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

Kekuatan USG 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 hebat 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 intensitas tinggi dan frekuensi rendah (sekitar 20 kHz), itu menghasilkan gelombang tekanan yang menciptakan gelembung vakum kecil dalam cairan. Gelembung-gelembung ini tumbuh dalam ukuran ketika intensitas ultrasound meningkat, dan ketika mereka mencapai ukuran tertentu, mereka runtuh 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 seperti ekstraksi ultrasonik. Untuk pengawetan, ultrasound daya diterapkan untuk memperpanjang umur simpan makanan yang mudah rusak dengan menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang menyebabkan pembusukan. Proses ini melibatkan mengekspos makanan ke gelombang ultrasonik yang mengganggu dinding sel bakteri, ragi, dan jamur, yang menyebabkan kehancuran atau penghambatan mereka.
Proses ini menyebabkan gangguan mekanis pada dinding sel mikroorganisme, yang menyebabkan kehancuran atau penghambatannya. Gelombang ultrasonik juga dapat meningkatkan permeabilitas membran sel, memungkinkan pengawet dan agen antimikroba lainnya untuk menembus dan membunuh mikroorganisme lebih efektif.
Pelestarian ultrasonik lebih disukai daripada metode pengawetan tradisional karena menawarkan beberapa keuntungan seperti waktu pemrosesan yang lebih pendek, 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 simpannya dan memastikan keamanannya.

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

Ultrasonic Protein dan Ekstraksi Enzim

Secara khusus, ekstraksi enzim dan protein yang disimpan dalam sel dan partikel subseluler adalah aplikasi unik dan efektif dari ultrasound intensitas tinggi, karena ekstraksi senyawa organik yang terkandung dalam tubuh tanaman dan biji oleh pelarut dapat ditingkatkan secara signifikan. Oleh karena itu USG memiliki manfaat potensial dalam ekstraksi dan isolasi komponen bioaktif potensial baru, misalnya dari aliran produk sampingan yang tidak digunakan 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.

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

Isolasi ultrasonik senyawa fenolik dan antosianin

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.

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. “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.” (lihat Mokkila et al., 2004)
 

Mikroba dan enzim Inaktivasi

Inaktivasi mikroba dan enzim (pengawetan), misalnya dalam jus buah dan saus adalah aplikasi lain dari ultrasound dalam pengolahan makanan. Saat ini, pengawetan dengan peningkatan suhu untuk jangka waktu yang singkat (Pasteurisasi) masih merupakan metode pemrosesan yang paling umum untuk inaktivasi mikroba atau enzim yang mengarah pada umur simpan yang lebih lama (pengawetan). Karena paparan suhu tinggi, pasteurisasi termal konvensional sering merugikan 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.

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 metabolik dapat terjadi pada sel tanpa kehancurannya. Aktivitas Peroksidase, yang ditemukan di sebagian besar buah-buahan dan sayuran mentah dan tidak pucat dan dapat sangat terkait dengan pengembangan off-rasa dan pigmen kecoklatan dapat dikurangi secara substansial dengan menggunakan USG. Enzim termoresisten, seperti lipase dan protease yang tahan terhadap perlakuan suhu ultra-tinggi dan yang dapat mengurangi kualitas dan umur simpan susu yang dipanaskan dan produk buku harian lainnya dapat dinonaktifkan secara lebih efektif dengan aplikasi simultan ultrasound, panas dan tekanan (MTS).

Ultrasonografi telah menunjukkan potensinya dalam penghancuran patogen yang ditularkan melalui 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 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

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

Ultrasonics 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 microwave, 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 bervariasi dalam rentang yang luas, misalnya untuk mengidentifikasi pengaturan ekstraksi yang paling hemat energi.

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

Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Ekstraksi dan Preseravation

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi dan mendistribusikan ultrasonikator kinerja tinggi untuk ekstraksi dan pelestarian yang efisien. Menggunakan peralatan ultrasonik Hielscher untuk ekstraksi dan pengawetan makanan adalah teknologi pengolahan 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 seperti 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 homogenizers ultrasonik dan extractors kami berkisar dari genggam, perangkat portabel untuk sistem produksi sepenuhnya industri untuk pengolahan inline volume besar pada skala komersial.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

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

Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan menempatkan 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: