Teknologi ultrasound Hielscher

Ultrasonik Ekstraksi dan Pengawetan

Disintegrasi struktur sel (lisis) dengan cara USG digunakan untuk ekstraksi senyawa intra-seluler atau untuk inaktivasi mikroba.

Latar Belakang

Dalam mikrobiologi, USG terutama terkait dengan gangguan sel (lisis) atau disintegrasi (Allinger 1975). Ketika mensimulasikan cairan dengan intensitas tinggi, gelombang suara yang menyebar ke media cair menghasilkan siklus tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (rarefaction), dengan tingkat tergantung pada frekuensi.
Selama siklus tekanan rendah, gelombang ultrasonik intensitas tinggi menciptakan gelembung vakum kecil atau void dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume di mana mereka tidak dapat lagi menyerap energi, mereka akan mengalami kekerasan hebat selama siklus tekanan tinggi. Fenomena ini disebut kavitasi. Selama ledakan suhu sangat tinggi (sekitar 5.000K) dan tekanan (sekitar 2.000 ton) tercapai secara lokal. Ledakan gelembung kavitasi juga menghasilkan jet cair hingga kecepatan 280 m / s. Gaya geser yang dihasilkan memecahkan sel amplop secara mekanis dan memperbaiki transfer material. USG dapat memiliki efek destruktif atau konstruktif terhadap sel tergantung pada parameter sonication yang digunakan.

sel disintegrasi

Di bawah enzim sonikasi intens atau protein dapat dilepaskan dari sel-sel atau organel subselular sebagai akibat dari sel disintegrasi. Dalam hal ini, senyawa yang akan dilarutkan ke dalam pelarut tertutup dalam struktur larut. Dalam rangka untuk mengekstrak itu, membran sel harus dirusak. gangguan sel adalah proses yang sensitif, karena kemampuan dinding sel untuk menahan tekanan osmotik tinggi di dalam. kontrol yang baik dari gangguan sel diperlukan, untuk menghindari rilis tanpa hambatan dari semua produk intraseluler termasuk puing-puing sel dan asam nukleat, atau denaturasi produk.
Ultrasonication berfungsi sebagai sarana yang dapat dikontrol untuk disintegrasi sel. Untuk ini, efek mekanik USG memberikan penetrasi lengkap lebih cepat dan lebih pelarut menjadi bahan seluler dan meningkatkan perpindahan massa. USG mencapai penetrasi lebih besar dari pelarut ke dalam jaringan tanaman dan meningkatkan transfer massa. gelombang ultrasonik menghasilkan kavitasi mengganggu dinding sel dan memfasilitasi pelepasan komponen matriks.

massa transfer

Secara umum, USG dapat menyebabkan Permeabilisasi membran sel untuk ion (Mummery 1978), Dan dapat mengurangi selektivitas membran sel secara signifikan. Aktivitas mekanik USG mendukung difusi pelarut ke dalam jaringan. Sebagai USG istirahat dinding sel mekanis oleh pasukan kavitasi geser, itu memfasilitasi transfer dari sel ke dalam pelarut. Ukuran partikel pengurangan oleh kavitasi ultrasonik meningkatkan luas permukaan kontak antara padat dan fase cair.

Protein dan Enzim Ekstraksi

Secara khusus ekstraksi enzim dan protein yang tersimpan dalam sel-sel dan partikel subselular adalah aplikasi yang unik dan efektif intensitas tinggi USG (Kim 1989), Sebagai ekstraksi senyawa organik yang terkandung dalam tubuh tanaman dan benih dengan pelarut dapat ditingkatkan. Oleh karena itu USG memiliki potensi manfaat dalam ekstraksi dan isolasi novel berpotensi komponen bioaktif, misalnya dari non-dimanfaatkan oleh-produk aliran yang terbentuk dalam proses saat ini. USG juga dapat membantu untuk mengintensifkan efek pengobatan enzim, dan dengan ini mengurangi jumlah enzim yang dibutuhkan atau meningkatkan hasil senyawa yang relevan diekstrak.

Lipid dan Protein

Ultrasonication sering digunakan untuk meningkatkan ekstraksi lipid dan protein dari biji tanaman, seperti kedelai (misalnya tepung atau kedelai lemaknya) atau bibit minyak lainnya. Dalam hal ini, penghancuran dinding sel memfasilitasi menekan (dingin atau panas) dan dengan demikian mengurangi minyak residu atau lemak dalam kue menekan.

Pengaruh ekstraksi ultrasonik terus menerus untuk hasil protein tersebar ditunjukkan oleh Moulton et al. sonikasi peningkatan pemulihan protein tersebar progresif sebagai serpihan / rasio pelarut berubah 1:10-01:30. Hal ini menunjukkan bahwa USG mampu peptize protein kedelai di hampir semua throughput yang komersial dan bahwa energi sonikasi diperlukan adalah yang terendah, ketika lumpur tebal yang digunakan. (Moulton et al. 1982)

Berlaku untuk: minyak Citrus dari buah-buahan, ekstraksi minyak dari mustard tanah, kacang tanah, perkosaan, ramuan minyak (echinacea), canola, kedelai, jagung

Pembebasan fenolik Senyawa dan Anthocyanin

Enzim, seperti pectinases, selulase dan hemicellulases secara luas digunakan dalam pengolahan jus untuk mendegradasi dinding sel dan meningkatkan extractability jus. The gangguan matriks dinding sel juga melepaskan komponen, seperti senyawa fenolik ke dalam jus. USG meningkatkan proses ekstraksi dan karena itu dapat menyebabkan peningkatan dalam senyawa fenolik, alkaloid dan jus hasil, umumnya tersisa di kue pers.

Efek menguntungkan dari pengobatan ultrasonik pada pembebasan senyawa fenolik dan anthocyanin dari anggur dan matriks berry, khususnya dari bilberry (Myrtillus Vaccinium) Dan blackcurrant (Ribes) Menjadi jus, diselidiki oleh VTT Bioteknologi, Finlandia (MAXFUN EU-Proyek) menggunakan Ultrasonik prosesor UIP2000hd setelah pencairan, menumbuk dan enzim inkubasi. Gangguan dari dinding sel oleh perlakuan enzimatik (Pectinex BE-3L untuk bilberry dan Biopectinase CCM untuk blackcurrant) ditingkatkan bila dikombinasikan dengan USG. “pengobatan US meningkatkan konsentrasi senyawa fenolik jus bilberry oleh lebih dari 15%. […] Pengaruh US (USG) adalah lebih signifikan dengan blackcurrant, yang berry lebih menantang dalam pengolahan jus dari bilberry karena kandungan tinggi dari pektin dan arsitektur dinding sel yang berbeda. […] Konsentrasi senyawa fenolik dalam jus meningkat sebesar 15-25% dengan menggunakan US (USG) pengobatan setelah inkubasi enzim.” (Mokkila et al. 2004)

Mikroba dan enzim Inaktivasi

Inaktivasi mikroba dan enzim (pelestarian), misalnya pada jus buah dan saus adalah aplikasi ultrasound lainnya dalam pengolahan makanan. Saat ini, pelestarian dengan elevasi suhu untuk jangka waktu yang pendek (Pasteurization) masih merupakan metode pengolahan yang paling umum untuk inaktivasi mikroba atau enzim yang menyebabkan umur simpan lebih lama (pelestarian). Karena terpapar suhu tinggi, metode termal ini sering kali kekurangan banyak produk makanan.
Produksi zat baru dari reaksi panas-dikatalisasi dan modifikasi makromolekul serta deformasi tumbuhan dan hewan struktur dapat mengurangi hilangnya kualitas. Oleh karena itu, perlakuan panas dapat menyebabkan perubahan yang tidak diinginkan dari atribut sensori, yaitu tekstur, rasa, warna, bau, dan kualitas gizi, yaitu vitamin dan protein. USG adalah non-termal (minimal) alternatif proses yang efisien.

Panas yang dihasilkan secara lokal oleh kavitasi dan radikal yang dibuat dapat menyebabkan inaktivasi enzim dengan sonikasi (El'piner 1964). Pada tingkat yang cukup rendah sonikasi perubahan struktural dan metabolik dapat terjadi dalam sel tanpa kehancuran mereka. Aktivitas peroksidase, yang ditemukan di sebagian besar buah-buahan dan sayuran mentah dan unblanched dan dapat khususnya yang berkaitan dengan pengembangan off-rasa dan pigmen kecoklatan dapat dikurangi secara substansial dengan menggunakan ultrasound. enzim Thermoresistant, seperti lipase dan protease yang menahan pengobatan suhu tinggi Ultra dan yang dapat mengurangi kualitas dan rak-hidup susu panas-diperlakukan dan produk buku harian lainnya dapat tidak aktif lebih efektif dengan penerapan simultan USG, panas dan tekanan (MTS).

USG telah menunjukkan potensinya dalam penghancuran patogen makanan-ditanggung, seperti E. Koli, salmonella, Ascaris, Giardia, kista Cryptosporidium, Dan Virus polio.

Berlaku untuk: pelestarian selai, selai atau topping, misalnya untuk icecream, jus buah dan saus, produk daging, susu

Sinergi dari USG dengan Suhu dan Tekanan

Ultrasonication sering lebih efektif bila dikombinasikan dengan metode anti-mikroba lainnya, seperti:

  • thermo-sonication, panas yaitu dan USG
  • mano-sonication, tekanan yaitu dan USG
  • mano-termo-sonication, tekanan yaitu, panas dan USG

Penerapan gabungan USG dengan panas dan / atau tekanan dianjurkan untuk Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, dan Aeromonas hydrophila.

Pengembangan proses

Tidak seperti proses non-termal lainnya, seperti tekanan tinggi hidrostatik (HP), dikompresi karbon dioksida (cCO2) dan karbon dioksida superkritis (ScCO2) dan pulsa medan listrik tinggi (HELP), USG dapat dengan mudah diuji di laboratorium atau bangku-top skala – menghasilkan hasil direproduksi untuk skala-up. Intensitas dan karakteristik kavitasi dapat dengan mudah disesuaikan dengan proses ekstraksi khusus untuk menargetkan tujuan spesifik. Amplitudo dan tekanan dapat divariasikan dalam berbagai macam, misalnya untuk mengidentifikasi energi yang paling efisien ekstraksi setup. jaringan tangguh harus menjalani maserasi, grinding atau penumbukan sebelum ultrasonication.

E. Koli

Untuk menghasilkan sejumlah kecil protein rekombinan untuk studi dan karakterisasi sifat biologis mereka, E. Koli adalah bakteri pilihan. tag pemurnian, misalnya ekor polyhistidine, beta-galaktosidase, atau maltosa mengikat
protein, biasanya bergabung dengan protein rekombinan dalam rangka untuk membuat mereka dapat dipisahkan dari ekstrak sel dengan kemurnian yang cukup untuk sebagian besar tujuan analisis. Ultrasonication memungkinkan untuk memaksimalkan pelepasan protein, khususnya ketika hasil produksi rendah dan untuk memelihara struktur dan aktivitas dari protein rekombinan.

Gangguan E. Koli sel untuk mengekstrak total protein Chymosin dipelajari oleh Kim dan Zayas.

Saffron Ekstraksi

Saffron dikenal sebagai bumbu yang paling mahal di pasaran dunia dan dibedakan dengan rasa lembut, rasa pahit dan warna kuning yang menawan. Bumbu kunyit diperoleh dari stigma merah bunga kunyit kunyit. Setelah pengeringan, bagian ini digunakan sebagai bumbu masakan atau sebagai pewarna. Ciri karakteristik kunyit yang intensif terutama dari tiga senyawa: crocins, picrocrocin dan safranal.

Kadkhodaee dan Hemmati-Kakhki telah menunjukkan dalam sebuah studi yang ultrasonication meningkatkan hasil ekstraksi secara signifikan dan mengurangi waktu pemrosesan jauh. Bahkan, hasil dengan ekstraksi USG yang mencolok baik daripada dengan ekstraksi air dingin tradisional, yang diusulkan oleh ISO. Untuk penelitian mereka, Kadkhodaee dan Hemmati-Kakhki telah menggunakan Hielscher ini ultrasonik UP50H perangkat. Hasil terbaik telah dicapai dengan sonikasi berdenyut. Ini berarti bahwa interval pulsa pendek lebih efektif daripada pengobatan ultrasonik terus menerus.

Oksidasi

Pada intensitas dikontrol, penerapan USG untuk biotransformasi dan fermentasi mungkin mengakibatkan bioprocessing ditingkatkan, karena efek biologis diinduksi dan karena difasilitasi seluler transfer massa. Pengaruh penerapan dikendalikan USG (20kHz) pada oksidasi kolesterol untuk cholestenone dengan beristirahat sel-sel Oleh rhodococcus erythropolis ATCC 25.544 (sebelumnya Asteroid nocardia erythropolis) Diselidiki oleh Bar.

Kolesterol + O2 = Cholest-4-en-3-satu + H2O2

Sistem ini khas transformasi mikroba sterol dan steroid dalam substrat dan produk yang air padatan larut. Oleh karena itu, sistem ini agak unik karena baik sel dan padatan dapat dikenakan efek USG (Bar 1987). Pada intensitas ultrasonik yang cukup rendah yang mempertahankan integritas struktural sel dan mempertahankan aktivitas metaboliknya, Bar mengamati peningkatan yang signifikan pada tingkat kinetik biotransformasi pada slurries mikroba pada kolesterol 1,0 dan 2,5 g / L saat disilang selama 5s setiap 10mn dengan output daya 0,2W / cm². Ultrasound tidak menunjukkan efek pada oksidasi enzimatik kolesterol (2.5g / L) oleh oksidase kolesterol.

Teknologi menguntungkan

Pemanfaatan ultrasonik kavitasi untuk ekstraksi dan pengawetan makanan adalah teknologi pengolahan baru yang kuat yang tidak hanya dapat diterapkan dengan aman dan ramah lingkungan tetapi juga efisien dan ekonomis. The homogenisasi dan efek melestarikan dapat dengan mudah digunakan untuk jus buah dan purees (misalnya jeruk, apel, jeruk, mangga, anggur, plum) serta untuk saus sayuran dan sup, seperti saus tomat atau sup asparagus.

Untuk Informasi Lebih Lanjut!

Silahkan isi formulir di bawah ini, jika Anda ingin meminta informasi tambahan mengenai penggunaan USG untuk ekstraksi dan pelestarian.









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


Literatur

"Allinger, H. (1975): Amerika Laboratorium, 7 (10), 75 (1975).

Bar, R. (1987): USG Ditingkatkan bioprocesses, Di: Bioteknologi dan Rekayasa, Vol. 32, Pp. 655-663 (1987).

El'piner, S.I. (1964): USG: Fisik, Kimia, dan Biologi Efek (Konsultan Biro, New York, 1964), 53-78.

Kadkhodaee, R .; Hemmati-Kakhki, A .: Ultrasonic Ekstraksi Senyawa Aktif dari Saffron, di: Internet Publikasi.

Kim, S. M. dan Zayas, J.F. (1989): parameter pengolahan ekstraksi chymosin oleh USG; di J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Menggabungkan kekuatan USG dengan enzim dalam berry pengolahan jus, Di: Int 2. Conf. Biocatalysis dari makanan dan minuman, 19-22.9.2004, Stuttgart, Jerman.

Moulton, KJ, Wang, L.C. (1982): Pilot-Tanaman Studi berkelanjutan Ultrasonic Ekstraksi Protein Kedelai, di: Journal of Food Science, Volume 47, 1982.

Mummery, C.L. (1978): Pengaruh USG pada fibroblast in vitro, di: Ph.D. Skripsi, University of London, London, Inggris, 1978.