Ultrahangos extrakció és megőrzés
Az ultrahangos extrakció és megőrzés a teljesítmény ultrahangot használja a sejtszerkezetek szétesésére (lízis). A sejtek ultrahangos megszakítása az intracelluláris vegyületek rendkívül hatékony extrakciójában, valamint a mikrobiális inaktiválásban rejlik. Számos előnye miatt az ultrahangos kezelést széles körben használják az élelmiszeriparban történő extrakcióhoz és megőrzéshez. Tudjon meg többet az ultrahangos extrakció és az élelmiszer-feldolgozás előnyeiről!
Teljesítmény ultrahang az élelmiszerek és botanikai anyagok kivonásához és tartósításához
Ultrahangos extrakció: Az ultrahangos extrakció olyan folyamat, amely nagyfrekvenciás hanghullámokat használ a vegyületek kivonására különböző anyagokból, például növényekből, gyümölcsökből és zöldségekből. Az eljárás magában foglalja az ultrahangos hullámok használatát, hogy nagynyomású buborékokat hozzon létre folyékony vagy félig szilárd anyagban, amelyek gyorsan összeomlanak, intenzív hőt és nyomást generálnak, amely megzavarja az anyag sejtfalát és felszabadítja a kívánt vegyületeket.
Az ultrahangos extrakció és megőrzés működési elve
Az ultrahangos extrakció alapelve az akusztikus kavitáció néven ismert jelenségen alapul. Amikor egy folyadékot nagy intenzitású és alacsony frekvenciájú (kb. 20 kHz) ultrahangos hullámoknak tesznek ki, nyomáshullámokat generál, amelyek apró vákuumbuborékokat hoznak létre a folyadékban. Ezek a buborékok mérete növekszik, ahogy az ultrahang intenzitása nő, és amikor elérnek egy bizonyos méretet, hirtelen és hevesen összeomlanak, lökéshullámot generálnak, és energiát bocsátanak ki hő és nyomás formájában.
Ez az eljárás a sejtfalak mechanikai megzavarását okozza, felszabadítva a kívánt vegyületeket az anyagból a folyékony oldószerbe. A felszabaduló vegyületeket ezután standard elválasztási technikákkal, például szűréssel vagy centrifugálással elválaszthatjuk az oldószertől.
Ultrahangos UP400St a növényi anyagok hatékony, nem termikus célú kitermeléséhez.
Ultrahangos megőrzés: Az ultrahangos megőrzés ugyanazokon a kavitációs hatásokon alapul, mint az ultrahangos extrakció. A megőrzéshez teljesítmény ultrahangot alkalmaznak a romlandó élelmiszerek eltarthatóságának meghosszabbítására nagyfrekvenciás hanghullámok használatával, hogy megakadályozzák a romlást okozó mikroorganizmusok növekedését. A folyamat magában foglalja az élelmiszer ultrahangos hullámoknak való kitettségét, amelyek megzavarják a baktériumok, élesztők és penészgombák sejtfalát, ami pusztuláshoz vagy gátláshoz vezet.
Ez a folyamat a mikroorganizmusok sejtfalainak mechanikai megzavarását okozza, ami pusztuláshoz vagy gátláshoz vezet. Az ultrahangos hullámok növelhetik a sejtmembránok permeabilitását is, lehetővé téve a tartósítószerek és más antimikrobiális szerek hatékonyabb behatolását és megölését a mikroorganizmusokba.
Az ultrahangos tartósítást előnyben részesítik a hagyományos tartósítási módszerekkel szemben, mert számos előnnyel jár, mint például a rövidebb feldolgozási idő, a nagyobb hatékonyság, valamint az élelmiszer természetes tulajdonságainak és ízeinek megőrzése. Élelmiszertermékek széles skálájában használják, például szószokban, gyümölcslevekben, tejtermékekben, tojásban és húsban, hogy meghosszabbítsák eltarthatóságukat és biztosítsák biztonságukat.
Az ultrahangos extrakciós és tartósítási technikát előnyben részesítik a hagyományos extrakciós és megőrzési módszerekkel szemben, mivel számos előnnyel jár, mint például a gyorsabb extrakciós sebesség, a kiváló termékminőség, a magasabb hozam, a tisztán mechanikus, nem hőkezelés és a vegyületek szélesebb körének kivonásának képessége. Számos iparágban használják, például élelmiszer- és italgyártásban, gyógyszeriparban és kozmetikumokban.
[/two_thirds]
Erőteljes ultrahangos kavitáció Hielscher UIP1000hdT kaszkatróde
Ultrahangos fehérje és enzim extrakció
Különösen a sejtekben és szubcelluláris részecskékben tárolt enzimek és fehérjék extrakciója a nagy intenzitású ultrahang egyedülálló és hatékony alkalmazása, mivel a növények és magvak testében lévő szerves vegyületek oldószerrel történő kivonása jelentősen javítható. Ezért az ultrahangnak potenciális előnye van az új, potenciálisan bioaktív komponensek kivonásában és izolálásában, pl. a jelenlegi folyamatokban képződő, fel nem használt melléktermék-áramokból. Az ultrahang segíthet az enzimes kezelés hatásainak fokozásában is, ezáltal csökkentheti a szükséges enzim mennyiségét, vagy növelheti a kivonható releváns vegyületek hozamát.
Lipidek és fehérjék ultrahangos extrakciója
Az ultrahangos kezelést gyakran használják a lipidek és fehérjék növényi magokból, például szójababból (pl. liszt vagy zsírtalanított szójabab) vagy más olajos magvakból történő kivonásának javítására. Ebben az esetben a sejtfalak megsemmisítése megkönnyíti a préselést (hideg vagy meleg), és ezáltal csökkenti a maradék olajat vagy zsírt a préstortában.
A folyamatos ultrahangos extrakció hatását a diszpergált fehérje hozamára Moulton és munkatársai mutatták ki. Az ultrahangos kezelés fokozatosan növelte a diszpergált fehérje visszanyerését, mivel a pehely / oldószer arány 1:10-ről 1:30-ra változott. Kimutatták, hogy az ultrahang képes a szójafehérjét szinte bármilyen kereskedelmi forgalomban átadni, és hogy a szükséges szonikációs energia volt a legalacsonyabb, amikor vastagabb szuszpenziókat használtak.
Fenolos vegyületek és antocianinok ultrahangos izolálása
Az enzimeket, például a pektinázokat, a cellulázokat és a hemicellulázokat széles körben használják a gyümölcslé feldolgozásában a sejtfalak lebontása és a lé kivonhatóságának javítása érdekében. A sejtfal mátrixának megzavarása komponenseket, például fenolos vegyületeket is felszabadít a gyümölcslébe. Az ultrahang javítja az extrakciós folyamatot, ezért a fenolos vegyület, az alkaloidok és a gyümölcslé hozamának növekedéséhez vezethet, amelyet általában a sajtótortában hagynak.
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. “Az amerikai kezelés több mint 15% -kal növeli a fekete áfonyalé fenolos vegyületeinek koncentrációját. […] Az amerikai (ultrahang) hatása jelentősebb volt a fekete ribizli esetében, amely nagyobb kihívást jelent a bogyók számára a léfeldolgozásban, mint a fekete áfonya magas pektintartalma és eltérő sejtfal-architektúrája miatt. […] a fenolos vegyületek koncentrációja a gyümölcslében 15-25% -kal nőtt az enzim inkubálás utáni amerikai (ultrahang) kezelés alkalmazásával.” (vö. Mokkila et al., 2004)
Ultrahangos UIP6000hdT folyamatos extrakció ipari létesítményében.
Mikrobiális és enzim inaktiválás
A mikrobiális és enzim inaktiválás (tartósítás), pl. gyümölcslevekben és szószokban, az ultrahang másik alkalmazása az élelmiszer-feldolgozásban. Ma még mindig a rövid ideig tartó hőmérséklet-emelkedéssel történő tartósítás (pasztőrözés) a leggyakoribb feldolgozási módszer a mikrobiális vagy enzim inaktiváláshoz, amely hosszabb eltarthatósági időt eredményez (tartósítás). A magas hőmérsékletnek való kitettség miatt a hagyományos termikus pasztőrözés gyakran hátrányt jelent az élelmiszeripari termékek számára.
A hőkatalizált reakciókból származó új anyagok előállítása és a makromolekulák módosítása, valamint a növényi és állati struktúrák deformációja csökkentheti a minőségromlást. Ezért a hőkezelés nemkívánatos változásokat okozhat az érzékszervi tulajdonságokban, azaz a textúrában, az ízben, a színben, a szagban és a táplálkozási tulajdonságokban, azaz a vitaminokban és fehérjékben. Az ultrahang hatékony, nem termikus (minimális) feldolgozási alternatíva.
A hagyományos hőkezelésekkel ellentétben az ultrahangos megőrzés az akusztikus kavitáció energiáját és nyíróerőit használja az enzimek inaktiválásához. Az szonikáció kellően alacsony szintjén szerkezeti és metabolikus változások fordulhatnak elő a sejtekben anélkül, hogy elpusztulnának. A peroxidáz aktivitása, amely megtalálható a legtöbb nyers és blansírozatlan gyümölcsben és zöldségben, és különösen összefüggésbe hozható a mellékízek és a barnító pigmentek kialakulásával, jelentősen csökkenthető ultrahang használatával. A hőrezisztens enzimek, például a lipáz és a proteáz, amelyek ellenállnak az ultramagas hőmérsékletű kezelésnek, és amelyek csökkenthetik a hőkezelt tej és más naplótermékek minőségét és eltarthatóságát, hatékonyabban inaktiválhatók ultrahang, hő és nyomás (MTS) egyidejű alkalmazásával.
Az ultrahang bizonyította potenciálját az élelmiszer-eredetű kórokozók, például az E.coli, a Salmonellae, az Ascaris, a Giardia, a Cryptosporidium ciszták és a poliovírus megsemmisítésében.
Alkalmazható: lekvár, lekvár vagy öntetek, gyümölcslevek és szószok, húskészítmények, tejtermékek és fagylalt tartósítására.
Az ultrahang szinergiái a hőmérséklettel és a nyomással
Az ultrahangos kezelés gyakran hatékonyabb, ha más antimikrobiális módszerekkel kombinálják, például:
- termo-szonikáció, azaz hő és ultrahang
- mano-szonikáció, azaz nyomás és ultrahang
- mano-termo-szonikáció, azaz nyomás, hő és ultrahang
Az ultrahang hővel és / vagy nyomással történő kombinált alkalmazása ajánlott Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae és Aeromonas hydrophila esetében.
Ultrahang vs Egyéb élelmiszer-tartósítási technikák
Más termikus és nem termikus folyamatokkal ellentétben, mint például a nagynyomású homogenizálás, a hőpasztőrözés, a magas hidrosztatikus nyomás (HP), a sűrített szén-dioxid (cCO2) és a szuperkritikus szén-dioxid (ScCO2), a nagy elektromos mező impulzusok (HELP) vagy a mikrohullámú sütő, az ultrahang könnyen tesztelhető laboratóriumi vagy asztali skálán – reprodukálható eredmények generálása vertikális felskálázáshoz. Az intenzitás és a kavitációs jellemzők könnyen adaptálhatók az adott extrakciós folyamathoz a konkrét célok elérése érdekében. Az amplitúdó és a nyomás széles tartományban változtatható, pl. a leginkább energiahatékony elszívási beállítás azonosítása érdekében.
Az ultrahangos szonda típusú extrakció használatához kapcsolódó egyéb előnyök a kivonat könnyű kezelése, gyors végrehajtás, maradékok nélkül, magas hozam, környezetbarát, fokozott minőség és a kivonat lebomlásának megakadályozása.
(vö. Chemat et al., 2011)
- Teljesebb extrakció
- Nem termikus megőrzés
- magasabb hozamok
- Magas tápanyagtartalom, prémium élelmiszer-minőség
- gyors folyamat
- Hideg / nem termikus folyamat
- könnyen és biztonságosan kezelhető
- Alacsony karbantartási igény
Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek extrakcióhoz és előkészítéshez
Hielscher Ultrasonics tervezi, gyártja és forgalmazza nagy teljesítményű ultrahangos készülékek a hatékony kivonás és megőrzés. A Hielscher ultrahangos berendezések használata extrakcióhoz és élelmiszer-tartósításhoz egy erőteljes feldolgozási technológia, amely nemcsak biztonságosan és környezetbarátan, hanem hatékonyan és gazdaságosan is alkalmazható. A homogenizáló és tartósító hatás könnyen alkalmazható bármilyen folyékony vagy pasztaszerű élelmiszerhez, beleértve a gyümölcsleveket és püréket (pl. Narancs, alma, grapefruit, mangó, szőlő, szilva), valamint zöldségszószokhoz és levesekhez (pl. Paradicsomszósz vagy spárgaleves), tejtermékekhez, tojáshoz és húsokhoz.
Az ultrahangos homogenizátorok és elszívók portfóliója a kézi, hordozható eszközöktől a teljesen ipari termelési rendszerekig terjed, nagy mennyiségek kereskedelmi méretű inline feldolgozásához.
Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség
A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.5-től 1,5 ml-ig | n.a. | VialMagassugárzó | 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszperzióhoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti és ipari méretekben.
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
- Farid Chemat, Zill-e-Huma, Muhammed Kamran Khan (2011): Applications of ultrasound in food technology: Processing, preservation and extraction. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 18, Issue 4, 2011. 813-835.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- 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.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Allinger, H. (1975): American Laboratory, 7 (10), 75 (1975). Bar, R. (1987): Ultrasound Enhanced Bioprocesses, in: Biotechnology and Engineering, Vol. 32, Pp. 655-663 (1987).
- El’piner, I.E. (1964): Ultrasound: Physical, Chemical, and Biological Effects (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.
- Kim, S.M. und Zayas, J.F. (1989): Processing parameter of chymosin extraction by ultrasound; in J. Food Sci. 54: 700.
- Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Combining power ultrasound with enzymes in berry juice processing, at: 2nd Int. Conf. Biocatalysis of Food and Drinks, 19-22.9.2004, Stuttgart, Germany.
- Moulton, K.J., Wang, L.C. (1982): A Pilot-Plant Study of Continuous Ultrasonic Extraction of Soybean Protein, in: Journal of Food Science, Volume 47, 1982.
- Mummery, C.L. (1978): The effect of ultrasound on fibroblasts in vitro, in: Ph.D. Thesis, University of London, London, England, 1978.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Ultrahangos cella szétesése
Intenzív szonikálás alatt enzimek vagy fehérjék szabadulhatnak fel a sejtekből vagy szubcelluláris organellákból a sejt szétesése következtében. Ebben az esetben az oldószerben oldandó vegyület oldhatatlan szerkezetbe kerül. Annak érdekében, hogy kivonjuk, a sejtmembránt meg kell semmisíteni. A sejtzavar érzékeny folyamat, mivel a sejtfal képes ellenállni a belsejében lévő magas ozmotikus nyomásnak. A sejtkárosodás megfelelő szabályozására van szükség, hogy elkerüljük az összes intracelluláris termék akadálytalan felszabadulását, beleértve a sejttörmeléket és a nukleinsavakat, vagy a termék denaturációját.
Az ultrahangos kezelés jól szabályozható eszközként szolgál a sejtek széteséséhez. Ehhez az ultrahang mechanikai hatásai gyorsabb és teljesebb oldószert biztosítanak a sejtanyagokba, és javítják a tömegátadást. Az ultrahang nagyobb oldószert ér el a növényi szövetbe, és javítja a tömegátadást. A kavitációt generáló ultrahangos hullámok megzavarják a sejtfalakat és megkönnyítik a mátrixkomponensek felszabadulását.
Az ultrahanggal javított tömegátadás elősegíti az extrakciót
Általában az ultrahang a sejtmembránok ionokká történő permeabilizációjához vezethet, és jelentősen csökkentheti a sejtmembránok szelektivitását. Az ultrahang mechanikai aktivitása támogatja az oldószerek diffúzióját a szövetbe. Mivel az ultrahang mechanikusan megszakítja a sejtfalat a kavitációs nyíróerőkkel, megkönnyíti a sejtből az oldószerbe történő átvitelt. A részecskeméret csökkentése az ultrahangos kavitációval növeli a szilárd és a folyékony fázis közötti érintkezési felületet.
Ultrahangos lízis és az E.coli inaktiválása
Kis mennyiségű rekombináns fehérje előállításához biológiai tulajdonságaik tanulmányozásához és jellemzéséhez az E.coli a választott baktérium. A tisztítási címkéket, pl. a polihisztidin farkát, a béta-galaktozidázt vagy a maltózkötő fehérjéket általában rekombináns fehérjékhez kapcsolják annak érdekében, hogy a sejtkivonatoktól a legtöbb analitikai célra elegendő tisztasággal elkülöníthetők legyenek. Az ultrahangos kezelés lehetővé teszi a fehérje felszabadulásának maximalizálását, különösen akkor, ha a termelési hozam alacsony, és megőrzi a rekombináns fehérje szerkezetét és aktivitását.
Ultrahangos oxidáció
Szabályozott intenzitás mellett az ultrahang alkalmazása a biotranszformációra és az erjedésre fokozott biofeldolgozást eredményezhet az indukált biológiai hatások és a megkönnyített sejttömeg-transzfer miatt. Az ultrahang (20 kHz) szabályozott alkalmazásának hatását a koleszterin kolesztenonává történő oxidációjára a Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (korábban Nocardia erythropolis) nyugalmi sejtjeivel Bar (1987) vizsgálta.
Ez a rendszer jellemző a szterinek és szteroidok mikrobiális átalakulásaira, mivel a szubsztrát és a termékek vízben oldhatatlan szilárd anyagok. Ezért ez a rendszer meglehetősen egyedülálló abban az értelemben, hogy mind a sejtek, mind a szilárd anyagok ultrahang hatásának vannak kitéve. Kellően alacsony ultrahangos intenzitással, amely megőrizte a sejtek szerkezeti integritását és fenntartotta metabolikus aktivitását, Bar jelentősen javult a biotranszformáció kinetikai sebességében az 1,0 és 2,5 g / l koleszterin mikrobiális szuszpenzióiban, amikor 5s minden 10mn-t ultrahanggal ultrahanggal kezeltek 0,2W / cm² teljesítménygel. Az ultrahang nem mutatott hatást a koleszterin (2,5 g / l) koleszterin-oxidáz általi enzimatikus oxidációjára.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.