Préservation et Extraction Ultrasonique

L'extraction et la conservation par ultrasons utilisent des ultrasons puissants pour désintégrer les structures cellulaires (lyse). L'éclatement des cellules à l'aide d'ultrasons permet une extraction très efficace des composés intracellulaires ainsi qu'une inactivation microbienne. En raison de leurs nombreux avantages, les ultrasons sont largement utilisés pour l'extraction et la conservation dans l'industrie alimentaire. En savoir plus sur les avantages de l'extraction par ultrasons et de la transformation des aliments !

Ultrasons de puissance pour l'extraction et la conservation des aliments et des plantes médicinales

Extraction par ultrasons : L'extraction par ultrasons est un processus qui utilise des ondes sonores à haute fréquence pour extraire des composés d'une variété de matériaux tels que les plantes, les fruits et les légumes. Le processus implique l'utilisation d'ondes ultrasoniques pour créer des bulles à haute pression dans un matériau liquide ou semi-solide, qui s'effondrent rapidement, générant une chaleur et une pression intenses qui perturbent les parois cellulaires du matériau et libèrent les composés souhaités.

Principe de fonctionnement de l'extraction et de la conservation par ultrasons

Le principe de base de l'extraction par ultrasons repose sur le phénomène de la cavitation acoustique. Lorsqu'un liquide est exposé à des ondes ultrasoniques de haute intensité et de basse fréquence (environ 20 kHz), il génère des ondes de pression qui créent de minuscules bulles de vide dans le liquide. Ces bulles grossissent à mesure que l'intensité des ultrasons augmente et, lorsqu'elles atteignent une certaine taille, elles s'effondrent soudainement et violemment, générant une onde de choc et libérant de l'énergie sous forme de chaleur et de pression.
Ce processus provoque une rupture mécanique des parois cellulaires, libérant les composés souhaités de la matière dans le solvant liquide. Les composés libérés peuvent ensuite être séparés du solvant à l'aide de techniques de séparation standard telles que la filtration ou la centrifugation.

 
Préservation par ultrasons : La conservation par ultrasons est basée sur les mêmes effets de cavitation que l'extraction par ultrasons. Pour la conservation, les ultrasons de puissance sont utilisés pour prolonger la durée de conservation des denrées périssables en utilisant des ondes sonores à haute fréquence pour inhiber la croissance des micro-organismes responsables de la détérioration. Le processus consiste à exposer les aliments à des ondes ultrasoniques qui perturbent les parois cellulaires des bactéries, des levures et des moisissures, entraînant leur destruction ou leur inhibition.
Ce processus entraîne une perturbation mécanique des parois cellulaires des micro-organismes, ce qui conduit à leur destruction ou à leur inhibition. Les ondes ultrasoniques peuvent également augmenter la perméabilité des membranes cellulaires, ce qui permet aux conservateurs et autres agents antimicrobiens de pénétrer et de tuer les micro-organismes plus efficacement.
La conservation par ultrasons est préférée aux méthodes de conservation traditionnelles car elle offre plusieurs avantages tels qu'un temps de traitement plus court, une plus grande efficacité et la capacité de préserver les propriétés et les saveurs naturelles des aliments. Elle est utilisée dans une large gamme de produits alimentaires tels que les sauces, les jus, les produits laitiers, les œufs et la viande afin de prolonger leur durée de conservation et de garantir leur sécurité.

La technique d'extraction et de conservation par ultrasons est préférée aux méthodes d'extraction et de conservation traditionnelles car elle offre plusieurs avantages tels que des taux d'extraction plus rapides, une excellente qualité de produit, un rendement plus élevé, un traitement purement mécanique non thermique et la capacité d'extraire une plus large gamme de composés. Elle est utilisée dans un large éventail d'industries telles que l'alimentation et les boissons, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques.

Extraction ultrasonique de protéines et d'enzymes

En particulier, l'extraction des enzymes et des protéines stockées dans les cellules et les particules subcellulaires est une application unique et efficace des ultrasons à haute intensité, car l'extraction des composés organiques contenus dans le corps des plantes et des graines par un solvant peut être considérablement améliorée. Les ultrasons présentent donc un avantage potentiel pour l'extraction et l'isolement de nouveaux composants potentiellement bioactifs, par exemple à partir de flux de sous-produits non utilisés issus des processus actuels. Les ultrasons peuvent également contribuer à intensifier les effets du traitement enzymatique, ce qui permet de réduire la quantité d'enzymes nécessaire ou d'augmenter le rendement des composés pertinents extractibles.

Extraction ultrasonique des lipides et des protéines

Les ultrasons sont souvent utilisés pour améliorer l'extraction des lipides et des protéines des graines végétales, telles que les graines de soja (par exemple, farine ou graines de soja dégraissées) ou d'autres graines oléagineuses. Dans ce cas, la destruction des parois cellulaires facilite le pressage (à froid ou à chaud) et réduit ainsi l'huile ou la graisse résiduelle dans le tourteau de pressage.

L'influence de l'extraction continue par ultrasons sur le rendement des protéines dispersées a été démontrée par Moulton et al. La sonication a augmenté progressivement la récupération des protéines dispersées à mesure que le rapport flocons/solvant passait de 1:10 à 1:30. L'étude a montré que les ultrasons sont capables de peptiser les protéines de soja à presque n'importe quel débit commercial et que l'énergie de sonication nécessaire est la plus faible lorsque des boues plus épaisses sont utilisées.

Isolation ultrasonique des composés phénoliques et des anthocyanes

Les enzymes, telles que les pectinases, les cellulases et les hémicellulases, sont largement utilisées dans le traitement des jus afin de dégrader les parois cellulaires et d'améliorer l'extractibilité du jus. La rupture de la matrice de la paroi cellulaire libère également des composants, tels que les composés phénoliques, dans le jus. Les ultrasons améliorent le processus d'extraction et peuvent donc conduire à une augmentation des composés phénoliques, des alcaloïdes et du rendement en jus, généralement laissés dans le gâteau de presse.

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. “Le traitement aux États-Unis augmente la concentration des composés phénoliques du jus de myrtille de plus de 15 %. […] L'influence des US (ultrasons) était plus significative avec les cassis, qui sont des baies plus difficiles à traiter que les myrtilles en raison de leur teneur élevée en pectine et de l'architecture différente de leurs parois cellulaires. […La concentration de composés phénoliques dans le jus a augmenté de 15 à 25 % en utilisant un traitement par ultrasons après l'incubation des enzymes.” (cf. Mokkila et al., 2004)
 

Inactivation microbienne et enzymatique

L'inactivation microbienne et enzymatique (conservation), par exemple dans les jus de fruits et les sauces, est une autre application des ultrasons dans la transformation des aliments. Aujourd'hui, la conservation par élévation de la température pendant de courtes périodes (pasteurisation) reste la méthode de traitement la plus courante pour l'inactivation microbienne ou enzymatique, qui permet d'allonger la durée de conservation. En raison de l'exposition à des températures élevées, la pasteurisation thermique conventionnelle présente souvent des inconvénients pour les produits alimentaires.
La production de nouvelles substances à partir de réactions catalysées par la chaleur, la modification des macromolécules et la déformation des structures végétales et animales peuvent entraîner une perte de qualité. Par conséquent, le traitement thermique peut entraîner des altérations indésirables des attributs sensoriels (texture, saveur, couleur, odeur) et des qualités nutritionnelles (vitamines et protéines). Les ultrasons constituent une alternative efficace de traitement non thermique (minimal).

Contrairement aux traitements thermiques conventionnels, la conservation par ultrasons utilise l'énergie et les forces de cisaillement de la cavitation acoustique pour inactiver les enzymes. À des niveaux de sonication suffisamment faibles, des changements structurels et métaboliques peuvent se produire dans les cellules sans qu'elles soient détruites. L'activité de la peroxydase, que l'on trouve dans la plupart des fruits et légumes crus et non blanchis et qui peut être particulièrement associée au développement de mauvais goûts et de pigments de brunissement, peut être considérablement réduite par l'utilisation d'ultrasons. Les enzymes thermorésistantes, telles que la lipase et la protéase, qui résistent aux traitements à ultra-haute température et qui peuvent réduire la qualité et la durée de conservation du lait traité thermiquement et d'autres produits laitiers, peuvent être inactivées plus efficacement par l'application simultanée d'ultrasons, de chaleur et de pression (MTS).

Les ultrasons ont démontré leur potentiel dans la destruction des agents pathogènes d'origine alimentaire, tels que E.coli, Salmonella, Ascaris, Giardia, les kystes de Cryptosporidium et le Poliovirus.

Applicable à : la conservation de confitures, marmelades ou nappages, de jus de fruits et de sauces, de produits carnés, de produits laitiers et de glaces.
 

Synergies des ultrasons avec la température et la pression

Les ultrasons sont souvent plus efficaces lorsqu'ils sont combinés à d'autres méthodes antimicrobiennes, comme par exemple :

• la thermo-sonication, c'est-à-dire la chaleur et les ultrasons
• mano-sonication, c'est-à-dire pression et ultrasons
• la mano-thermo-sonication, c'est-à-dire la pression, la chaleur et les ultrasons

L'application combinée d'ultrasons et de chaleur et/ou de pression est recommandée pour Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae et Aeromonas hydrophila.

Ultrasons et autres techniques de conservation des aliments

Contrairement à d'autres procédés thermiques et non thermiques, tels que l'homogénéisation à haute pression, la pasteurisation à chaud, le traitement à haute pression (HPP), le dioxyde de carbone comprimé (cCO2) et le dioxyde de carbone supercritique (ScCO2), les impulsions de champ électrique élevé (HELP) ou les micro-ondes, les ultrasons peuvent être facilement testés à l'échelle du laboratoire ou de la paillasse. – générer des résultats reproductibles pour la mise à l'échelle. L'intensité et les caractéristiques de la cavitation peuvent être facilement adaptées au processus d'extraction spécifique pour atteindre des objectifs précis. L'amplitude et la pression peuvent être modifiées dans une large gamme, par exemple pour identifier la configuration d'extraction la plus économe en énergie.

Les autres avantages liés à l'utilisation de l'extraction par sonde ultrasonique sont la facilité de manipulation de l'extrait, la rapidité d'exécution, l'absence de résidus, le rendement élevé, le respect de l'environnement, l'amélioration de la qualité et la prévention de la dégradation de l'extrait.
(cf. Chemat et al., 2011)

Ultrasons à haute performance pour l'extraction et la conservation

Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des appareils à ultrasons de haute performance pour une extraction et une conservation efficaces. L'utilisation des appareils à ultrasons Hielscher pour l'extraction et la conservation des aliments est une technologie de traitement puissante qui peut être appliquée non seulement en toute sécurité et dans le respect de l'environnement, mais aussi de manière efficace et économique. L'effet d'homogénéisation et de conservation peut être facilement utilisé pour tout produit alimentaire liquide ou pâteux, y compris les jus et purées de fruits (par exemple, orange, pomme, pamplemousse, mangue, raisin, prune) ainsi que pour les sauces et soupes de légumes (par exemple, sauce tomate ou soupe d'asperges), les produits laitiers, les œufs et la viande.
Notre gamme d'homogénéisateurs et d'extracteurs à ultrasons s'étend des appareils portables aux systèmes de production entièrement industriels pour le traitement en ligne de grands volumes à l'échelle commerciale.

Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany

Les ultrasons Hielscher sont réputés pour leur qualité et leurs normes de conception les plus élevées. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration aisée de nos ultrasons dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement gérés par les ultrasons Hielscher.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :