अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण और परिरक्षण

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण और परिरक्षण में कोशिकीय संरचनाओं के विघटन (लाइसिस) के लिए उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासाउंड द्वारा कोशिकाओं को तोड़ने से अंतःकोशिकीय यौगिकों का अत्यधिक कुशल निष्कर्षण होने के साथ-साथ सूक्ष्मजीव भी निष्क्रिय होते हैं। अनेक लाभों के कारण, खाद्य उद्योग में निष्कर्षण और परिरक्षण के लिए अल्ट्रासोनिकेशन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण और खाद्य प्रसंस्करण के लाभों के बारे में अधिक जानें!

खाद्य पदार्थों और वानस्पतिक सामग्रियों के निष्कर्षण और परिरक्षण के लिए उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण: अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें पौधों, फलों और सब्जियों जैसी विभिन्न सामग्रियों से यौगिक निकालने के लिए उच्च-आवृत्ति ध्वनि तरंगों का उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में तरल या अर्धठोस सामग्री में उच्च-दाब वाले बुलबुले बनाने के लिए अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग किया जाता है। ये बुलबुले तेजी से ध्वस्त होते हैं और तीव्र ऊष्मा तथा दाब उत्पन्न करते हैं, जिससे सामग्री की कोशिका भित्तियाँ टूटती हैं और वांछित यौगिक मुक्त होते हैं।

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण और परिरक्षण का कार्य सिद्धांत

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण का मूल सिद्धांत ध्वनिक कैविटेशन नामक घटना पर आधारित है। जब किसी तरल को उच्च तीव्रता और निम्न आवृत्ति (लगभग 20 kHz) की अल्ट्रासोनिक तरंगों के संपर्क में लाया जाता है, तो उससे दाब तरंगें उत्पन्न होती हैं, जो तरल में छोटे-छोटे निर्वात बुलबुले बनाती हैं। अल्ट्रासाउंड की तीव्रता बढ़ने के साथ इन बुलबुलों का आकार बढ़ता है और एक निश्चित आकार तक पहुँचने पर ये अचानक और प्रचंड रूप से ध्वस्त होते हैं, जिससे एक आघात तरंग उत्पन्न होती है और ऊष्मा तथा दाब के रूप में ऊर्जा मुक्त होती है।
इस प्रक्रिया से कोशिका भित्तियों का यांत्रिक विघटन होता है, जिससे सामग्री के वांछित यौगिक तरल विलायक में मुक्त हो जाते हैं। इसके बाद निस्यंदन या अपकेंद्रीकरण जैसी मानक पृथक्करण तकनीकों का उपयोग करके मुक्त यौगिकों को विलायक से अलग किया जा सकता है।

यह वीडियो ताजे जैविक गाजर के रस की स्थिरता पर सोनिकेशन का प्रभाव दर्शाता है। इस प्रभाव को दिखाने के लिए इसमें प्रशीतित भंडारण का समय-संक्षिप्त वीडियो भी शामिल है। रस, स्मूदी, प्यूरी और सॉस के उत्पादन में Hielscher सोनिकेटर स्थिरता, बनावट और भंडारण अवधि में सुधार करते हैं। सोनिकेशन सूक्ष्मजीवों से होने वाली खराबी को न्यूनतम करता है और तलछट बनने तथा घटकों के अलग होने से बचाता है, जो कुछ ही दिनों में हो सकता है। अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण बड़े बैचों में या भराई से ठीक पहले प्रवाह लाइन में किया जा सकता है। सोनिकेशन पूरी तरह यांत्रिक प्रसंस्करण विधि है। यह जैविक फलों और सब्जियों के रस, प्यूरी, स्मूदी या सॉस के लिए आदर्श है।

