Ultrahangos extrakció és tartósítás

Az ultrahangos extrakció és tartósítás nagy teljesítményű ultrahangot alkalmaz a sejtszerkezetek felbontására (lízis). A sejtek ultrahanggal történő feltárása az intracelluláris vegyületek rendkívül hatékony kinyerését, valamint a mikroorganizmusok inaktiválását eredményezi. Számos előnye miatt az ultrahangos kezelést széles körben alkalmazzák extrakcióra és tartósításra az élelmiszeriparban. Tudjon meg többet az ultrahangos extrakció és élelmiszer-feldolgozás előnyeiről!

Nagy teljesítményű ultrahang élelmiszerek és növényi anyagok extrakciójához és tartósításához

Ultrahangos extrakció: Az ultrahangos extrakció olyan eljárás, amely nagyfrekvenciás hanghullámok segítségével nyer ki vegyületeket különféle anyagokból, például növényekből, gyümölcsökből és zöldségekből. Az eljárás során ultrahanghullámokkal nagy nyomású buborékokat hoznak létre egy folyékony vagy félszilárd anyagban. Ezek gyorsan összeomlanak, intenzív hőt és nyomást hozva létre, amely felbontja az anyag sejtfalait, és felszabadítja a kívánt vegyületeket.

Az ultrahangos extrakció és tartósítás működési elve

Az ultrahangos extrakció alapelve az akusztikus kavitációként ismert jelenségen alapul. Amikor egy folyadékot nagy intenzitású és alacsony frekvenciájú (kb. 20 kHz) ultrahanghullámoknak tesznek ki, nyomáshullámok keletkeznek, amelyek apró vákuumbuborékokat hoznak létre a folyadékban. Ezek a buborékok az ultrahang intenzitásának növekedésével egyre nagyobbá válnak, és amikor elérnek egy bizonyos méretet, hirtelen és hevesen összeomlanak, lökéshullámot keltve, valamint hő és nyomás formájában energiát felszabadítva.
Ez a folyamat mechanikusan felbontja a sejtfalakat, így a kívánt vegyületek az anyagból a folyékony oldószerbe jutnak. A felszabadult vegyületek ezután szokásos elválasztási módszerekkel, például szűréssel vagy centrifugálással választhatók el az oldószertől.

 
Ultrahangos tartósítás: Az ultrahangos tartósítás ugyanazokon a kavitációs hatásokon alapul, mint az ultrahangos extrakció. Tartósítás során nagy teljesítményű ultrahangot alkalmaznak a romlandó élelmiszerek eltarthatóságának meghosszabbítására: a nagyfrekvenciás hanghullámok gátolják a romlást okozó mikroorganizmusok szaporodását. Az eljárás során az élelmiszert ultrahanghullámoknak teszik ki, amelyek felbontják a baktériumok, élesztőgombák és penészgombák sejtfalait, így elpusztítják őket vagy gátolják működésüket.
Ez a folyamat mechanikusan felbontja a mikroorganizmusok sejtfalait, ami pusztulásukhoz vagy működésük gátlásához vezet. Az ultrahanghullámok a sejtmembránok áteresztőképességét is növelhetik, így a tartósítószerek és más antimikrobiális szerek hatékonyabban hatolhatnak be a mikroorganizmusokba és pusztíthatják el őket.
Az ultrahangos tartósítást előnyben részesítik a hagyományos tartósítási módszerekkel szemben, mert számos előnyt kínál, például rövidebb feldolgozási időt, nagyobb hatékonyságot és az élelmiszer természetes tulajdonságainak és ízeinek megőrzését. Számos élelmiszer, például szószok, gyümölcslevek, tejtermékek, tojás és hús esetében alkalmazzák az eltarthatóság meghosszabbítására és a biztonság biztosítására.

Az ultrahangos extrakciós és tartósítási technikát előnyben részesítik a hagyományos extrakciós és tartósítási módszerekkel szemben, mert számos előnyt kínál: gyorsabb extrakciót, kiváló termékminőséget, nagyobb hozamot, tisztán mechanikai, nem termikus kezelést, valamint a vegyületek szélesebb körének kinyerését. Számos iparágban alkalmazzák, például az élelmiszer- és italiparban, a gyógyszeriparban és a kozmetikai iparban.

Fehérjék és enzimek ultrahangos extrakciója

Különösen a sejtekben és szubcelluláris részecskékben tárolt enzimek és fehérjék kinyerése a nagy intenzitású ultrahang egyedülálló és hatékony alkalmazása, mivel a növényekben és magvakban található szerves vegyületek oldószeres extrakciója jelentősen javítható. Az ultrahang ezért potenciális előnyt kínál új, esetlegesen bioaktív összetevők kinyerésében és izolálásában, például a jelenlegi eljárások során keletkező, nem hasznosított melléktermékáramokból. Az ultrahang az enzimes kezelés hatásainak fokozásában is segíthet, ezáltal csökkentve a szükséges enzim mennyiségét vagy növelve a kinyerhető, fontos vegyületek hozamát.

Lipidek és fehérjék ultrahangos extrakciója

Az ultrahangos kezelést gyakran alkalmazzák lipidek és fehérjék növényi magvakból, például szójababból (például lisztből vagy zsírtalanított szójababból) vagy más olajos magvakból történő kinyerésének javítására. Ebben az esetben a sejtfalak felbontása megkönnyíti a préselést (hidegen vagy melegen), és ezáltal csökkenti a préspogácsában visszamaradó olaj vagy zsír mennyiségét.

A folyamatos ultrahangos extrakciónak a diszpergált fehérje hozamára gyakorolt hatását Moulton és munkatársai mutatták ki. Az ultrahangos kezelés fokozatosan növelte a diszpergált fehérje visszanyerését, ahogy a pehely/oldószer arány 1:10-ről 1:30-ra változott. Az eredmények azt mutatták, hogy az ultrahang szinte bármilyen kereskedelmi termelési teljesítmény mellett képes peptizálni a szójafehérjét, és hogy a szükséges ultrahangos kezelési energia sűrűbb szuszpenziók használatakor volt a legalacsonyabb.

Fenolos vegyületek és antocianinok ultrahangos izolálása

A gyümölcslé-feldolgozásban széles körben alkalmaznak enzimeket, például pektinázokat, cellulázokat és hemicellulázokat a sejtfalak lebontására és a gyümölcslé kinyerhetőségének javítására. A sejtfalmátrix felbontása összetevőket, például fenolos vegyületeket is felszabadít a gyümölcslébe. Az ultrahang javítja az extrakciós folyamatot, ezért növelheti az egyébként jellemzően a préspogácsában maradó fenolos vegyületek és alkaloidok kinyert mennyiségét, valamint a gyümölcslé hozamát.

Az ultrahangos kezelés kedvező hatásait a fenolos vegyületek és antocianinok szőlő- és bogyósgyümölcs-mátrixból, különösen fekete áfonyából (Vaccinium myrtillus) és fekete ribizliből (>Ribes nigrum) a gyümölcslébe történő felszabadítására a finnországi VTT Biotechnology vizsgálta UIP2000hd ultrahangos készülékkel, felolvasztás, pépesítés és enzimes inkubálás után. Az enzimes kezelés (fekete áfonya esetén Pectinex BE-3L, fekete ribizli esetén Biopectinase CCM) hatékonyabban bontotta fel a sejtfalakat, amikor ultrahanggal kombinálták. „Az US-kezelés több mint 15%-kal növeli a feketeáfonya-lé fenolos vegyületeinek koncentrációját. […] Az US (ultrahang) hatása jelentősebb volt a fekete ribizlinél, amelynek feldolgozása nagy pektintartalma és eltérő sejtfalszerkezete miatt nagyobb kihívást jelent a gyümölcslégyártásban, mint a fekete áfonyáé. […] A gyümölcslében a fenolos vegyületek koncentrációja 15–25%-kal nőtt az enzimes inkubálást követő US-kezelés (ultrahangos kezelés) hatására.” (vö. Mokkila és munkatársai, 2004)
 

Mikroorganizmusok és enzimek inaktiválása

A mikroorganizmusok és enzimek inaktiválása (tartósítás), például gyümölcslevekben és szószokban, az ultrahang élelmiszer-feldolgozásban történő alkalmazásának egy másik területe. Napjainkban a rövid ideig tartó hőmérséklet-emeléssel végzett tartósítás (pasztőrözés) még mindig a mikroorganizmusok vagy enzimek inaktiválásának legelterjedtebb feldolgozási módszere, amely hosszabb eltarthatóságot eredményez (tartósítás). A magas hőmérsékletnek való kitettség miatt a hagyományos termikus pasztőrözés gyakran hátrányokkal jár az élelmiszerek számára.
A hő által katalizált reakciók során keletkező új anyagok, a makromolekulák módosulása, valamint a növényi és állati struktúrák deformációja minőségromláshoz vezethet. A hőkezelés ezért nemkívánatos változásokat okozhat az érzékszervi tulajdonságokban, azaz az állagban, ízben, színben és illatban, valamint a tápértékben, azaz a vitaminokban és fehérjékben. Az ultrahang hatékony, nem termikus (minimális) feldolgozási alternatíva.

A hagyományos hőkezelésekkel szemben az ultrahangos tartósítás az akusztikus kavitáció energiáját és nyíróerőit használja az enzimek inaktiválására. Kellően alacsony ultrahangos kezelési szint mellett a sejtekben szerkezeti és anyagcsere-változások következhetnek be anélkül, hogy a sejtek elpusztulnának. A legtöbb nyers és nem blansírozott gyümölcsben és zöldségben megtalálható peroxidáz aktivitása ultrahanggal jelentősen csökkenthető; ez az enzim különösen az ízhibák és a barnulást okozó pigmentek kialakulásával hozható összefüggésbe. A hőálló enzimek, például a lipáz és a proteáz, amelyek ellenállnak az ultramagas hőmérsékletű kezelésnek, és ronthatják a hőkezelt tej és más tejtermékek minőségét és eltarthatóságát, hatékonyabban inaktiválhatók ultrahang, hő és nyomás egyidejű alkalmazásával (MTS).

Az ultrahang bizonyítottan képes az élelmiszerrel terjedő kórokozók, például az E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium-ciszták és Poliovirus elpusztítására.

Alkalmazható: dzsemek, marmeládok vagy feltétek, gyümölcslevek és szószok, húskészítmények, tejtermékek és fagylalt tartósítására.
 

Az ultrahang szinergiái a hőmérséklettel és a nyomással

Az ultrahangos kezelés gyakran hatékonyabb más antimikrobiális módszerekkel kombinálva, például:

• termoultrahangos kezelés, azaz hő és ultrahang
• manoultrahangos kezelés, azaz nyomás és ultrahang
• manotermoultrahangos kezelés, azaz nyomás, hő és ultrahang

Az ultrahang hővel és/vagy nyomással kombinált alkalmazása ajánlott a Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae és Aeromonas hydrophila esetében.

Az ultrahang összehasonlítása más élelmiszer-tartósítási technikákkal

Más termikus és nem termikus eljárásokkal, például a nagynyomású homogenizálással, a termikus pasztőrözéssel, a nagynyomású feldolgozással (HPP), a sűrített szén-dioxiddal (cCO2) és a szuperkritikus szén-dioxiddal (ScCO2), a nagy elektromos térerősségű impulzusokkal (HELP) vagy a mikrohullámmal ellentétben az ultrahang könnyen tesztelhető laboratóriumi vagy asztali léptékben – reprodukálható eredményeket szolgáltatva a méretnöveléshez. Az intenzitás és a kavitáció jellemzői könnyen az adott extrakciós folyamathoz igazíthatók meghatározott célok elérése érdekében. Az amplitúdó és a nyomás széles tartományban változtatható, például a legenergiahatékonyabb extrakciós konfiguráció meghatározásához.

Az ultrahangos szondával végzett extrakció további előnyei a kivonat egyszerű kezelése, a gyors végrehajtás, a maradékanyagok hiánya, a nagy hozam, a környezetbarát működés, a jobb minőség és a kivonat degradációjának megelőzése.
(vö. Chemat és munkatársai, 2011)

Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek extrakcióhoz és tartósításhoz

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos készülékeket tervez, gyárt és forgalmaz hatékony extrakcióhoz és tartósításhoz. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek alkalmazása extrakcióra és élelmiszer-tartósításra olyan nagy hatásfokú feldolgozási technológia, amely biztonságosan és környezetbarát módon, valamint hatékonyan és gazdaságosan is alkalmazható. A homogenizáló és tartósító hatás könnyen hasznosítható bármilyen folyékony vagy pasztaszerű élelmiszernél, beleértve a gyümölcsleveket és -püréket (például narancs, alma, grapefruit, mangó, szőlő, szilva), a zöldségszószokat és -leveseket (például paradicsomszósz vagy spárgaleves), a tejtermékeket, a tojást és a húst.
Ultrahangos homogenizátoraink és extraktoraink kínálata a kézben tartható, hordozható készülékektől a nagy mennyiségek kereskedelmi léptékű, folyamatos átfolyásos feldolgozására szolgáló, teljesen ipari termelőrendszerekig terjed.

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség

A Hielscher ultrahangos készülékei a legmagasabb minőségi és tervezési követelmények teljesítéséről ismertek. Robusztusságuk és egyszerű kezelhetőségük lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását az ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos készülékei könnyedén megbirkóznak a zord körülményekkel és az igényes környezetekkel.

A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, amely különös hangsúlyt fektet a legkorszerűbb technológiát és felhasználóbarát működést kínáló, nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre. Természetesen a Hielscher ultrahangos készülékei megfelelnek a CE-előírásoknak, valamint az UL, CSA és RoHs követelményeinek.

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: