Préservation et Extraction Ultrasonique

L'extraction et la conservation par ultrasons utilisent des ultrasons puissants pour désintégrer les structures cellulaires (lyse). La désintégration 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 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.

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Extraction discontinue par ultrasons d'alcaloïdes de matériel végétal à l'aide de la sonde ultrasonique UP400St.

ultrasonateur UP400St pour l'extraction non thermique efficace de matériel végétal.

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.

L'extraction botanique par ultrasons donne de meilleurs rendements. L'homogénéisateur Hielscher UIP2000hdT, 2000 watts, est assez puissant pour extraire facilement des lots de 10 litres à 120 litres.

Extraction de plantes par ultrasons - Lot de 30 litres / 8 gallons

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Puissante cavitation ultrasonique chez Hielscher Cascatrode

Puissante cavitation ultrasonique à Hielscher UIP1000hdT Cascatrode

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

Ultrasons, est souvent utilisé pour améliorer l'extraction des lipides et des protéines à partir de graines de plantes, telles que le soja (par exemple de la farine ou de soja dégraissé) ou d'autres graines oléagineuses. Dans ce cas, la destruction des parois des cellules facilite le pressage (froid ou chaud) et réduit ainsi l'huile résiduelle ou de la graisse dans le gâteau 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 la récupération des protéines dispersées progressivement lorsque le rapport flocons/solvant est passé 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 pectinases, cellulases et hémicellulases sont largement utilisés dans le traitement du jus pour dégrader les parois cellulaires et d'améliorer la extractibilité du jus. La perturbation de la matrice de la paroi cellulaire libère également des composants, tels que des composés phénoliques dans le jus. L'échographie permet d'améliorer le processus d'extraction et peuvent donc conduire à une augmentation dans le composé phénolique, les alcaloïdes et le rendement du jus, généralement laissé 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. “traitement des États-Unis d'augmenter la concentration de composés phénoliques de jus de myrtille de plus de 15%. […] L'influence des Etats-Unis (échographie) était plus importante avec des groseilles noires, qui sont des baies les plus difficiles dans le traitement de jus que airelles en raison de leur teneur élevée en pectine et architecture différente de la paroi cellulaire. […] La concentration des composés phénoliques dans le jus a augmenté de 15 à 25% en utilisant après incubation de l'enzyme de traitement ultrasonique (US).” (cf. Mokkila et al., 2004)
 

Dans cette présentation, nous vous introduisons à la fabrication d'extraits botaniques. Nous expliquons les défis que pose la production d'extraits botaniques de haute qualité et comment un sonicateur peut vous aider à surmonter ces défis. Cette présentation vous montrera comment fonctionne l'extraction par ultrasons. Vous apprendrez quels avantages vous pouvez attendre d'un sonicateur pour l'extraction et comment vous pouvez mettre en œuvre un extracteur à ultrasons dans votre production d'extraits.

Extraction botanique par ultrasons - Comment utiliser des sonicateurs pour extraire des composés botaniques ?

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Ultrasoniseur industriel de type sonde UIP6000hdT (6kW, 20kHz) avec réacteur à cellules d'écoulement pour le traitement ultrasonique continu de liquides et de pâtes à haut débit.

Ultrasonateur UIP6000hdT dans une installation industrielle d'extraction continue.

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Microbienne et enzymatique Inactivation

Microbienne et enzymatique InactivationL'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 de réactions catalysées par la chaleur et la modification des macromolécules ainsi que la déformation des structures végétales et animales peuvent réduire une perte de qualité. Par conséquent, le traitement thermique peut provoquer des altérations indésirables des attributs sensoriels, à savoir la texture, la saveur, la couleur, l'odeur, et qualités nutritionnelles, à savoir vitamines et protéines. L'échographie est une alternative efficace de traitement non thermique (minimum).

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 bas, 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.
 

Les ultrasons Hielscher permettent d'homogénéiser et de pasteuriser les ovoproduits liquides (œufs entiers, blancs d'œufs, jaunes d'œufs) afin de garantir la sécurité alimentaire et la stabilité mécanique. Les homogénéisateurs à ultrasons Hielscher produisent une cavitation intense et des forces de cisaillement élevées pour tuer les microbes. La pasteurisation par ultrasons est une alternative très efficace et efficiente à la pasteurisation à basse température. Les œufs liquides pasteurisés par ultrasons présentent moins de dénaturation des protéines, moins de perte de goût, une meilleure homogénéité et une efficacité énergétique nettement supérieure.

Homogénéisation et pasteurisation des œufs liquides par ultrasons de puissance avec l'Ultrasonicator UP400ST

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Synergies des ultrasons avec la température et la pression

Ultrasons est souvent plus efficace lorsqu'il est combiné avec d'autres méthodes anti-microbiennes, telles que:

  • thermo-sonication, à savoir la chaleur et des ultrasons
  • mano-sonication, à savoir la pression et les ultrasons
  • mano-thermo-sonication, à savoir la pression, de la chaleur et des 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, la pression hydrostatique élevée (HP), 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)

Avantages de la transformation des aliments par ultrasons
 

  • extraction plus complète
  • Conservation non thermique
  • Les rendements plus élevés
  • Haute teneur en nutriments, qualité alimentaire supérieure
  • processus rapide
  • Procédé froid / non thermique
  • Facile et sûr à utiliser
  • Faible entretien
Les sondes ultrasoniques sont très efficaces pour l'extraction non thermique de champignons médicinaux comme le chaga. Cette vidéo montre l'extraction rapide de tout le spectre du chaga à l'aide de l'appareil à ultrasons UP100H.

Extraction des champignons - Extraction à froid du champignon Chaga par ultrasons

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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 leur conception de haut niveau. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration harmonieuse 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 convivialité. 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 ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
00,5 à 1,5 ml n / a. VialTweeter
1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
15 à 150L 3 à 15L/min UIP6000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous pour demander des informations supplémentaires sur les processeurs à ultrasons, les applications et le prix. Nous serons heureux de discuter avec vous de votre processus et de vous proposer un système à ultrasons répondant à vos besoins !









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Les homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement sont utilisés en laboratoire, sur table, dans le cadre de projets pilotes et dans l'industrie.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.



Littérature / Références

Qu'il faut savoir

Cellule ultrasonique Disintegration

Lors d'une sonication intense, des enzymes ou des protéines peuvent être libérées des cellules ou des organites subcellulaires à la suite de la désintégration de la cellule. Dans ce cas, le composé à dissoudre dans un solvant est enfermé dans une structure insoluble. Pour l'extraire, la membrane cellulaire doit être détruite. La désintégration cellulaire est un processus délicat, car la capacité de la paroi cellulaire à résister à une pression osmotique élevée à l'intérieur. Un bon contrôle de la désintégration cellulaire est nécessaire pour éviter la libération de tous les produits intracellulaires, y compris les débris cellulaires et les acides nucléiques, ou la dénaturation des produits.
Ultrasonication sert de moyen bien contrôlables pour la désintégration des cellules. Pour cela, les effets mécaniques des ultrasons permettent une pénétration plus rapide et plus complète du solvant dans des matériaux cellulaires et d'améliorer le transfert de masse. L'échographie permet d'obtenir une plus grande pénétration d'un solvant dans un tissu végétal et améliore le transfert de masse. de génération d'ondes ultrasonores cavitation perturber les parois cellulaires et facilitent la libération de composants de la matrice.

Le transfert de masse amélioré par ultrasons favorise l'extraction

En général, les ultrasons peuvent entraîner une perméabilisation des membranes cellulaires aux ions et réduire considérablement la sélectivité des membranes cellulaires. L'activité mécanique des ultrasons favorise la diffusion des solvants dans les tissus. Comme les ultrasons brisent mécaniquement la paroi cellulaire par les forces de cisaillement de la cavitation, ils facilitent le transfert de la cellule dans le solvant. La réduction de la taille des particules par la cavitation ultrasonique augmente la surface de contact entre la phase solide et la phase liquide.

Lyse et inactivation d'E.coli par ultrasons

E.coli est la bactérie de choix pour produire de petites quantités de protéines recombinantes en vue de l'étude et de la caractérisation de leurs propriétés biologiques. Des marqueurs de purification, par exemple la queue polyhistidine, la bêta-galactosidase ou les protéines liant le maltose, sont couramment joints aux protéines recombinantes afin de les rendre séparables des extraits cellulaires avec une pureté suffisante pour la plupart des objectifs analytiques. L'ultrasonication permet de maximiser la libération de la protéine, en particulier lorsque le rendement de production est faible, et de préserver la structure et l'activité de la protéine recombinante.

Oxydation par ultrasons

À des intensités contrôlées, l'application d'ultrasons à la biotransformation et à la fermentation pourrait bien entraîner une amélioration de la biotransformation, en raison d'effets biologiques induits et d'un transfert de masse cellulaire facilité. L'influence de l'application contrôlée d'ultrasons (20 kHz) sur l'oxydation du cholestérol en cholesténone par des cellules au repos de Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (anciennement Nocardia erythropolis) a été étudiée par Bar (1987).
Ce système est typique des transformations microbiennes des stérols et des stéroïdes en ce sens que le substrat et les produits sont des solides insolubles dans l'eau. Par conséquent, ce système est assez unique en ce sens que les cellules et les solides peuvent être soumis à l'effet des ultrasons. À une intensité ultrasonique suffisamment faible pour préserver l'intégrité structurelle des cellules et maintenir leur activité métabolique, Bar a observé une augmentation significative des taux cinétiques de la biotransformation dans les boues microbiennes de 1,0 et 2,5 g/L de cholestérol lorsqu'elles sont soniquées pendant 5s toutes les 10mn avec une puissance de sortie de 0,2W/cm². Les ultrasons n'ont eu aucun effet sur l'oxydation enzymatique du cholestérol (2,5 g/L) par la cholestérol oxydase.


Des ultrasons de haute performance ! La gamme de produits Hielscher couvre l'ensemble du spectre, depuis les ultrasons compacts de laboratoire jusqu'aux systèmes ultrasoniques industriels complets, en passant par les unités de paillasse.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.


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