अल्ट्रासोनिक परिरक्षण: अल्ट्रासोनिक परिरक्षण उन्हीं कैविटेशन प्रभावों पर आधारित है जिन पर अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण आधारित होता है। परिरक्षण के लिए, खराब होने वाले खाद्य पदार्थों की भंडारण अवधि बढ़ाने हेतु उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है, जिसमें उच्च-आवृत्ति ध्वनि तरंगों द्वारा खाद्य पदार्थों को खराब करने वाले सूक्ष्मजीवों की वृद्धि को रोका जाता है। इस प्रक्रिया में खाद्य पदार्थ को अल्ट्रासोनिक तरंगों के संपर्क में लाया जाता है, जो जीवाणुओं, यीस्ट और फफूँद की कोशिका भित्तियों को तोड़ती हैं, जिससे वे नष्ट हो जाते हैं या उनकी वृद्धि रुक जाती है।
इस प्रक्रिया से सूक्ष्मजीवों की कोशिका भित्तियों का यांत्रिक विघटन होता है, जिससे वे नष्ट हो जाते हैं या उनकी वृद्धि रुक जाती है। अल्ट्रासोनिक तरंगें कोशिका झिल्लियों की पारगम्यता भी बढ़ा सकती हैं, जिससे परिरक्षक और अन्य सूक्ष्मजीवरोधी एजेंट अधिक प्रभावी ढंग से भीतर प्रवेश करके सूक्ष्मजीवों को मार सकते हैं।
पारंपरिक परिरक्षण विधियों की तुलना में अल्ट्रासोनिक परिरक्षण को प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि यह कम प्रसंस्करण समय, अधिक दक्षता और खाद्य पदार्थ के प्राकृतिक गुणों तथा स्वादों को बनाए रखने की क्षमता जैसे कई लाभ प्रदान करता है। सॉस, रस, दुग्ध उत्पादों, अंडों और मांस जैसे विविध खाद्य उत्पादों में इसका उपयोग उनकी भंडारण अवधि बढ़ाने और उनकी सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है।

पारंपरिक निष्कर्षण और परिरक्षण विधियों की तुलना में अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण और परिरक्षण तकनीक को प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि यह तेज निष्कर्षण दर, उत्कृष्ट उत्पाद गुणवत्ता, अधिक उपज, पूर्णतः यांत्रिक गैर-तापीय उपचार और अधिक व्यापक श्रेणी के यौगिकों को निकालने की क्षमता जैसे कई लाभ प्रदान करती है। इसका उपयोग खाद्य और पेय, औषधि तथा सौंदर्य प्रसाधन जैसे विविध उद्योगों में किया जाता है।

वनस्पतियों के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण से अधिक उपज मिलती है। Hielscher UIP2000hdT, 2000 वाट का समांगीकारक, इतना शक्तिशाली है कि इससे 10 लीटर से 120 लीटर तक के बैचों का निष्कर्षण आसानी से किया जा सकता है।

प्रोटीन और एंजाइमों का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण

विशेष रूप से कोशिकाओं और उपकोशिकीय कणों में संचित एंज़ाइमों और प्रोटीनों का निष्कर्षण उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड का एक अद्वितीय और प्रभावी अनुप्रयोग है, क्योंकि विलायक द्वारा पौधों और बीजों के भीतर मौजूद कार्बनिक यौगिकों के निष्कर्षण में उल्लेखनीय सुधार किया जा सकता है। इसलिए अल्ट्रासाउंड नए, संभावित रूप से जैवसक्रिय घटकों के निष्कर्षण और पृथक्करण में लाभकारी हो सकता है, उदाहरण के लिए वर्तमान प्रक्रियाओं में उत्पन्न होने वाली उपोत्पाद धाराओं से, जिनका उपयोग नहीं किया जाता है। अल्ट्रासाउंड एंज़ाइम उपचार के प्रभावों को बढ़ाने में भी मदद कर सकता है और इस प्रकार आवश्यक एंज़ाइम की मात्रा को कम कर सकता है या निष्कर्षण योग्य प्रासंगिक यौगिकों की प्राप्ति बढ़ा सकता है।

लिपिड और प्रोटीन का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण

सोयाबीन (जैसे सोयाबीन का आटा या वसारहित सोयाबीन) अथवा अन्य तिलहनों जैसे पौधों के बीजों से लिपिड और प्रोटीन के निष्कर्षण में सुधार करने के लिए अक्सर अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग किया जाता है। इस स्थिति में, कोशिका भित्तियों का विनाश दबाकर तेल निकालने की प्रक्रिया (ठंडी या गर्म) को सुगम बनाता है और इस प्रकार दबाने के बाद बची खली में अवशिष्ट तेल या वसा को कम करता है।

परिक्षेपित प्रोटीन की प्राप्ति पर सतत अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के प्रभाव को Moulton et al. ने प्रदर्शित किया। जैसे-जैसे फ्लेक/विलायक अनुपात 1:10 से 1:30 हुआ, सोनिकेशन ने परिक्षेपित प्रोटीन की प्राप्ति को क्रमिक रूप से बढ़ाया। इससे पता चला कि अल्ट्रासाउंड लगभग किसी भी व्यावसायिक प्रसंस्करण क्षमता पर सोया प्रोटीन को पेप्टाइज़ करने में सक्षम है और अधिक गाढ़ी स्लरी का उपयोग करने पर आवश्यक सोनिकेशन ऊर्जा सबसे कम थी।

फीनोलिक यौगिकों और एंथोसायनिन का अल्ट्रासोनिक पृथक्करण

कोशिका भित्तियों को विघटित करने और रस निकालने की क्षमता में सुधार करने के लिए रस प्रसंस्करण में पेक्टिनेज़, सेल्युलेज़ और हेमिसेल्युलेज़ जैसे एंज़ाइमों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कोशिका भित्ति के मैट्रिक्स का विघटन फीनोलिक यौगिकों जैसे घटकों को भी रस में मुक्त करता है। अल्ट्रासाउंड निष्कर्षण प्रक्रिया में सुधार करता है और इसलिए फीनोलिक यौगिकों, ऐल्कलॉइडों और रस की प्राप्ति को बढ़ा सकता है, जो सामान्यतः दबाने के बाद बची खली में रह जाते हैं।

अंगूर और बेरी के मैट्रिक्स से, विशेष रूप से बिलबेरी (Vaccinium myrtillus) और काले करंट (>Ribes nigrum) से, रस में फीनोलिक यौगिकों और एंथोसायनिन के मुक्त होने पर अल्ट्रासोनिक उपचार के लाभकारी प्रभावों की जाँच VTT Biotechnology, फ़िनलैंड ने की। इसके लिए जमी हुई सामग्री को पिघलाने, मसलने और एंज़ाइम के साथ ऊष्मायन के बाद अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP2000hd का उपयोग किया गया। एंज़ाइम उपचार (बिलबेरी के लिए Pectinex BE-3L और काले करंट के लिए Biopectinase CCM) द्वारा कोशिका भित्तियों का विघटन अल्ट्रासाउंड के साथ संयुक्त करने पर बेहतर हुआ। “US उपचार बिलबेरी के रस में फीनोलिक यौगिकों की सांद्रता को 15% से अधिक बढ़ाता है। […] US (अल्ट्रासाउंड) का प्रभाव काले करंट में अधिक उल्लेखनीय था, जिनमें पेक्टिन की उच्च मात्रा और कोशिका भित्ति की अलग संरचना के कारण रस प्रसंस्करण बिलबेरी की तुलना में अधिक चुनौतीपूर्ण होता है। […] एंज़ाइम के साथ ऊष्मायन के बाद US (अल्ट्रासाउंड) उपचार का उपयोग करने से रस में फीनोलिक यौगिकों की सांद्रता 15–25% बढ़ गई।” (cf. Mokkila et al., 2004)

इस प्रस्तुति में हम आपको वनस्पति अर्कों के निर्माण से परिचित कराते हैं। हम उच्च गुणवत्ता वाले वनस्पति अर्क बनाने की चुनौतियाँ और उनसे निपटने में सोनिकेटर की भूमिका समझाते हैं। यह प्रस्तुति आपको दिखाएगी कि अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण कैसे काम करता है। आप जानेंगे कि निष्कर्षण के लिए सोनिकेटर के उपयोग से आपको क्या लाभ मिल सकते हैं और आप अपने अर्क उत्पादन में अल्ट्रासोनिक निष्कर्षक को कैसे शामिल कर सकते हैं।

