گیرند. در شدت اولتراسونیک به اندازه کافی کم است که یکپارچگی ساختاری سلول ها را حفظ و فعالیت متابولیک خود را حفظ کرد, نوار افزایش قابل توجهی در نرخ جنبشی از biotransformation در دوغاب میکروبی از 1.0 و 2.5 گرم / L کلسترول زمانی که فراصوت برای 5s هر 10mn با قدرت خروجی از 0.2W / cm² مشاهده. امواج فراصوت هیچ تاثیری بر اکسیداسیون آنزیمی کلسترول (5/2 گرم در لیتر) توسط کلسترول اکسیداز نشان نداد.
فرآوری فشار بالا در نگهداری مواد غذایی چیست؟
فرآوری با فشار بالا (HPP) یک روش نگهداری مواد غذایی غیر حرارتی است که میکروارگانیسم ها و آنزیم ها را غیرفعال می کند و در عین حال کیفیت حسی و تغذیه ای محصول را حفظ می کند. این شامل قرار دادن مواد غذایی بسته بندی شده در معرض فشارهای هیدرواستاتیک معمولا بین 300 تا 600 مگاپاسکال (مگاپاسکال) برای ثانیه تا چند دقیقه است. یکی از چالش های اصلی پردازش فشار بالا، مصرف انرژی بسیار بالای آن است. اطلاعات بیشتر در مورد چگونه فراصوت می تواند کمک به کاهش تقاضای انرژی HPP!
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.