Ultrasonik Ekstraksi dan Pengawetan

Ekstraksi dan pelestarian ultrasonik menggunakan menggunakan ultrasound daya untuk disintegrasi struktur sel (lisis). Memecahkan sel dengan ultrasonik rersults dalam ekstraksi senyawa intra-seluler yang sangat efisien serta inaktivasi mikroba. Karena banyak keunggulan, ultrasonikasi banyak digunakan untuk ekstraksi dan pengawetan dalam industri makanan. Pelajari lebih lanjut tentang manfaat ekstraksi ultrasonik dan pengolahan makanan!

Power Ultrasound untuk Ekstraksi dan Pengawetan Makanan dan Tumbuhan

Ekstraksi Ultrasonik: Ekstraksi ultrasonik adalah proses yang menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk mengekstrak senyawa dari berbagai bahan seperti tanaman, buah-buahan, dan sayuran. Proses ini melibatkan penggunaan gelombang ultrasonik untuk membuat gelembung bertekanan tinggi dalam bahan cair atau semi-padat, yang runtuh dengan cepat, menghasilkan panas dan tekanan yang kuat yang mengganggu dinding sel material dan melepaskan senyawa yang diinginkan.

Prinsip Kerja Ekstraksi dan Pelestarian Ultrasonik

Prinsip dasar di balik ekstraksi ultrasonik didasarkan pada fenomena yang dikenal sebagai kavitasi akustik. Ketika cairan terkena gelombang ultrasonik dengan intensitas tinggi dan frekuensi rendah (sekitar 20 kHz), ia menghasilkan gelombang tekanan yang menciptakan gelembung vakum kecil dalam cairan. Gelembung-gelembung ini tumbuh dalam ukuran seiring dengan meningkatnya intensitas ultrasonografi, dan ketika mencapai ukuran tertentu, mereka runtuh secara tiba-tiba dan keras, menghasilkan gelombang kejut dan melepaskan energi dalam bentuk panas dan tekanan.
Proses ini menyebabkan gangguan mekanis pada dinding sel, melepaskan senyawa yang diinginkan dari bahan ke dalam pelarut cair. Senyawa yang dilepaskan kemudian dapat dipisahkan dari pelarut menggunakan teknik pemisahan standar seperti filtrasi atau sentrifugasi.

 
Pelestarian Ultrasonik: Pelestarian ultrasonik didasarkan pada efek kavitasi yang sama dengan ekstraksi ultrasonik. Untuk pengawetan, ultrasonografi daya diterapkan untuk memperpanjang umur simpan makanan yang mudah rusak dengan menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang menyebabkan pembusukan. Prosesnya melibatkan paparan makanan ke gelombang ultrasonik yang mengganggu dinding sel bakteri, ragi, dan jamur, yang menyebabkan penghancuran atau penghambatannya.
Proses ini menyebabkan gangguan mekanis pada dinding sel mikroorganisme, yang menyebabkan penghancuran atau penghambatannya. Gelombang ultrasonik juga dapat meningkatkan permeabilitas membran sel, memungkinkan pengawet dan agen antimikroba lainnya untuk menembus dan membunuh mikroorganisme dengan lebih efektif.
Pengawetan ultrasonik lebih disukai daripada metode pengawetan tradisional karena menawarkan beberapa keunggulan seperti waktu pemrosesan yang lebih singkat, efisiensi yang lebih tinggi, dan kemampuan untuk melestarikan sifat alami dan rasa makanan. Ini digunakan dalam berbagai produk makanan seperti saus, jus, produk susu, telur, dan daging untuk memperpanjang umur simpan dan memastikan keamanannya.

Teknik ekstraksi dan pengawetan ultrasonik lebih disukai daripada metode ekstraksi dan pengawetan tradisional karena menawarkan beberapa keunggulan seperti tingkat ekstraksi yang lebih cepat, kualitas produk yang sangat baik, hasil yang lebih tinggi, perlakuan non-termal mekanis murni dan kemampuan untuk mengekstraksi senyawa yang lebih luas. Ini digunakan dalam berbagai industri seperti makanan dan minuman, farmasi, dan kosmetik.

Ekstraksi Protein dan Enzim Ultrasonik

Secara khusus, ekstraksi enzim dan protein yang disimpan dalam sel dan partikel subseluler adalah aplikasi ultrasound intensitas tinggi yang unik dan efektif, karena ekstraksi senyawa organik yang terkandung di dalam tubuh tanaman dan biji oleh pelarut dapat ditingkatkan secara signifikan. Oleh karena itu ultrasound memiliki manfaat potensial dalam ekstraksi dan isolasi komponen baru yang berpotensi bioaktif, misalnya dari aliran produk sampingan yang tidak dimanfaatkan yang terbentuk dalam proses saat ini. Ultrasonografi juga dapat membantu mengintensifkan efek pengobatan enzim, dan dengan ini mengurangi jumlah enzim yang dibutuhkan atau meningkatkan hasil senyawa relevan yang dapat diekstraksi.

Ekstraksi Ultrasonik Lipid dan Protein

Ultrasonikasi sering digunakan untuk meningkatkan ekstraksi lipid dan protein dari biji tanaman, seperti kedelai (misalnya tepung atau kedelai yang dihilangkan lemaknya) atau biji minyak lainnya. Dalam hal ini, penghancuran dinding sel memfasilitasi pengepresan (dingin atau panas) dan dengan demikian mengurangi sisa minyak atau lemak dalam kue pengepres.

Pengaruh ekstraksi ultrasonik terus menerus terhadap hasil protein yang terdispersi ditunjukkan oleh Moulton et al. Sonikasi meningkatkan pemulihan protein yang terdispersi secara progresif karena rasio serpihan / pelarut berubah dari 1:10 menjadi 1:30. Ini menunjukkan bahwa ultrasound mampu mempeptisasi protein kedelai pada hampir semua throughput komersial dan bahwa energi sonikasi yang dibutuhkan adalah yang terendah, ketika bubur yang lebih tebal digunakan.

Isolasi Ultrasonik Senyawa Fenolik dan Antosianin

Enzim, seperti pektinase, selulase dan hemiselulase banyak digunakan dalam pengolahan jus untuk menurunkan dinding sel dan meningkatkan kemampuan ekstraksi jus. Gangguan matriks dinding sel juga melepaskan komponen, seperti senyawa fenolik ke dalam jus. Ultrasonografi meningkatkan proses ekstraksi dan oleh karena itu dapat menyebabkan peningkatan senyawa fenolik, alkaloid dan hasil jus, yang biasanya tertinggal di kue pers.

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. “Perawatan AS meningkatkan konsentrasi senyawa fenolik jus bilberry lebih dari 15%. […] Pengaruh AS (USG) lebih signifikan dengan kismis hitam, yang merupakan buah beri yang lebih menantang dalam pengolahan jus daripada bilberry karena kandungan pektin yang tinggi dan arsitektur dinding sel yang berbeda. […] konsentrasi senyawa fenolik dalam jus meningkat 15-25% dengan menggunakan perlakuan AS (ultrasound) setelah inkubasi enzim.” (lih. Mokkila et al., 2004)
 

Inaktivasi Mikroba dan Enzim

Inaktivasi mikroba dan enzim (pengawetan), misalnya dalam jus buah dan saus adalah aplikasi lain dari ultrasound dalam pengolahan makanan. Saat ini, pengawetan dengan ketinggian suhu untuk waktu yang singkat (Pasteurisasi) masih merupakan metode pemrosesan yang paling umum untuk inaktivasi mikroba atau enzim yang mengarah pada umur simpan yang lebih lama (pelestarian). Karena paparan suhu tinggi, pasteurisasi termal konvensional sering kali merugikan produk makanan.
Produksi zat baru dari reaksi yang dikatalisis panas dan modifikasi makromolekul serta deformasi struktur tumbuhan dan hewan dapat mengurangi hilangnya kualitas. Oleh karena itu, perlakuan termal dapat menyebabkan perubahan atribut sensorik yang tidak diinginkan, yaitu tekstur, rasa, warna, bau, dan kualitas nutrisi, yaitu vitamin dan protein. Ultrasonografi adalah alternatif pemrosesan non-termal (minimal) yang efisien.

Berbeda dengan perlakuan panas konvensional, pelestarian ultrasonik menggunakan energi dan gaya geser kavitasi akustik untuk menonaktifkan enzim. Pada tingkat sonikasi yang cukup rendah, perubahan struktural dan metabolisme dapat terjadi pada sel tanpa kehancurannya. Aktivitas Peroksidase, yang ditemukan di sebagian besar buah dan sayuran mentah dan tidak direbus dan dapat secara khusus dikaitkan dengan pengembangan pormen yang tidak enak dan pigmen kecoklatan dapat dikurangi secara substansial dengan menggunakan USG. Enzim termoresisten, seperti lipase dan protease yang tahan terhadap perlakuan suhu sangat tinggi dan yang dapat mengurangi kualitas dan umur simpan susu yang dipanaskan dan produk buku harian lainnya dapat dinonaktifkan secara lebih efektif dengan penerapan ultrasound, panas, dan tekanan (MTS) secara simultan.

Ultrasonografi telah menunjukkan potensinya dalam penghancuran patogen bawaan makanan, seperti E., Salmonellae, Ascaris, Giardia, kista Cryptosporidium, dan Poliovirus.

Berlaku untuk: pengawetan selai, selai jeruk atau topping, jus buah dan saus, produk daging, susu dan es krim.
 

Sinergi USG dengan Suhu dan Tekanan

Ultrasonikasi seringkali lebih efektif bila dikombinasikan dengan metode anti-mikroba lainnya, seperti:

• Termo-sonikasi, yaitu panas dan ultrasound
• mano-sonikasi, yaitu tekanan dan ultrasound
• Mano-thermo-sonikasi, yaitu tekanan, panas dan ultrasound

Aplikasi gabungan ultrasound dengan panas dan/atau tekanan direkomendasikan untuk Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, dan Aeromonas hydrophila.

Ultrasonik vs Teknik Pengawetan Makanan Lainnya

Tidak seperti proses termal dan non-termal lainnya, seperti homogenisasi tekanan tinggi, pasteurisasi panas, tekanan hidrostatik tinggi (HP), karbon dioksida terkompresi (cCO2) dan karbon dioksida superkritis (ScCO2), pulsa medan listrik tinggi (HELP) atau gelombang mikro, ultrasound dapat dengan mudah diuji di laboratorium atau skala bench-top – menghasilkan hasil yang dapat direproduksi untuk scale-up. Intensitas dan karakteristik kavitasi dapat dengan mudah disesuaikan dengan proses ekstraksi spesifik untuk menargetkan tujuan tertentu. Amplitudo dan tekanan dapat divariasikan dalam rentang yang luas, misalnya untuk mengidentifikasi pengaturan ekstraksi yang paling hemat energi.

Keuntungan lain yang terkait dengan penggunaan ekstraksi tipe probe ultrasonik adalah penanganan ekstrak yang mudah, eksekusi cepat, tidak ada residu, hasil tinggi, ramah lingkungan, peningkatan kualitas dan pencegahan degradasi ekstrak.
(lih. Chemat et al., 2011)

Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Ekstraksi dan Preseravasi

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan ultrasonicator berkinerja tinggi untuk ekstraksi dan pelestarian yang efisien. Menggunakan peralatan ultrasonik Hielscher untuk ekstraksi dan pengawetan makanan adalah teknologi pemrosesan yang kuat yang tidak hanya dapat diterapkan dengan aman dan ramah lingkungan tetapi juga efisien dan ekonomis. Efek homogenisasi dan pengawetan dapat dengan mudah digunakan untuk produk makanan cair atau pasta termasuk jus buah dan pure (misalnya jeruk, apel, jeruk bali, mangga, anggur, prem) serta untuk saus sayuran dan sup (misalnya, saus tomat atau sup asparagus), susu, telur, dan daging.
Portofolio homogenizer dan ekstraktor ultrasonik kami berkisar dari perangkat genggam dan portabel hingga sistem produksi industri sepenuhnya untuk pemrosesan inline volume besar dalam skala komersial.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Ultrasonicators Hielscher terkenal dengan kualitas dan standar desainnya yang tertinggi. Ketahanan dan pengoperasian yang mudah memungkinkan integrasi ultrasonicator kami ke dalam fasilitas industri. Kondisi kasar dan lingkungan yang menuntut mudah ditangani oleh ultrasonicator Hielscher.

Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan memberikan penekanan khusus pada ultrasonicators berkinerja tinggi yang menampilkan teknologi canggih dan keramahan pengguna. Tentu saja, ultrasonicators Hielscher sesuai dengan CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA dan RoHs.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: