מיצוי ושימור אולטראסוני

מיצוי ושימור אולטראסוני משתמש באולטרסאונד כוח להתפוררות מבני תאים (ליזה). שבירת תאים באמצעות אולטרסאונד גורמת למיצוי יעיל ביותר של תרכובות תוך-תאיות וכן לנטרול מיקרוביאלי. בשל יתרונות רבים, ultrasonication נמצא בשימוש נרחב עבור מיצוי ושימור בתעשיית המזון. למידע נוסף על היתרונות של מיצוי קולי ועיבוד מזון!

אולטרסאונד כוח למיצוי ושימור מזון וצמחים

מיצוי קולי: מיצוי על-קולי הוא תהליך המשתמש בגלי קול בתדר גבוה כדי לחלץ תרכובות ממגוון חומרים כגון צמחים, פירות וירקות. התהליך כולל שימוש בגלים על-קוליים ליצירת בועות בלחץ גבוה בחומר נוזלי או מוצק למחצה, אשר קורסות במהירות, ומייצרות חום ולחץ עזים המשבשים את דפנות התא של החומר ומשחררים את התרכובות הרצויות.

עקרון העבודה של מיצוי קולי ושימור

העיקרון הבסיסי מאחורי מיצוי קולי מבוסס על התופעה המכונה קוויטציה אקוסטית. כאשר נוזל נחשף לגלים על-קוליים בעוצמה גבוהה ובתדר נמוך (כ-20 קילוהרץ), הוא מייצר גלי לחץ היוצרים בועות ואקום זעירות בנוזל. בועות אלה גדלות ככל שעוצמת האולטרסאונד עולה, וכאשר הן מגיעות לגודל מסוים, הן קורסות באופן פתאומי ואלים, מייצרות גל הלם ומשחררות אנרגיה בצורת חום ולחץ.
תהליך זה גורם לשיבוש מכני של דפנות התא, ומשחרר את התרכובות הרצויות מהחומר לממס הנוזלי. לאחר מכן ניתן להפריד את התרכובות המשתחררות מהממס באמצעות טכניקות הפרדה סטנדרטיות כגון סינון או צנטריפוגה.

 
שימור אולטראסוניק: שימור קולי מבוסס על אותן השפעות קוויטציוניות כמו מיצוי קולי. לשימור, אולטרסאונד כוח מוחל כדי להאריך את חיי המדף של מזון מתכלה באמצעות גלי קול בתדר גבוה כדי לעכב את הצמיחה של מיקרואורגניזמים הגורמים קלקול. התהליך כרוך בחשיפת המזון לגלים על-קוליים המשבשים את דפנות התאים של חיידקים, שמרים ועובשים, מה שמוביל להרס או עיכוב שלהם.
תהליך זה גורם לשיבוש מכני של קירות התא של מיקרואורגניזמים, המוביל להרס או עיכוב שלהם. גלים על-קוליים יכולים גם להגביר את החדירות של קרום התא, ולאפשר לחומרים משמרים ולחומרים אנטי-מיקרוביאליים אחרים לחדור ולהרוג את המיקרואורגניזמים בצורה יעילה יותר.
שימור אולטראסוני מועדף על פני שיטות שימור מסורתיות מכיוון שהוא מציע מספר יתרונות כגון זמן עיבוד קצר יותר, יעילות גבוהה יותר ויכולת לשמר את התכונות והטעמים הטבעיים של המזון. הוא משמש במגוון רחב של מוצרי מזון כגון רטבים, מיצים, מוצרי חלב, ביצים ובשר כדי להאריך את חיי המדף שלהם ולהבטיח את בטיחותם.

טכניקת המיצוי והשימור האולטרסוני מועדפת על פני שיטות מיצוי ושימור מסורתיות מכיוון שהיא מציעה מספר יתרונות כגון שיעורי מיצוי מהירים יותר, איכות מוצר מעולה, תפוקה גבוהה יותר, טיפול מכני לא תרמי טהור והיכולת לחלץ מגוון רחב יותר של תרכובות. הוא משמש במגוון רחב של תעשיות כגון מזון ומשקאות, תרופות וקוסמטיקה.

מיצוי חלבון אולטראסוני ואנזימים

בפרט, מיצוי אנזימים וחלבונים המאוחסנים בתאים וחלקיקים תת-תאיים הוא יישום ייחודי ויעיל של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה, שכן מיצוי של תרכובות אורגניות הכלולות בגוף של צמחים וזרעים על ידי ממס יכול להיות משופר באופן משמעותי. לכן, לאולטרסאונד יש יתרון פוטנציאלי במיצוי ובידוד של רכיבים חדשים שעשויים להיות פעילים ביולוגית, למשל מזרמי תוצרי לוואי שאינם מנוצלים הנוצרים בתהליכים הנוכחיים. אולטרסאונד יכול גם לעזור להגביר את ההשפעות של טיפול אנזים, ובכך להפחית את כמות האנזים הדרוש או להגדיל את התשואה של תרכובות רלוונטיות למיצוי.

מיצוי קולי של שומנים וחלבונים

לעתים קרובות משתמשים באולטרה-סוניקציה כדי לשפר את מיצוי השומנים והחלבונים מזרעי צמחים, כגון פולי סויה (למשל קמח או פולי סויה נטולי שומן) או זרעי שמן אחרים. במקרה זה, הרס קירות התא מקל על הכבישה (קרה או חמה) ובכך מפחית את שאריות השמן או השומן בעוגת הכבישה.

ההשפעה של מיצוי קולי מתמשך על התשואה של חלבון מפוזר הודגמה על ידי מולטון ואחרים. הסוניקציה הגבירה את התאוששות החלבון המפוזר בהדרגה כאשר יחס הפתית/ממס השתנה מ-1:10 ל-1:30. המחקר הראה כי אולטרסאונד מסוגל לבצע פפטציה של חלבון סויה כמעט בכל תפוקה מסחרית, וכי אנרגיית הסוניקציה הנדרשת הייתה הנמוכה ביותר, כאשר נעשה שימוש בתרחיפים עבים יותר.

בידוד קולי של תרכובות פנוליות ואנתוציאנינים

אנזימים, כגון פקטינאזות, צלולאזות והמיצלולאזות נמצאים בשימוש נרחב בעיבוד מיץ על מנת לפרק את דפנות התא ולשפר את מיצוי המיץ. ההפרעה של מטריצת דופן התא משחררת גם רכיבים, כגון תרכובות פנוליות לתוך המיץ. אולטרסאונד משפר את תהליך המיצוי ולכן יכול להוביל לעלייה בתרכובת הפנולית, אלקלואידים ותפוקת המיץ, שבדרך כלל נשארים בעוגת העיתונות.

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. “הטיפול בארה"ב מעלה את ריכוז התרכובות הפנוליות של מיץ האוכמניות ביותר מ-15%. […ההשפעה של US (אולטרסאונד) הייתה משמעותית יותר עם דומדמניות שחורות, שהן פירות יער מאתגרים יותר בעיבוד מיץ מאשר אוכמניות בשל התכולה הגבוהה של פקטין וארכיטקטורת דופן התא השונה. […ריכוז התרכובות הפנוליות במיץ עלה ב-15-25% באמצעות טיפול US (אולטרסאונד) לאחר דגירה של אנזימים.” (ראה: Mokkila et al., 2004)
 

השבתה מיקרוביאלית ואנזימים

השבתה מיקרוביאלית ואנזימית (שימור), למשל במיצי פירות ורטבים היא יישום נוסף של אולטרסאונד בעיבוד מזון. כיום, שימור על ידי העלאת הטמפרטורה לפרקי זמן קצרים (פסטור) הוא עדיין שיטת העיבוד הנפוצה ביותר לנטרול מיקרוביאלי או אנזים המוביל לחיי מדף ארוכים יותר (שימור). בגלל החשיפה לטמפרטורה גבוהה, הפסטור התרמי הקונבנציונאלי מגיע לעתים קרובות חסרונות עבור מוצרי מזון.
ייצור חומרים חדשים מתגובות זרזי חום ושינוי של מקרומולקולות, כמו גם עיוות של מבנים צמחיים ובעלי חיים עשויים להפחית את אובדן האיכות. לכן, טיפול תרמי עלול לגרום לשינויים בלתי רצויים בתכונות חושיות, כלומר מרקם, טעם, צבע, ריח ואיכויות תזונתיות, כלומר ויטמינים וחלבונים. אולטרסאונד הוא חלופה יעילה לעיבוד לא תרמי (מינימלי).

בניגוד לטיפולי חום קונבנציונליים, שימור אולטראסוני משתמש באנרגיה ובכוחות הגזירה של קוויטציה אקוסטית על מנת להשבית אנזימים. ברמות נמוכות מספיק של סוניקציה, שינויים מבניים ומטבוליים יכולים להתרחש בתאים ללא השמדתם. הפעילות של Peroxidase, אשר נמצא ברוב פירות וירקות גלם ולא מולבן והוא יכול להיות קשור במיוחד עם התפתחות של טעמים מחוץ פיגמנטים השחמה יכול להיות מופחת באופן משמעותי על ידי שימוש אולטרסאונד. אנזימים עמידים בפני תרמו, כגון ליפאז ופרוטאז העומדים בטיפול בטמפרטורה גבוהה במיוחד ואשר יכולים להפחית את האיכות ואת חיי המדף של חלב שטופל בחום ומוצרי יומן אחרים יכולים להיות מושבתים בצורה יעילה יותר על ידי יישום בו זמנית של אולטרסאונד, חום ולחץ (MTS).

אולטרסאונד הוכיח את הפוטנציאל שלו בהרס פתוגנים הנישאים במזון, כמו E.coli, סלמונלה, אסקריס, ג'יארדיה, ציסטות קריפטוספורידיום ונגיף הפוליו.

רלוונטי על: שימור ריבה, ריבה או תוספות, מיצי פירות ורטבים, מוצרי בשר, מוצרי חלב וגלידה.
 

סינרגיות של אולטרסאונד עם טמפרטורה ולחץ

אולטרסוניקציה היא לעתים קרובות יעילה יותר בשילוב עם שיטות אנטי מיקרוביאליות אחרות, כגון:

• תרמו-סוניקציה, כלומר חום ואולטרסאונד
• מנו-סוניקציה, כלומר לחץ ואולטרסאונד
• מנו-תרמו-סוניקציה, כלומר לחץ, חום ואולטרסאונד

היישום המשולב של אולטרסאונד עם חום ו / או לחץ מומלץ עבור Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, ו Aeromonas hydrophila.

אולטרסאונד לעומת טכניקות שימור מזון אחרות

שלא כמו תהליכים תרמיים ולא תרמיים אחרים, כגון הומוגניזציה בלחץ גבוה, פסטור חום, עיבוד בלחץ גבוה (HPP), פחמן דו חמצני דחוס (cCO2) ופחמן דו חמצני סופר-קריטי (ScCO2), פולסי שדה חשמלי גבוה (HELP) או מיקרוגל, אולטרסאונד יכול להיבדק בקלות בקנה מידה מעבדה או ספסל עליון – הפקת תוצאות הניתנות לשחזור לצורך התרחבות. ניתן להתאים בקלות את העוצמה ואת מאפייני הקוויטציה לתהליך המיצוי הספציפי כדי להתמקד במטרות ספציפיות. ניתן לשנות את המשרעת והלחץ בטווח רחב, למשל כדי לזהות את מערך החילוץ החסכוני ביותר באנרגיה.

יתרונות נוספים הקשורים לשימוש במיצוי מסוג בדיקה קולית הם טיפול קל בתמצית, ביצוע מהיר, ללא שאריות, תשואה גבוהה, ידידותית לסביבה, איכות משופרת ומניעת השפלת תמצית.
(ראה: Chemat et al., 2011)

Ultrasonicators ביצועים גבוהים עבור חילוץ ו preseravation

Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומפיצה Ultrasonicators ביצועים גבוהים עבור חילוץ יעיל ושימור. באמצעות ציוד קולי Hielscher עבור מיצוי ושימור מזון היא טכנולוגיית עיבוד רב עוצמה כי לא רק ניתן ליישם בבטחה ידידותית לסביבה, אלא גם ביעילות וכלכלית. אפקט ההומוגניזציה והשימור יכול לשמש בקלות עבור כל מוצר מזון נוזלי או דמוי משחה, כולל מיצי פירות ומחית (למשל תפוזים, תפוח, אשכולית, מנגו, ענבים, שזיף), כמו גם עבור רטבים ירקות ומרקים (למשל, רוטב עגבניות או מרק אספרגוס), מוצרי חלב, ביצים ובשר.
היצע המוצרים שלנו של הומוגנייזרים וחילוצים על-קוליים נע בין מכשירים ניידים המוחזקים ביד למערכות ייצור תעשייתיות לחלוטין לעיבוד מוטבע של נפחים גדולים בקנה מידה מסחרי.

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

Hielscher ultrasonicators ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. חוסן ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי אולטרסוניקטורים Hielscher.

Hielscher Ultrasonics היא חברה מוסמכת ISO לשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים שמציעות טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher ultrasonicators הם תואמי CE ולעמוד בדרישות של UL, CSA ו RoHs.

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: