Hielscher Ultrasound Technology

Ultrasonic bunutan at pangangalaga

Ang pagkakawatak-watak ng cell istraktura (lysis) sa pamamagitan ng ultratunog ay ginagamit para sa pagkuha ng intra-cellular compounds o para sa microbial inactivation.

Background

Sa microbiology, ultratunog ay unang-una na kaugnay sa cell pagkagambala (lysis) o Pagkakawatak-watak (Allinger 1975). Kapag sonicating ang mga likido sa mataas ng paglabas, ang mga alon ng tunog na palaganapin sa likidong media ay magreresulta sa alternating high-pressure (compression) at mga cycles ng mababa ang presyon (rarefaction), kasama ang mga rate depende sa dalas.
Sa panahon ng mga mababa ang presyon na cycle, ang mataas na iting ultrasonic waves ay lumikha ng mga maliit na vacuum bula o kahungkagan sa likido. Kapag ang mga bula ay matatamo ng isang aklat na kung saan ay hindi na nila saluhin ang enerhiya, marahas sila pagbagsak sa panahon ng isang high-pressure cycle. Pangkaraniwang bagay na ito ay termed cavitation. Sa panahon ng implosion napakataas na temperatura (approx. 5, 000K) at pamimilit (approx. 2, 000atm) ay umabot sa kanilang lugar. Ang implosion ng mga cavitation bubble din ang mga resulta sa likidong jet ng hanggang 280 m/s bilis ang resultang gupitin pwersa break ang cell envelope nang wala sa loob at mapabuti ang materyal na paglipat. Ultratunog ay maaaring magkaroon ng alinman sa mapaminsalang o nakabubuting epekto sa selula depende sa ang mga parameter ng sonication na nagtatrabaho.

cell paghiwalay

Sa ilalim ng matinding sonication enzymes o protina ay ire-release mula sa mga selula o sumasakop sa subcellular bunga ng cell paghiwalay. Sa kasong ito, ang compound na dissolved sa isang solvent ay inilakip sa isang walang kalutasan na istraktura. Upang kunin ang mga ito, dapat destructed ang cell lamad. Cell pagkagambala ay sensitibo na proseso, dahil ang cell wall kakayahan upang mapaglabanan ang mataas osmotik presyon sa loob. Magandang kontrol ng mga cell pagkagambala ay kailangan, upang maiwasan ang isang unhindered release ng lahat ng mga produkto intracellular pati cell kalat at nucleic acids, o denaturation ng produkto.
Ultrasound ay nagsisilbi bilang isang balon mapigil na paraan para sa mga cell paghiwalay. Para sa mga ito, ang mekanikal epekto ng ultratunog ay nagbibigay nang higit na mabilis at higit pa kumpletuhin ang pagtagos ng solvent sa cellular materyales at mapabuti ang paglipat ng masa. Ultratunog achieves mas baon ng isang ng solvent sa isang planta ng tissue at mapabuti ang paglipat ng masa. Ultrasonic waves sa pagbuo ng cavitation ay sirain ang mga pader ng cell at mapadali ang release ng mga bahagi ng matris.

Paglipat ng masa

Sa pangkalahatan, ultratunog ay maaaring humantong sa isang permeabilization ng mga cell membranes sa ions (Mummery 1978), at ito ay maaaring mabawasan ng selectivity ng cell membranes makabuluhang. Ang mekanikal na aktibidad ng mga ultratunog ay sumusuporta sa pagpapalaganap ng solvents sa tissue. Tulad ng ultratunog break ang cell wall nang wala sa loob ang cavitation gupitin Forces, Naaakses ang paglipat mula sa mga selda sa mga solvent. Sa bahagyang laki pagbabawas sa pamamagitan ng ultrasonic cavitation ay nagdaragdag ng mga ibabaw na lugar sa kontak sa pagitan ng mga solido at likidong yugto ng.

Protina at Enzyme bunutan

Lalo na sa pagkuha ng mga enzymes at proteins na naka-imbak sa mga selula at mga subcellular particle ay isang natatangi at epektibong aplikasyon ng mataas na iting ultratunog (Kim 1989), habang ang pagkuha ng organic compounds na naglalaman sa loob ng katawan ng halaman at binhi sa pamamagitan ng solvent ay makabuluhang pinahusay. Kaya nga ultratunog ay isang potensyal na benepisyo sa pagkuha at pagkakahiwalay ng nobelang posibleng bioactive sangkap, hal. mula sa mga batis ng di-nagagamit gumalaw na nabuo sa kasalukuyang proseso. Makatutulong din ang Ultrasound upang paigtingin ang mga epekto ng enzyme na paggamot, at sa pamamagitan nito mabawasan ang dami ng enzyme na kailangan o madagdagan ang ani ng extractable may kaugnayan na compounds.

Lipids at protina

Ultrasound ay madalas na ginagamit upang mapabuti ang bunutan ng lipids at protina mula sa mga buto ng halaman, tulad ng balatong (hal. harina o defatted balatong) o iba pang langis binhi. Sa kasong ito, ang pagkasira ng mga cell pader ang nagpa-facilitate ng mga pagpindot (malamig o mainit) at nang sa gayon ay binabawasan ang epektong sanhi ng pinsala ng langis o taba sa pagpindot cake.

Ang impluwensiya ng tuluy-tuloy ultrasonic bunutan na ang ani ng mga nakakalat na mga protina ay ipinakita ni Moulton et al. Ang sonication pinataas ang nakakalat na protina progressively bilang nagbago mula sa 1:10 hanggang 1:30 ratio ng flake/solvent. Ipinakita nito na ultratunog ay may kakayahan na peptize ng toyo protina sa halos anumang komersyal na throughput at na kailangan ang enerhiya ng sonication ay ang pinakamababa, kapag ginamit ang mga makapal na slurries. (Moulton et al. 1982)

Angkop sa: Citrus langis mula sa mga prutas, mga katas mula sa lupa mustasa, mani, panggagahasa, langis ng pananim (echinacea), canola, toyo, pwedeng

Pagpapalaya ng Phenolic Compounds at Anthocyanins

Enzymes, tulad ng pectinases, cellulases at hemicellulases ay malawakang ginagamit sa katas ng pagproseso upang hamakin ang mga cell pader at mapabuti ang ang katas ng extractability. Pagputol ng sa cell wall matris din ang release ng mga bahagi, tulad ng phenolic compounds sa juice. Ultratunog ay nagpapabuti sa proseso ng pagkuha at samakatuwid ay maaaring humantong sa isang pagtaas sa ang phenolic compound, alkaloids at katas ng ani, karaniwang iniwan sa press cake.

Ang kapaki-pakinabang na epekto ng ultrasonic paggamot sa ang pagpapalaya ng phenolic compounds at anthocyanins mula sa ubas at berry na matrix, partikular mula sa bilberries (Vaccinium myrtillus) at black currants (Ribes nigrum) sa juice, ay inimbestigahan ng VTT Biotechnology, Finland (MAXFUN EU-proyekto) gamit ang isang Ultrasonic Processor UIP2000hd Pagkatapos ng inkubasyon sa lasaw, mashing at enzyme. Pagputol ng mga cell pader ng enzymatic paggamot (Pectinex maging - 3L para sa mga bilberries) at Biopectinase CCM para sa black currants ay pinahusay na kapag pinagsama kasama ang ultratunog. “Paggamot ng US ay dagdagan ang concentration ng phenolic compounds ng bilberry juice ng higit sa 15%. […] Ang impluwensya ng US (ultrasound) ay mas malaki sa black currants, na mas mahirap ang berries sa juice na pagproseso kaysa sa bilberries dahil sa kanilang mataas na nilalaman ng pektin at iba 't ibang cell wall arkitektura. […] ang concentration ng phenolic compounds sa juice nadagdagan ng 15-25% sa pamamagitan ng paggamit sa atin (ultrasound) paggamot pagkatapos ng inkubasyon sa enzyme.” (Mokkila et al. 2004)

Microbial at Enzyme Inactivation

Microbial at enzyme inactivation (preservation), hal. sa prutas juices at sauces ang ibang aplikasyon ng ultrasound sa pagproseso ng mga pagkain. Ngayon, ang pangangalaga sa pamamagitan ng pag-aangat ng temperatura para sa maikling panahon ng oras (Pasteurization) ay pa rin ang pinaka karaniwang paraan ng pagpoproseso para sa microbial o inactivation ng enzyme na humahantong sa mas mahabang shelf-buhay (pangangalaga). Dahil sa exposure sa mataas na temperatura, ang thermal na paraan na ito ay madalas na disadvantages para sa maraming mga produkto ng pagkain.
Ang produksyon ng mga bagong sangkap mula sa catalyzed ng init ng mga reaksyon at ang pagbabago ng macromolecules gayundin ang pagpapapangit ng halaman at hayop na mga istraktura ay maaaring mabawasan sa isang pagkawala ng kalidad. Samakatuwid, ang thermal na paggamot ay maaaring magdulot ng hindi kanais-nais na sulat-kamay ng madaling makaramdam katangian, i.e. texture, lasa, kulay, amoy, at nutrisyunal na katangian, i.e. ang mga bitamina at protina. Ultratunog ay isang mahusay na di-thermal (minimal) na processing alternatibo.

Init nabuo lokal sa pamamagitan ng cavitation at ang nilikha radicals ay maaaring humantong sa isang inactivation ng enzymes sa pamamagitan ng sonication (El'piner 1964). Sa sapat na mababang antas ng sonication ang pagbabago ng istruktura at metabolic ay maaaring mangyari sa selula kung wala ang kanilang pagkawasak. Ang aktibidad ng Peroxidase, na kung saan ay matatagpuan sa pinaka hilaw at unblanched ang mga bunga at mga gulay at maaaring maging lalo na kaugnay sa pag-unlad ng off ang flavors at browning pigments ay maaaring nabawasan kalahatan sa paggamit ng ultrasound. Thermoresistant enzymes, tulad ng lipase at protease makayanan na ang paggamot ng ultra-high-temperatura at na maaaring mabawasan ang kalidad at istante-buhay ng heat-treated ng gatas at iba pang mga produkto ng talaarawan ay inactivated mas mabisang pamamagitan ng sabay-sabay paglalapat ng ultratunog, init at presyon (MTS).

Ultratunog ay ipinamalas ng nito potensyal sa pagkawasak ng mga pathogens pagpapaintindi sa pagkain, tulad ng E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium cysts, at Poliovirus.

Angkop sa: pangangalaga sa siksikan, marmalade o toppings, e.g. para sa icecream, prutas juices at sauces, karne produkto, pagawaan ng gatas

Synergies ng ultratunog sa temperatura at presyon ng dugo

Ultrasound ay kadalasang mas mabisa kapag pinagsama sa iba pang mga pamamaraan sa anti-microbial, tulad ng:

  • thermo-sonication, i.e. ang init at ultratunog
  • mano-sonication, i.e. ang presyon ng dugo at ultrasound
  • mano-thermo-sonication, i.e. presyon, init at ultratunog

Ang pinagsamang aplikasyon ng ultratunog sa init at presyon ng dugo ay inirerekomenda para sa Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae at Aeromonas hydrophila.

Proseso ng pag-unlad

Hindi tulad ng iba pang mga proseso sa di-thermal, tulad ng pinaliit mataas hydrostatic presyon (HP), carbon dioxide (cCO2) at supercritical ng carbon dioxide (ScCO2) at mataas na electric field na pulses (tulong), ultratunog ay maaaring maging madali na nasubukan sa laboratoryo o upuan-itaas scale – sa pagbuo ng mga maaaring ipa-photocopy resulta para sa saklaw ng. Ang tindi at ang mga katangian ng cavitation ay maaaring maging madaling iniakma para sa pagkuha ng tiyak na proseso na target ang mga tiyak na layunin. Malawak at presyon ay maaaring iba-iba sa isang malawak na hanay, hal. tukuyin ang pinakamahalagang enerhiya mahusay na bunutan setup. Matigas tisiyu ay dapat sumailalim sa pagkapagod, paggiling o pulverization bago ang Ultrasound.

E.coli

Upang makabuo ng maliit na halaga ng recombinant protina para sa pag-aaral at paglalarawan ng kanilang biological na katangian, E.coli ay ang bacterium na pinili. Pagpapadalisay tags, e.g. polyhistidine buntot, beta-galactosidase, o maltose-matibay
protina, ay karaniwang sumapi na recombinant protina upang gumawa ng separable mula sa mga cell extracts ng kadalisayan ng sapat para sa karamihan ng mga mapanuring layunin. Ultrasound ay nagbibigay-daan upang i-maximize ang release ng protina, lalo na kapag mababa ang ang produksyon ng ani at mapangalagaan ang mga istruktura at aktibidad ng mga recombinant protina.

Pagputol ng E.coli ang mga selula upang kunin ang kabuuang protina ng Chymosin ay pinag-aralan ng mga Kim at Zayas.

Kulay-dalandan bunutan

Kulay-dalandan ay tinatawag na pinakamahal na spice sa mundo merkado at makilala sa pamamagitan nito masarap lasa, mapait na lasa at kaakit-akit dilaw na kulay. Ang kulay-dalandan spice ay nakuha mula sa pulang mantsa ng bulaklak ng crocus kulay-dalandan. Pagkatapos ng pagpapatayo, ang mga bahaging ito ay ginagamit bilang pampalasa sa pagkain o bilang ahente ng pangkulay. Ang masinsinang katangian lasa ng kulay-dalandan resulta lalo na mula sa tatlong compounds: crocins, picrocrocin at safranal.

Kadkhodaee at Hemmati-Kakhki ay ipinakita sa isang pag-aaral na Ultrasound lumaki ang bunutan ani at nabawasan ang oras ng pagpoproseso masyado. Sa katunayan, ang mga resulta ng ultratunog bunutan ay conspicuously na mas mahusay kaysa sa pamamagitan ng pagkuha ng tradisyonal na malamig na tubig, na kung saan ay iminungkahi ng ISO. Para sa kanilang pananaliksik, Kadkhodaee at Hemmati-Kakhki ginamit Hielscher ni ultrasonic aparato UP50H. Pinakamahusay na mga resulta ay nakakamit na may pulsed sonication. Ito ay nangangahulugan na ang mga agwat ng maikling pulso ay mas epektibo kaysa sa isang tuloy-tuloy na ultrasonic paggamot.

Oksihenasyon

Sa kinokontrol ng paglabas, ang aplikasyon ng ultratunog sa biotransformation at pagbuburo ay din ang resulta sa isang pinahusay na bioprocessing, dahil sa sapilitan biyolohikal mga epekto at dahil sa pinadali ng cellular masa-transfer. Ang impluwensiya ng ang mga kinokontrol na paglalapat ng ultratunog (20kHz) sa ang oksihenasyon ng kolesterol sa cholestenone ng resting selula ng Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (dating Nocardia erythropolis) ay inimbestigahan ng Bar.

Kolesterol + ang2 = cholest-4-en-3-isa + H2OH2

Ang sistemang ito ay karaniwang ng microbial pagbabago ng sterols at steroid na ang substrate at ang produkto ay tubig walang kalutasan na solid. Samakatwid, ang sistemang ito ay sa halip kakaibang yaon kapwa ng mga selula at mga solid ito ay maaaring saklaw ng epekto ng ultratunog (Bar, 1987). Sa isang sapat na mababang ultrasonic iting na mapangalagaan ang mga istruktura na integridad ng mga cell at pinananatili ang kanilang metabolic activity, Bar ay napansin ng isang makabuluhang enhancement sa kinetiko na mga rate ng mga biotransformation sa microbial slurries ng 1.0 at 2.5 g/L kolesterol kapag sonicated para sa 5s bawat 10mn sa isang kapangyarihan output ng 0.2W / cm². Ultratunog ay nagpakita ng walang epekto sa mga enzymatic oksihenasyon ng kolesterol (2.5 g/L) ng kolesterol oxidase.

Kapaki-pakinabang na teknolohiya

Ang paggamit ng ultrasonic cavitation para sa preservation ng pagkuha at pagkain ay isang bagong teknolohiya ng pagproseso ng malakas na hindi lamang magagamit nang ligtas at environmentally friendly ngunit din episyente at matipid. Ang homogenizing at pagpepreserba ng mga epekto ay madaling magagamit para sa mga prutas juices at purees (hal. orange, mansanas, suha, mangga, ubas, plum) pati na rin para sa mga gulay na sauces at soups, tulad ng tomato sauce o asparagus soup.

Humiling ng karagdagang impormasyon!

Mangyaring gamitin ang form sa ibaba, kung nais mong humiling ng karagdagang impormasyon tungkol sa paggamit ng ultrasound para sa pagkuha at pagpapanatili.









Mangyaring tandaan natin Patakaran sa privacy.


Panitikan

Allinger, H. (1975): Amerikanong Laboratory, 7 (10), 75 (1975).

Bar, R. (1987): Pinahusay na ultratunog Bioprocesses, sa: Biotechnology at Engineering, Vol. 32, p. 655-663 (1987).

El'piner, I.E. (1964): Ultrasound: Pisikal, kemikal, at biyolohikal mga epekto (consultant Bureau, New York, 1964), 53-78.

Kadkhodaee, R.; Hemmati-Kakhki, A.: Ultrasonic pagkuha ng aktibong Compounds mula sa kulay-dalandan, sa: mga publikasyon sa Internet.

Kim, S.M. und Zayas, J.F. (1989): Iproseso ang mga parameter ng pagkuha ng chymosin pamamagitan ng ultratunog; sa J. pagkain Sci. 54:700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Pinagsasama ang kapangyarihang ultratunog may enzymes sa pagproseso ng katas ng isang itlog ng isda, sa: 2nd int Conf. Biocatalysis ng pagkain at inumin, 19-22.9.2004, Stuttgart, Alemanya.

Moulton, K.J., Wang, atin (1982): Pag-aralan ang mga planta ng isang piloto ng tuloy-tuloy Ultrasonic pagkuha ng toyo protina, sa: Journal ng Food Science, dami 47, 1982.

Mummery, C.L. (1978): Ang epekto ng ultratunog sa fibroblasts sa vitro, sa: Ph.d. Thesis, University ng London, London, England, 1978.