Hielscher ultrazvučna tehnologija

Ultrazvučno vađenje i očuvanje

Dezintegracija staničnih struktura (liza) pomoću ultrazvuka koristi se za ekstrakciju intracelularnih spojeva ili za mikrobiološku inaktivaciju.

pozadina

U mikrobiologiji se prvenstveno povezuje ultrazvuk poremećaj stanica (liza) ili dezintegracija (Alinger 1975). Kada ultrazvučno čuva tekućine pri visokim intenzitetima, zvučni valovi koji se šire u tekuće medije rezultiraju izmjeničnim ciklusima visokotlačnog (komprimiranog) i niskotlačnog (rijedak) ciklusa, s stopama ovisno o učestalosti.
Tijekom niskotlačnog ciklusa, visokotlačni ultrazvučni valovi stvaraju male mjehuriće vakuuma ili praznine u tekućini. Kada mjehurići dosegnu volumen na kojem više ne apsorbiraju energiju, oni se snažno sruše tijekom visokotlačnog ciklusa. Taj fenomen naziva se kavitacija. Tijekom implozije dolazi do vrlo visokih temperatura (približno 5.000K) i tlaka (oko 2.000m) lokalno. Implozija mjehura kavitacije također rezultira tekućim mlazom brzine do 280 m / s. Rezultirajuće sile smicanja raskidaju mehanički omotnici ćelija i poboljšavaju prijenos materijala. Ultrazvuk može imati ili destruktivan ili konstruktivan učinak na stanice, ovisno o korištenim parametrima ultrazvukom.

Dezintegracija stanica

Pod intenzivnim sonication enzimima ili proteina može se osloboditi iz stanica ili subcellular organelles kao rezultat Dezintegracija stanica, U tom slučaju, spoj koji treba otopiti u otapalu zatvoren je u netopljivu strukturu. Kako bi ga se izlučivalo, stanična membrana mora biti uništena. Poremećaj stanica osjetljiv je proces jer je stanična stijenka sposobna izdržati visoki osmotski tlak. Potrebna je dobra kontrola razgradnje stanica, kako bi se izbjeglo nesmetano oslobađanje svih unutarstaničnih proizvoda, uključujući stanične otpatke i nukleinske kiseline, ili denaturaciju proizvoda.
Ultrasonication služi kao dobro kontrolirano sredstvo za dezintegraciju stanica. Zbog toga mehanički učinci ultrazvuka osiguravaju brži i potpuniji prodor otapala u stanične materijale i poboljšavaju prijenos mase. Ultrazvuk postiže veći prodor otapala u biljni tkivo i poboljšava prijenos mase. Ultrazvučni valovi koji uzrokuju kavitaciju ometaju stanične zidove i olakšavaju oslobađanje komponenti matrice.

Prijenos mase

Općenito, ultrazvuk može dovesti do permeabilizacije staničnih membrana na ione (pantomima 1978) i može značajno smanjiti selektivnost staničnih membrana. Mehanička aktivnost ultrazvuka podupire difuziju otapala u tkivo. Kako ultrazvuk prekida staničnu stijenku mehanički pomoću sila smicanja kavitacije, olakšava prijenos iz stanice u otapalo. Smanjenje veličine čestica pomoću ultrazvučne kavitacije povećava površinu u kontaktu između krute i tekuće faze.

Ekstrakcija proteina i enzima

Konkretno, ekstrakcija enzima i proteina pohranjenih u stanicama i subcellularnim česticama je jedinstvena i učinkovita primjena ultrazvuka visokog intenziteta (Kim 1989), Kao što je ekstrakcija organskim spojevima koji se nalaze unutar tijela biljkama i sjemenu prema otapalu može se značajno poboljšati. Stoga ultrazvuk ima potencijalnu korist kod ekstrakcije i izolaciju novih potencijalno bioaktivne komponente, npr od neiskorištene nusprodukata strujanja formirane u sadašnjih postupaka. Ultrazvuk također može pomoći pojačati učinke liječenja enzima, a time smanjiti količinu enzima potrebnog ili povećanje prinosa izlučivog relevantnih spojeva.

Lipida i proteina

Ultrasonication se često koristi za poboljšanje ekstrakcije lipida i proteina iz biljnih sjemenki, poput soje (npr. Brašna ili odmašćene soje) ili drugih sjemenki ulja. U tom slučaju uništavanje staničnih stijenki olakšava prešanje (hladno ili vruće) i time smanjuje preostalo ulje ili masnoću u tlačnom kolaču.

Utjecaj kontinuirane ultrazvučne ekstrakcije na iskorištenje dispergiranog proteina pokazao je Moulton i sur, Sonikacija je povećala oporavak dispergiranog proteina progresivno, budući da je omjer ljuske / otapala promijenjen od 1:10 do 1:30. Pokazalo se da je ultrazvuk sposoban peptizirati soje na gotovo bilo koji komercijalni protok i da je potrebna energija ultrazvukom bila najniža kada su korišteni deblji slurri. (Moulton i sur. 1982)

Odnosi se na: Citrus ulja iz plodova, ekstrakciju ulja iz tla senf, kikiriki, repice, ulje biljnog (Echinacea), uljane repice, soje, kukuruza

Oslobađanje fenola i antocijana

Enzimi, kao što pektinaze, celulaza i hemicelulaza su naširoko koristi u obradi soka kako bi se degradirati stanične zidove i poboljšati sok ekstrakcije. Poremećaj stanične stijenke matrice također oslobađa komponente, kao što su fenolni spojevi u sok. Ultrazvuk poboljšava proces ekstrakcije i stoga mogu dovesti do povećanja iskorištenja fenolni spoj, alkaloidi i sok, obično lijeve u tisku kolača.

Blagotvorni učinci obrade ultrazvukom na oslobađanje fenolni spojevi i antocijana od grožđa i bobica matriksa, posebno od bilberries (Vakobin myrtilus) I crne struja (Ribes) U sok, ispitana je pomoću VTT Biotehnologija, Finska (MAXFUN EU-projekta) korištenjem ultrazvučni procesor UIP2000hd Nakon odmrzavanja, gnječenje i inkubaciju enzim. Poremećaj stanične stijenke enzimatskom obradom (Pectinex BE-3L za bilberries i Biopectinase CCM za crni ribiz) je poboljšana u kombinaciji s ultrazvukom. “US liječenje povećanje koncentracije fenolnih spojeva borovnica soka od više od 15%. […Utjecaj američkih (ultrazvuka) bio je značajniji s crnim ribizima, što je više izazovnih bobica u preradi soka nego biljica zbog njihovog visokog sadržaja pektina i različite stanične arhitekture. […] koncentracija fenolnih spojeva u soku porasla je za 15-25% upotrebom američkog (ultrazvučnog) tretmana nakon enzimske inkubacije.” (Mokkila et Al. 2004)

Mikrobiološka i enzimska inaktivacija

Inaktiviranje mikrobne i enzimske (konzerviranje), npr. U voćnim sokovima i umacima još je jedna primjena ultrazvuka u prehrambenoj preradi. Danas, očuvanje povišenjem temperature za kratko vrijeme (Pasteurizacija) još je uvijek najčešća metoda prerade za inaktivaciju mikrobne ili enzimske tvari, što vodi ka produljenju roka trajanja (očuvanju). Zbog izloženosti visokoj temperaturi, ova termička metoda često ima nedostatke za mnoge prehrambene proizvode.
Proizvodnja novih tvari iz reakcija toplinski kataliziranih i modifikacija makromolekula kao i deformacija biljnih i životinjskih struktura mogu se smanjiti zbog gubitka kvalitete. Stoga, termička obrada može uzrokovati neželjene promjene osjetilnih atributa, tj. Teksture, okusa, boje, mirisa i hranjivih svojstava, tj. Vitamina i proteina. Ultrazvuk je učinkovita ne-termalna (minimalna) obrada.

Toplina koju lokalno stvara kavitacija i stvoreni radikali mogu dovesti do inaktivacije enzima sonicacijom (El'piner 1964). Na dovoljno niske razine sonikacije mogu se pojaviti strukturne i metaboličke promjene u stanicama bez njihovog uništenja. Djelovanje peroksidaze, koje se nalazi u većini sirovih i neblanšenih voća i povrća, a koje se može posebno povezati s razvojem pigmenata i pigmenata, može se značajno smanjiti uporabom ultrazvuka. Termoresistentni enzimi, kao što su lipaza i proteaza koji izdržavaju tretman s visokim temperaturama i koji mogu smanjiti kvalitetu i trajnost toplinski obrađenog mlijeka i drugih dnevnih proizvoda, mogu se učinkovitično inaktivirati istovremenom primjenom ultrazvuka, toplote i tlaka (MTS).

Ultrazvuk je pokazao svoj potencijal u uništavanju hranjivih patogena, kao što je E coli, salmonela, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium ciste, i Poliovirus.

Primjenjivo na: očuvanje džema, marmelade ili preljeva, npr. Za sladoled, voćne sokove i umake, mesne proizvode, mliječne proizvode

Sinergija ultrazvuka s temperaturom i tlakom

Ultrasonication je često učinkovitiji kada se kombinira s drugim antimikrobnim metodama, kao što su:

  • termo-sonication, tj. topline i ultrazvuka
  • hand-sonication, tj. pritisak i ultrazvuk
  • hand-thermo-sonication, tj. pritisak, toplinu i ultrazvuk

Preporuča se kombinirana primjena ultrazvuka s toplinom i / ili tlakom Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae i Aeromonas hydrophila,

Razvoj procesa

Za razliku od drugih ne-termalnih procesa, kao što su visoki hidrostatski tlak (HP), komprimirani ugljični dioksid (cCO2) i superkritični ugljični dioksid (SCCO2) i visoki električni poljski impulsi (HELP), ultrazvuk se može lako ispitati u laboratorijskoj ili klupskoj skali – stvarajući reproducibilne rezultate za mjerenje razine. Intenzitet i svojstva kavitacije mogu se lako prilagoditi specifičnom procesu ekstrakcije kako bi se ciljali specifični ciljevi. Amplituda i pritisak mogu se mijenjati u širokom rasponu, npr. Da bi se identificiralo energetski učinkovite postavke ekstrakcije. Teška tkiva trebaju proći maceraciju, mljevenje ili prašinu prije ultrazvuka.

E coli

Za proizvodnju malih količina rekombinantnih proteina za proučavanje i karakterizaciju njihovih bioloških svojstava, E coli je bakterija izbora. Oznake za pročišćavanje, npr. Poligstidinski rep, beta-galaktozidaza ili vezanje maltoze
proteini, obično se spajaju s rekombinantnim proteinima kako bi ih se odvojivi od staničnih ekstrakata čistoćom dovoljnom za većinu analitičkih svrha. Ultrasonication omogućuje maksimiziranje otpuštanja proteina, posebno kada je prinos proizvodnje nizak i da se očuva struktura i aktivnost rekombinantnog proteina.

Poremećaj E coli Stanice za ekstrakciju ukupnog proteina kimosina proučavale su se Kim i Zayas,

Ekstrakcija šafrana

Šafran je poznat kao najskuplji začin na svjetskom tržištu i odlikuje se njegovim osjetljivim okusom, gorčinim okusom i atraktivnom žutom bojom. Začini od šafrana dobivaju se od crvene stigme cvijeta šafrana. Nakon sušenja, ti dijelovi se koriste kao začin u kuhinji ili kao bojila. Intenzivni karakterističan okus šafrana rezultira osobito od triju spojeva: kročini, picrocrocin i safranal.

Kadkhodaee i Hemmati-Kakhki pokazali su u studiji da ultrasonication značajno povećava prinos ekstrakcije i značajno smanjuje vrijeme obrade. U stvari, rezultati ultrazvučnom ekstrakcijom bili su očigledno bolji nego kod tradicionalne ekstrakcije hladne vode koju predlaže ISO. Za njihovo istraživanje, Kadkhodaee i Hemmati-Kakhki su koristili Hielscherove ultrazvučni uređaj UP50H, Najbolji rezultati postignuti su pulsnim soniciranjem. To znači da su kratki intervala pulsa učinkovitiji od kontinuiranog ultrazvučnog liječenja.

Oksidacija

Pri kontroliranim intenzitetima, primjena ultrazvuka u biotransformaciju i fermentaciju može dovesti do pojačane biološke obrade, zbog induciranih bioloških učinaka i zbog olakšanog prijenosa stanične mase. Utjecaj kontrolirane primjene ultrazvuka (20kHz) na oksidaciju kolesterola na kolesteron odmarajući stanice Rhodococcus eritropolis ATCC 25544 (ranije Eritropola nokardije) istraživana je Bar,

Kolesterol + O2 = kolest-4-en-3-on + H2O2

Ovaj je sustav tipičan za mikrobne transformacije sterola i steroida, jer su supstrat i proizvodi u vodi netopivih krutina. Stoga je ovaj sustav prilično jedinstven u tome da i stanice i krute tvari mogu biti podložne učinku ultrazvuka (Bar, 1987). Na dovoljno niskoj ultrazvučnog intenziteta koji očuvane strukturni integritet stanice i održava njihovu metaboličku aktivnost, bar promatrana značajno poboljšanje u kinetički stope na biotransformacije u mikrobne gustim 1,0 i 2,5 g / L kolesterol kad tretirani ultrazvukom 5s svaki 10mn s izlaznom snagom od 0,2 W / cm². Ultrazvuk je pokazao nikakav efekt na enzimske oksidacije kolesterola (2,5 g / L) uz kolesterol oksidaze.

prednost Tehnologija

Korištenje ultrazvučne kavitacije za vađenje i čuvanje hrane je nova moćna tehnologija obrade koja ne samo da može se primijeniti sigurno i ekološki prihvatljiv, ali i učinkovito i ekonomično. Homogenizacije i očuvanje efekt lako se može koristiti za voćne sokove i purees (npr naranča, jabuka, grejp, mango, grožđe, šljive), kao i za povrtnim umacima i juhama, kao što su umak od rajčice ili šparoga juhe.

Više informacija zatražite!

Molimo koristite obrazac ispod, ukoliko želite zatražiti dodatne informacije vezane uz korištenje ultrazvuka za vađenje i čuvanje.









Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


Književnost

Allinger, H. (1975): Američki laboratorij, 7 (10), 75 (1975).

Bar, R. (1987): Ultrazvuk Poboljšane bioprocesaU: Biotehnologija i inženjerstvo, Vol. 32, str. 655-663 (1987).

El'piner, IE (1964): Ultrazvuk: fizički, kemijski i biološki učinci (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.

Kadkhodaee, R .; Hemmati-Kakhki, A .: Ultrazvučna ekstrakcija aktivnih spojeva od šafrana, u: internetskoj publikaciji.

Kim, SM und Zayas, JF (1989): Parametar obrade kimozinske ekstrakcije ultrazvukom; u J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Kombinirajući ultrazvuk s enzimima u procesu prerade bobica, na: 2. Int. Conf. Biocataliza hrane i pića, 19-22.9.2004, Stuttgart, Njemačka.

Moulton, KJ, Wang, LC (1982): Pilot-biljna studija kontinuirane ultrazvučne ekstrakcije soje proteina, u: Journal of Food Science, Volumen 47, 1982.

Mummery, CL (1978): Učinak ultrazvuka na fibroblaste in vitro, u: Ph.D. Teza, Sveučilište u Londonu, London, Engleska, 1978.