सूक्ष्मजीवों और एंज़ाइमों का निष्क्रियकरण

सूक्ष्मजीवी और एंज़ाइम निष्क्रियण सूक्ष्मजीवों और एंज़ाइमों का निष्क्रियकरण (परिरक्षण), जैसे फलों के रस और सॉस में, खाद्य प्रसंस्करण में अल्ट्रासाउंड का एक अन्य अनुप्रयोग है। आज भी, थोड़े समय के लिए तापमान बढ़ाकर परिरक्षण करना (पाश्चुरीकरण), सूक्ष्मजीवों या एंज़ाइमों के निष्क्रियकरण की सबसे आम प्रसंस्करण विधि है, जिससे शेल्फ लाइफ बढ़ती है (परिरक्षण)। उच्च तापमान के संपर्क के कारण, पारंपरिक तापीय पाश्चुरीकरण से खाद्य उत्पादों को अक्सर नुकसान होते हैं।
ऊष्मा द्वारा उत्प्रेरित अभिक्रियाओं से नए पदार्थों का बनना, वृहदणुओं में संशोधन तथा पादप और जंतु संरचनाओं में विकृति से गुणवत्ता में कमी आ सकती है। इसलिए, तापीय उपचार से संवेदी गुणों, अर्थात् बनावट, स्वाद, रंग, गंध और पोषण संबंधी गुणों, अर्थात् विटामिनों और प्रोटीनों में अवांछित बदलाव हो सकते हैं। अल्ट्रासाउंड एक कुशल गैर-तापीय (न्यूनतम) प्रसंस्करण विकल्प है।

पारंपरिक तापीय उपचारों के विपरीत, अल्ट्रासोनिक परिरक्षण एंज़ाइमों को निष्क्रिय करने के लिए ध्वनिक कैविटेशन की ऊर्जा और अपरूपण बलों का उपयोग करता है। सोनिकेशन के पर्याप्त रूप से निम्न स्तरों पर, कोशिकाओं को नष्ट किए बिना उनमें संरचनात्मक और चयापचय संबंधी परिवर्तन हो सकते हैं। पेरॉक्सिडेज़, जो अधिकांश कच्चे और बिना ब्लांच किए गए फलों तथा सब्ज़ियों में पाया जाता है और विशेष रूप से अवांछित स्वाद तथा भूरापन पैदा करने वाले वर्णकों के विकास से जुड़ा हो सकता है, की सक्रियता को अल्ट्रासाउंड के उपयोग से काफी कम किया जा सकता है। लाइपेज़ और प्रोटीएज़ जैसे तापरोधी एंज़ाइम, जो अति-उच्च तापमान उपचार को सहन करते हैं और ताप-उपचारित दूध तथा अन्य डेयरी उत्पादों की गुणवत्ता और शेल्फ लाइफ को कम कर सकते हैं, अल्ट्रासाउंड, ऊष्मा और दाब (MTS) के एक साथ उपयोग से अधिक प्रभावी ढंग से निष्क्रिय किए जा सकते हैं।

अल्ट्रासाउंड ने E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium सिस्ट और Poliovirus जैसे खाद्य जनित रोगजनकों को नष्ट करने की अपनी क्षमता प्रदर्शित की है।

इनके लिए उपयुक्त: जैम, मार्मलेड या टॉपिंग्स, फलों के रस और सॉस, मांस उत्पादों, डेयरी उत्पादों और आइसक्रीम का परिरक्षण।

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर खाद्य सुरक्षा और यांत्रिक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए तरल अंडा उत्पादों (साबुत अंडे, अंडे की सफेदी, जर्दी) का समांगीकरण और पाश्चुरीकरण कर सकते हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिक समांगीकारक सूक्ष्मजीवों को नष्ट करने के लिए तीव्र कैविटेशन और उच्च अपरूपण बल उत्पन्न करते हैं। अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण कम तापमान पर पाश्चुरीकरण का अत्यंत प्रभावी और कुशल विकल्प है। अल्ट्रासोनिकेशन से पाश्चुरीकृत तरल अंडे में प्रोटीन का विकृतीकरण कम होता है, स्वाद की हानि कम होती है, समांगता बेहतर होती है और ऊर्जा दक्षता काफी अधिक होती है।

तापमान और दाब के साथ अल्ट्रासाउंड के सहक्रियात्मक प्रभाव

अन्य रोगाणुरोधी विधियों के साथ मिलाकर उपयोग करने पर अल्ट्रासोनिकेशन अक्सर अधिक प्रभावी होता है, जैसे:

थर्मो-सोनिकेशन, अर्थात् ऊष्मा और अल्ट्रासाउंड
मैनो-सोनिकेशन, अर्थात् दाब और अल्ट्रासाउंड
मैनो-थर्मो-सोनिकेशन, अर्थात् दाब, ऊष्मा और अल्ट्रासाउंड

Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae और Aeromonas hydrophila के लिए ऊष्मा और/या दाब के साथ अल्ट्रासाउंड के संयुक्त उपयोग की अनुशंसा की जाती है।

अल्ट्रासोनिक्स बनाम अन्य खाद्य परिरक्षण तकनीकें

उच्च-दाब होमोजेनाइज़ेशन, तापीय पाश्चुरीकरण, उच्च दाब प्रसंस्करण (HPP), संपीड़ित कार्बन डाइऑक्साइड (cCO2) और अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड (ScCO2), उच्च विद्युत क्षेत्र स्पंद (HELP) या माइक्रोवेव जैसी अन्य तापीय और गैर-तापीय प्रक्रियाओं के विपरीत, अल्ट्रासाउंड का प्रयोगशाला या बेंच-टॉप पैमाने पर आसानी से परीक्षण किया जा सकता है – जिससे बड़े पैमाने पर विस्तार के लिए पुनरुत्पादनीय परिणाम प्राप्त होते हैं। विशिष्ट उद्देश्यों को प्राप्त करने के लिए तीव्रता और कैविटेशन की विशेषताओं को विशिष्ट निष्कर्षण प्रक्रिया के अनुरूप आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। आयाम और दाब को एक विस्तृत सीमा में बदला जा सकता है, जैसे सबसे अधिक ऊर्जा-कुशल निष्कर्षण व्यवस्था की पहचान करने के लिए।

प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के उपयोग से जुड़े अन्य लाभ हैं: अर्क को आसानी से संभालना, त्वरित क्रियान्वयन, कोई अवशेष नहीं, उच्च उपज, पर्यावरण-अनुकूलता, बेहतर गुणवत्ता और अर्क के अपघटन की रोकथाम।
(cf. Chemat et al., 2011)

अल्ट्रासोनिक खाद्य प्रसंस्करण के लाभ

अधिक पूर्ण निष्कर्षण
गैर-तापीय परिरक्षण
अधिक उपज
पोषक तत्वों की उच्च मात्रा, उत्कृष्ट खाद्य गुणवत्ता
त्वरित प्रक्रिया
शीत / गैर-तापीय प्रक्रिया
संचालन में आसान और सुरक्षित
कम रखरखाव

निष्कर्षण और परिरक्षण के लिए उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर

Hielscher Ultrasonics कुशल निष्कर्षण और परिरक्षण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटरों का डिज़ाइन, निर्माण और वितरण करता है। निष्कर्षण और खाद्य परिरक्षण के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरणों का उपयोग एक शक्तिशाली प्रसंस्करण तकनीक है, जिसे सुरक्षित और पर्यावरण के अनुकूल तरीके से, साथ ही कुशलतापूर्वक और किफ़ायती ढंग से लागू किया जा सकता है। समांगीकरण और परिरक्षण के प्रभाव का उपयोग किसी भी तरल या पेस्ट जैसे खाद्य उत्पाद के लिए आसानी से किया जा सकता है, जिनमें फलों के रस और प्यूरी (जैसे संतरा, सेब, चकोतरा, आम, अंगूर, आलूबुखारा), सब्ज़ियों के सॉस और सूप (जैसे टमाटर सॉस या शतावरी का सूप), डेयरी उत्पाद, अंडे और मांस शामिल हैं।
अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र और निष्कर्षकों की हमारी उत्पाद शृंखला में हाथ में पकड़कर उपयोग किए जाने वाले पोर्टेबल उपकरणों से लेकर वाणिज्यिक पैमाने पर बड़ी मात्राओं के इनलाइन प्रसंस्करण के लिए पूर्ण औद्योगिक उत्पादन प्रणालियाँ तक शामिल हैं।

डिज़ाइन, निर्माण और परामर्श – जर्मनी में निर्मित गुणवत्ता

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपनी उच्चतम गुणवत्ता और डिज़ाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मज़बूती और आसान संचालन के कारण हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों को औद्योगिक संयंत्रों में सुचारु रूप से एकीकृत किया जा सकता है। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर कठोर परिस्थितियों और चुनौतीपूर्ण परिवेशों में आसानी से काम करते हैं।

Hielscher Ultrasonics एक ISO प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक तकनीक तथा उपयोग में सुगमता वाले उच्च प्रदर्शन के अल्ट्रासोनिकेटरों पर विशेष ज़ोर देती है। निस्संदेह, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर CE के अनुरूप हैं और UL, CSA तथा RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

बैच का आयतन	प्रवाह दर	अनुशंसित उपकरण
0.5 से 1.5mL	n.a.	VialTweeter
1 से 500mL	10 से 200mL/min	UP100H
10 से 2000mL	20 से 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0.1 से 20L	0.2 से 4L/min	UIP2000hdT
10 से 100L	2 से 10L/min	UIP4000hdT
15 से 150L	3 से 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 से 100L/min	UIP16000
n.a.	अधिक	समूहबद्ध UIP16000

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साहित्य / संदर्भ

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.
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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.
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जानने योग्य तथ्य

अल्ट्रासोनिक कोशिका विघटन

तीव्र सोनिकेशन के दौरान कोशिका विघटन के परिणामस्वरूप कोशिकाओं या उपकोशिकीय अंगकों से एंज़ाइम या प्रोटीन मुक्त हो सकते हैं। इस स्थिति में, विलायक में घोला जाने वाला यौगिक एक अघुलनशील संरचना के भीतर बंद होता है। उसे निकालने के लिए कोशिका झिल्ली को नष्ट करना आवश्यक है। कोशिका विघटन एक संवेदनशील प्रक्रिया है, क्योंकि कोशिका भित्ति भीतर के उच्च परासरण दाब को सहन करने में सक्षम होती है। कोशिका अवशेषों और न्यूक्लिक अम्लों सहित सभी अंतःकोशिकीय उत्पादों के अनियंत्रित रूप से मुक्त होने या उत्पाद के विकृतीकरण से बचने के लिए कोशिका विघटन पर अच्छा नियंत्रण आवश्यक है।
अल्ट्रासोनिकेशन कोशिका विघटन के लिए एक अच्छी तरह नियंत्रित किया जा सकने वाला साधन है। इसके लिए, अल्ट्रासाउंड के यांत्रिक प्रभाव कोशिकीय पदार्थों में विलायक का अधिक तेज़ और अधिक पूर्ण प्रवेश सुनिश्चित करते हैं तथा द्रव्यमान अंतरण में सुधार करते हैं। अल्ट्रासाउंड पादप ऊतक में विलायक का अधिक प्रवेश सुनिश्चित करता है और द्रव्यमान अंतरण में सुधार करता है। कैविटेशन उत्पन्न करने वाली अल्ट्रासोनिक तरंगें कोशिका भित्तियों को विघटित करती हैं और मैट्रिक्स के घटकों के मुक्त होने को सुगम बनाती हैं।

अल्ट्रासाउंड से बेहतर हुआ द्रव्यमान अंतरण निष्कर्षण को बढ़ावा देता है

सामान्यतः, अल्ट्रासाउंड कोशिका झिल्लियों को आयनों के प्रति पारगम्य बना सकता है और कोशिका झिल्लियों की चयनात्मकता को काफ़ी कम कर सकता है। अल्ट्रासाउंड की यांत्रिक क्रिया ऊतक में विलायकों के विसरण को बढ़ावा देती है। चूँकि अल्ट्रासाउंड कैविटेशन के अपरूपण बलों द्वारा कोशिका भित्ति को यांत्रिक रूप से तोड़ता है, इसलिए यह कोशिका से विलायक में पदार्थों के अंतरण को सुगम बनाता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा कणों का आकार घटने से ठोस और तरल प्रावस्थाओं के बीच संपर्क का सतही क्षेत्रफल बढ़ जाता है।

E.coli का अल्ट्रासोनिक लयन और निष्क्रियकरण

पुनःसंयोजक प्रोटीनों के जैविक गुणों के अध्ययन और लक्षण-निर्धारण के लिए उनकी छोटी मात्राएँ उत्पन्न करने हेतु E.coli पसंदीदा जीवाणु है। शुद्धिकरण टैग, जैसे पॉलीहिस्टिडीन टेल, बीटा-गैलेक्टोसिडेज़ या माल्टोज़-बाइंडिंग प्रोटीन, आमतौर पर पुनःसंयोजक प्रोटीनों से जोड़े जाते हैं, ताकि उन्हें कोशिका अर्कों से इतनी शुद्धता के साथ अलग किया जा सके जो अधिकांश विश्लेषणात्मक उद्देश्यों के लिए पर्याप्त हो। अल्ट्रासोनिकेशन प्रोटीन की मुक्ति को अधिकतम करने, विशेष रूप से जब उत्पादन उपज कम हो, और पुनःसंयोजक प्रोटीन की संरचना तथा सक्रियता को बनाए रखने में सक्षम बनाता है।

अल्ट्रासोनिक ऑक्सीकरण

नियंत्रित तीव्रताओं पर जैव-रूपांतरण और किण्वन में अल्ट्रासाउंड का उपयोग, प्रेरित जैविक प्रभावों और सुगम हुए कोशिकीय द्रव्यमान स्थानांतरण के कारण, जैव-प्रसंस्करण को बेहतर बना सकता है। Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (पूर्व में Nocardia erythropolis) की विश्राम अवस्था वाली कोशिकाओं द्वारा कोलेस्ट्रॉल के कोलेस्टेनोन में ऑक्सीकरण पर अल्ट्रासाउंड (20kHz) के नियंत्रित उपयोग के प्रभाव का अध्ययन Bar (1987) ने किया था।
यह प्रणाली स्टेरॉल और स्टेरॉयड के सूक्ष्मजीवी रूपांतरणों की विशिष्ट विशेषता दर्शाती है, क्योंकि इसमें सब्सट्रेट और उत्पाद जल में अघुलनशील ठोस होते हैं। इसलिए यह प्रणाली इस दृष्टि से काफी अनूठी है कि कोशिकाएँ और ठोस, दोनों अल्ट्रासाउंड के प्रभाव के अधीन हो सकते हैं। पर्याप्त रूप से कम अल्ट्रासोनिक तीव्रता पर, जिसने कोशिकाओं की संरचनात्मक अखंडता को सुरक्षित रखा और उनकी चयापचयी सक्रियता बनाए रखी, Bar ने 1.0 और 2.5 g/L कोलेस्ट्रॉल वाली सूक्ष्मजीवी स्लरियों में जैव-रूपांतरण की अभिक्रिया दरों में उल्लेखनीय वृद्धि देखी, जब हर 10mn में 5s के लिए 0.2W/cm² के शक्ति आउटपुट पर सोनिकेशन किया गया। कोलेस्ट्रॉल ऑक्सीडेज़ द्वारा कोलेस्ट्रॉल (2.5g/L) के एंज़ाइमी ऑक्सीकरण पर अल्ट्रासाउंड का कोई प्रभाव नहीं दिखा।

खाद्य परिरक्षण में उच्च-दाब प्रसंस्करण क्या है?

उच्च-दाब प्रसंस्करण (HPP) एक गैर-तापीय खाद्य परिरक्षण तकनीक है, जो उत्पाद के संवेदी और पोषण संबंधी गुणों को बनाए रखते हुए सूक्ष्मजीवों और एंज़ाइमों को निष्क्रिय करती है। इसमें पैक किए गए खाद्य पदार्थों को कुछ सेकंड से कुछ मिनटों तक आमतौर पर 300 और 600 MPa (मेगापास्कल) के बीच के द्रवस्थैतिक दाब के अधीन रखा जाता है। उच्च-दाब प्रसंस्करण की एक प्रमुख चुनौती इसकी बहुत अधिक ऊर्जा खपत है। सोनिकेशन HPP की ऊर्जा आवश्यकता कम करने में कैसे मदद कर सकता है, इसके बारे में और पढ़ें!

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण और परिरक्षण

खाद्य पदार्थों और वानस्पतिक सामग्रियों के निष्कर्षण और परिरक्षण के लिए उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड