ულტრაბგერითი ექსტრაქცია და კონსერვაცია
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია და კონსერვაცია იყენებს მძლავრ ულტრაბგერას უჯრედული სტრუქტურების დესტრუქციისთვის (ლიზისი). უჯრედების დაშლა ულტრაბგერით იწვევს უჯრედშიდა კომპონენტების მაღალეფექტურ ექსტრაქციას, ასევე მიკრობულ ინაქტივაციას. მრავალი უპირატესობის გამო, ულტრაბგერითი დამუშავება ფართოდ გამოიყენება ექსტრაქციისა და კონსერვაციისთვის საკვების მრეწველობაში. გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი ექსტრაქციისა და საკვების დამუშავების სარგებლის შესახებ!
მძლავრი ულტრაბგერა საკვების და ბოტანიკური მასალების ექსტრაქციისა და კონსერვაციისთვის
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია: ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის პროცესი, რომელიც იყენებს მაღალი სიხშირის ბგერით ტალღებს კომპონენტების ამოსაღებად მრავალფეროვანი მასალებიდან, როგორიცაა მცენარეები, ხილი და ბოსტნეული. პროცესი გულისხმობს ულტრაბგერითი ტალღების გამოყენებას მაღალი წნევის ბუშტების შესაქმნელად სითხეში ან ნახევრად მყარ მასალაში, რომლებიც სწრაფად იმსხვრევა, წარმოქმნის ინტენსიურ სითბოსა და წნევას, რაც არღვევს მასალის უჯრედის კედლებს და გამოათავისუფლებს სასურველ კომპონენტებს.
ულტრაბგერითი ექსტრაქციისა და კონსერვაციის მოქმედების პრინციპი
ულტრაბგერითი ექსტრაქციის საფუძველში მდებარე ძირითადი პრინციპი ეფუძნება ფენომენს, რომელიც ცნობილია როგორც აკუსტიკური კავიტაცია. როდესაც სითხე ექვემდებარება მაღალი ინტენსივობისა და დაბალი სიხშირის (დაახლოებით 20 kHz) ულტრაბგერით ტალღებს, ის წარმოქმნის წნევის ტალღებს, რომლებიც ქმნიან პატარა ვაკუუმის ბუშტებს სითხეში. ეს ბუშტები იზრდება ზომაში, როდესაც ულტრაბგერის ინტენსივობა იმატებს, და როდესაც ისინი აღწევენ გარკვეულ ზომას, ისინი მკვეთრად და ძლიერად იმსხვრევა, წარმოქმნის შოკურ ტალღას და გამოათავისუფლებს ენერგიას სითბოსა და წნევის სახით.
ეს პროცესი იწვევს უჯრედის კედლების მექანიკურ დესტრუქციას, რის შედეგადაც სასურველი კომპონენტები მასალიდან თხევად გამხსნელში გამოიყოფა. გამოთავისუფლებული კომპონენტები შემდეგ შეიძლება გამოიყოს გამხსნელიდან სტანდარტული გამოყოფის ტექნიკების გამოყენებით, როგორიცაა ფილტრაცია ან ცენტრიფუგირება.
ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი UP400St მცენარეული მასალის ეფექტური არათერმული ექსტრაქციისთვის.
ულტრაბგერითი კონსერვაცია: ულტრაბგერითი კონსერვაცია ეფუძნება იმავე კავიტაციურ ეფექტებს, როგორც ულტრაბგერითი ექსტრაქცია. კონსერვაციისთვის მძლავრი ულტრაბგერა გამოიყენება მალფუჭებადი საკვების ვარგისიანობის ვადის გასაზრდელად: მაღალი სიხშირის ბგერითი ტალღები აფერხებს გაფუჭების გამომწვევი მიკროორგანიზმების ზრდას. პროცესი გულისხმობს საკვებზე ულტრაბგერითი ტალღების ზემოქმედებას, რომლებიც არღვევს ბაქტერიების, საფუარებისა და ობის სოკოების უჯრედის კედლებს, რაც იწვევს მათ განადგურებას ან დათრგუნვას.
ეს პროცესი იწვევს მიკროორგანიზმების უჯრედის კედლების მექანიკურ დესტრუქციას, რაც იწვევს მათ განადგურებას ან დათრგუნვას. ულტრაბგერითმა ტალღებმა ასევე შეიძლება გაზარდოს უჯრედის მემბრანების გამტარობა, რაც საშუალებას აძლევს კონსერვანტებს და სხვა ანტიმიკრობულ აგენტებს შეაღწიონ და უფრო ეფექტურად გაანადგურონ მიკროორგანიზმები.
ულტრაბგერით კონსერვაციას უპირატესობა ენიჭება კონსერვაციის ტრადიციულ მეთოდებთან შედარებით, რადგან მას აქვს რამდენიმე უპირატესობა, როგორიცაა დამუშავების უფრო მოკლე დრო, უფრო მაღალი ეფექტურობა და საკვების ბუნებრივი თვისებებისა და გემოს შენარჩუნების შესაძლებლობა. ის გამოიყენება საკვები პროდუქტების ფართო სპექტრისთვის, როგორიცაა სოუსები, წვენები, რძის პროდუქტები, კვერცხები და ხორცი, მათი ვარგისიანობის ვადის გასაზრდელად და უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად.
ულტრაბგერითი ექსტრაქციისა და კონსერვაციის ტექნიკას უპირატესობა ენიჭება ექსტრაქციისა და კონსერვაციის ტრადიციულ მეთოდებთან შედარებით, რადგან მას აქვს რამდენიმე უპირატესობა, როგორიცაა ექსტრაქციის უფრო მაღალი სიჩქარე, პროდუქტის შესანიშნავი ხარისხი, უფრო მაღალი გამოსავლიანობა, წმინდად მექანიკური არათერმული დამუშავება და ნაერთების უფრო ფართო სპექტრის ექსტრაქციის შესაძლებლობა. ის გამოიყენება მრეწველობის მრავალ დარგში, როგორიცაა საკვებისა და სასმელების წარმოება, ფარმაცევტიკა და კოსმეტიკა.
მძლავრი ულტრაბგერითი კავიტაცია Hielscher UIP1000hdT Cascatrode
ცილებისა და ფერმენტების ულტრაბგერითი ექსტრაქცია
კერძოდ, უჯრედებსა და სუბუჯრედულ ნაწილაკებში არსებული ფერმენტებისა და ცილების ექსტრაქცია წარმოადგენს მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერის უნიკალურ და ეფექტურ გამოყენებას, რადგან მცენარეებსა და თესლებში შემავალი ორგანული ნაერთების გამხსნელით ექსტრაქცია შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს. ამიტომ ულტრაბგერა პოტენციურად სასარგებლოა ახალი, შესაძლოა ბიოაქტიური კომპონენტების ექსტრაქციისა და იზოლაციისთვის, მაგალითად, მიმდინარე პროცესებში წარმოქმნილი გამოუყენებელი თანაპროდუქტების ნაკადებიდან. ულტრაბგერას ასევე შეუძლია გააძლიეროს ფერმენტული დამუშავების ეფექტი და ამ გზით შეამციროს საჭირო ფერმენტის რაოდენობა ან გაზარდოს ექსტრაჰირებადი შესაბამისი ნაერთების გამოსავლიანობა.
ლიპიდებისა და ცილების ულტრაბგერითი ექსტრაქცია
ულტრაბგერითი დამუშავება ხშირად გამოიყენება მცენარეთა თესლებიდან, მაგალითად, სოიიდან (მაგ. ფქვილიდან ან ცხიმგაცლილი სოიიდან) ან სხვა ზეთოვანი თესლებიდან ლიპიდებისა და ცილების ექსტრაქციის გასაუმჯობესებლად. ამ შემთხვევაში უჯრედის კედლების დაშლა აადვილებს დაწნეხას (ცივს ან ცხელს) და ამით ამცირებს ნარჩენი ზეთის ან ცხიმის რაოდენობას კოპტონში.
Moulton-მა და თანაავტორებმა აჩვენეს უწყვეტი ულტრაბგერითი ექსტრაქციის გავლენა დისპერგირებული ცილის გამოსავლიანობაზე. ულტრაბგერითი დამუშავება თანდათან ზრდიდა დისპერგირებული ცილის გამოყოფის მაჩვენებელს, როდესაც ფანტელების/გამხსნელის თანაფარდობა 1:10-დან 1:30-მდე იცვლებოდა. შედეგებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერას შეუძლია სოიოს ცილის პეპტიზაცია თითქმის ნებისმიერი კომერციული წარმადობის პირობებში და რომ ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის საჭირო ენერგია ყველაზე მცირე იყო უფრო სქელი სუსპენზიების გამოყენებისას.
ფენოლური ნაერთებისა და ანთოციანინების ულტრაბგერითი იზოლაცია
ფერმენტები, როგორიცაა პექტინაზები, ცელულაზები და ჰემიცელულაზები, ფართოდ გამოიყენება წვენის დამუშავებაში უჯრედის კედლების დასაშლელად და წვენის ექსტრაქციის გასაუმჯობესებლად. უჯრედის კედლის მატრიცის დაშლა ასევე იწვევს ისეთი კომპონენტების წვენში გამოყოფას, როგორიცაა ფენოლური ნაერთები. ულტრაბგერა აუმჯობესებს ექსტრაქციის პროცესს და, შესაბამისად, შეუძლია გაზარდოს ფენოლური ნაერთების, ალკალოიდებისა და წვენის გამოსავლიანობა, რომლებიც ჩვეულებრივ კოპტონში რჩება.
ულტრაბგერითი დამუშავების სასარგებლო ეფექტები ფენოლური ნაერთებისა და ანთოციანინების გამოყოფაზე ვაზისა და კენკრის მატრიციდან, კერძოდ ლეღვის მსგავსი მოცვის (Vaccinium myrtillus) და შავი მოცვის (>Ribes nigrum) წვენში, შეისწავლა VTT ბიოტექნოლოგიამ, ფინეთი, UIP2000hd ულტრაბგერითი პროცესორის გამოყენებით გაყინვის, დაწნევისა და ფერმენტული ინკუბაციის შემდეგ. უჯრედის კედლების დანგრევა ფერმენტული დამუშავებით (Pectinex BE-3L ლეღვის მსგავსი მოცვისთვის და Biopectinase CCM შავი მოცვისთვის) გაუმჯობესდა ულტრაბგერასთან კომბინაციისას. “US დამუშავება ზრდის ფენოლური ნაერთების კონცენტრაციას ლეღვის მსგავსი მოცვის წვენში 15%-ზე მეტით. […] US-ის (ულტრაბგერის) გავლენა უფრო მნიშვნელოვანი იყო შავი მოცხარის შემთხვევაში, რომლის წვენად გადამუშავება უფრო რთულია, ვიდრე მოცვისა, პექტინის მაღალი შემცველობისა და უჯრედის კედლის განსხვავებული აგებულების გამო. […] ფენოლური ნაერთების კონცენტრაცია წვენში გაიზარდა 15-25%-ით US (ულტრაბგერითი) დამუშავების გამოყენებით ფერმენტული ინკუბაციის შემდეგ.” (იხ. Mokkila et al., 2004)
ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი UIP6000hdT უწყვეტი ექსტრაქციის სამრეწველო ინსტალაციაში.
მიკრობული და ფერმენტული ინაქტივაცია
მიკრობებისა და ფერმენტების ინაქტივაცია (კონსერვაცია), მაგალითად, ხილის წვენებსა და სოუსებში, კვების მრეწველობაში ულტრაბგერის გამოყენების კიდევ ერთი სფეროა. დღესდღეობით ტემპერატურის ხანმოკლე აწევით კონსერვაცია (პასტერიზაცია) კვლავ რჩება მიკრობების ან ფერმენტების ინაქტივაციის ყველაზე გავრცელებულ მეთოდად, რომელიც ვარგისიანობის ვადას ახანგრძლივებს (კონსერვაცია). მაღალი ტემპერატურის ზემოქმედების გამო ტრადიციული თერმული პასტერიზაცია ხშირად უარყოფითად მოქმედებს საკვებ პროდუქტებზე.
სითბოთი კატალიზებული რეაქციების შედეგად ახალი ნივთიერებების წარმოქმნამ და მაკრომოლეკულების მოდიფიკაციამ, ისევე როგორც მცენარეული და ცხოველური სტრუქტურების დეფორმაციამ, შეიძლება ხარისხის დაქვეითება გამოიწვიოს. ამიტომ თერმულმა დამუშავებამ შეიძლება გამოიწვიოს სენსორული მახასიათებლების, ანუ ტექსტურის, გემოს, ფერისა და სუნის, და კვებითი თვისებების, ანუ ვიტამინებისა და ცილების, არასასურველი ცვლილებები. ულტრაბგერა ეფექტური არათერმული (მინიმალური) დამუშავების ალტერნატივაა.
ტრადიციული თერმული დამუშავებისგან განსხვავებით, ულტრაბგერითი კონსერვაცია იყენებს აკუსტიკური კავიტაციის ენერგიასა და ძვრის ძალებს ფერმენტების ინაქტივაციის მიზნით. ულტრაბგერითი დამუშავების საკმარისად დაბალ დონეზე უჯრედებში შეიძლება მოხდეს სტრუქტურული და მეტაბოლური ცვლილებები მათი განადგურების გარეშე. პეროქსიდაზის აქტივობა, რომელიც გვხვდება უმეტეს უმ და არაბლანშირებულ ხილსა და ბოსტნეულში და შეიძლება განსაკუთრებით უკავშირდებოდეს არასასურველი გემოსა და ყავისფერი პიგმენტების წარმოქმნას, შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს ულტრაბგერის გამოყენებით. თერმორეზისტენტული ფერმენტები, როგორიცაა ლიპაზა და პროტეაზა, რომლებიც უძლებენ ულტრამაღალტემპერატურულ დამუშავებას და შეიძლება შეამცირონ თერმულად დამუშავებული რძისა და სხვა რძის პროდუქტების ხარისხი და ვარგისიანობის ვადა, შეიძლება უფრო ეფექტურად ინაქტივირდეს ულტრაბგერის, სითბოსა და წნევის ერთდროული გამოყენებით (MTS).
ულტრაბგერამ აჩვენა თავისი პოტენციალი საკვებით გადამდები პათოგენების, როგორიცაა E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium cysts და Poliovirus, განადგურების სფეროში.
გამოყენება შესაძლებელია: ჯემის, მარმელადის ან ტოპინგების, ხილის წვენებისა და სოუსების, ხორცის პროდუქტების, რძის პროდუქტებისა და ნაყინის შენახვაში.
ულტრაბგერის სინერგია ტემპერატურასა და წნევასთან
ულტრაბგერითი დამუშავება ხშირად უფრო ეფექტურია, როდესაც ის კომბინირებულია სხვა ანტიმიკრობულ მეთოდებთან, როგორიცაა:
- თერმო-ულტრაბგერითი დამუშავება, ანუ სითბო და ულტრაბგერა
- მანო-ულტრაბგერითი დამუშავება, ანუ წნევა და ულტრაბგერა
- მანო-თერმო-ულტრაბგერითი დამუშავება, ანუ წნევა, სითბო და ულტრაბგერა
ულტრაბგერის კომბინირებული გამოყენება სითბოსთან და/ან წნევასთან რეკომენდებულია Bacillus subtilis-ის, Bacillus coagulans-ის, Bacillus cereus-ის, Bacillus sterothermophilus-ის, Saccharomyces cerevisiae-ს და Aeromonas hydrophila-სთვის.
ულტრაბგერა სხვა კვების შენახვის ტექნიკებთან შედარებით
განსხვავებით სხვა თერმული და არათერმული პროცესებისგან, როგორიცაა მაღალი წნევის ჰომოგენიზაცია, თერმული პასტერიზაცია, მაღალი წნევის დამუშავება (HPP), შეკუმშული ნახშირბადის დიოქსიდი (cCO2) და ზეკრიტიკული ნახშირბადის დიოქსიდი (ScCO2), მაღალი ელექტრული ველის იმპულსები (HELP) ან მიკროტალღური, ულტრაბგერა მარტივად შეიძლება გამოვცადოთ ლაბორატორიულ ან სამაგიდე მასშტაბში – რაც იძლევა მასშტაბირებისთვის გამეორებად შედეგებს. ინტენსივობა და კავიტაციის მახასიათებლები მარტივად შეიძლება ადაპტირდეს კონკრეტულ ექსტრაქციის პროცესზე კონკრეტული მიზნების მისაღწევად. ამპლიტუდა და წნევა შეიძლება ცვალებადობდეს ფართო დიაპაზონში, მაგალითად, ყველაზე ენერგოეფექტური ექსტრაქციის სქემის დასადგენად.
ულტრაბგერითი პრობის ტიპის ექსტრაქციის გამოყენებასთან დაკავშირებული სხვა უპირატესობებია ექსტრაქტის მარტივი მოპყრობა, სწრაფი შესრულება, ნარჩენების არქონა, მაღალი გამოსავლიანობა, ეკოლოგიურად სუფთა, გაუმჯობესებული ხარისხი და ექსტრაქტის დეგრადაციის თავიდან აცილება.
(cf. Chemat et al., 2011)
- უფრო სრულყოფილი ექსტრაქცია
- არათერმული შენახვა
- უფრო მაღალი გამოსავლიანობა
- მაღალი კვებითი ღირებულება, პრემიუმ კლასის კვების ხარისხი
- სწრაფი პროცესი
- ცივი / არათერმული პროცესი
- მარტივი და უსაფრთხო ექსპლუატაცია
- მარტივი ტექნიკური მომსახურება
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ექსტრაქციისა და შენახვისთვის
Hielscher Ultrasonics ამუშავებს, აწარმოებს და ავრცელებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ეფექტური ექსტრაქციისა და კონსერვაციისთვის. Hielscher-ის ულტრაბგერითი დანადგარების გამოყენება ექსტრაქციისა და საკვების კონსერვაციისთვის არის მძლავრი დამუშავების ტექნოლოგია, რომელიც არა მხოლოდ უსაფრთხოდ და ეკოლოგიურად სუფთა, არამედ ეფექტურად და ეკონომიურადაც შეიძლება იქნას გამოყენებული. ჰომოგენიზაციისა და კონსერვაციის ეფექტი მარტივად შეიძლება იქნას გამოყენებული ნებისმიერი თხევადი ან პასტისებრი საკვები პროდუქტისთვის, მათ შორის ფრუქტის წვენებისა და პიურეებისთვის (მაგ. ფორთოხალი, ვაშლი, გრეიფრუტი, მანგო, ყურძენი, ქლიავი), ასევე ბოსტნეულის სოუსებისა და სუპებისთვის (მაგ. პომიდვრის სოუსი ან ასპარაგის სუპი), რძის პროდუქტების, კვერცხისა და ხორცისთვის.
ჩვენი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისა და ექსტრაქტორების პორტფელი მოიცავს ხელის, პორტატული მოწყობილობებიდან სრულად სამრეწველო წარმოების სისტემებამდე, რომლებიც განკუთვნილია დიდი მოცულობების ინლაინ დამუშავებისთვის კომერციულ მასშტაბებზე.
დიზაინი, წარმოება და კონსულტირება – ხარისხი დამზადებული გერმანიაში
Hielscher-ის ულტრაბგერითი დანადგარები ცნობილია თავიანთი უმაღლესი ხარისხითა და დიზაინის სტანდარტებით. მდგრადობა და მარტივი ექსპლუატაცია საშუალებას გვაძლევს, ჩვენი ულტრაბგერითი დანადგარები მარტივად ინტეგრირდეს სამრეწველო ობიექტებში. მძიმე პირობები და მოთხოვნადი გარემო Hielscher-ის ულტრაბგერითი დანადგარებისთვის მარტივად დასაძლევია.
Hielscher Ultrasonics არის ISO სერტიფიცირებული კომპანია, რომელიც განსაკუთრებულ მნიშვნელობას ანიჭებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით დანადგარებს, რომლებიც აღჭურვილია თანამედროვე ტექნოლოგიებით და მომხმარებლისთვის მარტივი გამოსაყენებლად. რა თქმა უნდა, Hielscher-ის ულტრაბგერითი დანადგარები შეესაბამება CE სტანდარტებს და აკმაყოფილებენ UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი დანადგარების დაახლოებით დამუშავების სიმძლავრეზე:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული დანადგარები |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1–500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2 to 10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3 to 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | ჯგუფი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის, დისპერსიის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- 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.
საინტერესო ფაქტები
ულტრაბგერითი უჯრედული დესტრუქცია
ინტენსიური ულტრაბგერითი დამუშავებისას ფერმენტები ან ცილები შეიძლება გამოიყოს უჯრედებიდან ან უჯრედქვეშა ორგანელებიდან უჯრედული დესტრუქციის შედეგად. ამ შემთხვევაში, ნივთიერება, რომელიც უნდა გაიხსნას გამხსნელში, მოქცეულია უხსნად სტრუქტურაში. მის ამოსაღებად, უჯრედული მემბრანა უნდა დაინგრეს. უჯრედული დესტრუქცია მგრძნობიარე პროცესია, რადგან უჯრედის კედელს უნდა შეეძლოს მაღალი ოსმოსური წნევის გაძლება შიგნით. საჭიროა უჯრედული დესტრუქციის კარგი კონტროლი, რათა თავიდან იქნას აცილებული ყველა უჯრედშიდა პროდუქტის, მათ შორის უჯრედული ნაშთებისა და ნუკლეინის მჟავების, ან პროდუქტის დენატურაციის თავისუფალი გამოყოფა.
ულტრაბგერითი დამუშავება მოქმედებს როგორც უჯრედული დესტრუქციის კარგად კონტროლირებადი საშუალება. ამისთვის, ულტრაბგერის მექანიკური ეფექტები უზრუნველყოფენ გამხსნელის უფრო სწრაფ და სრულ შეღწევას უჯრედულ მასალებში და აუმჯობესებს მასის გადატანას. ულტრაბგერა უზრუნველყოფს გამხსნელის უფრო დიდ შეღწევას მცენარეულ ქსოვილში და აუმჯობესებს მასის გადატანას. კავიტაციას გამომწვევი ულტრაბგერითი ტალღები არღვევენ უჯრედის კედლებს და აადვილებენ მატრიცული კომპონენტების გამოყოფას.
ულტრაბგერითი გაუმჯობესებული მასის გადატანა ხელს უწყობს ექსტრაქციას
ზოგადად, ულტრაბგერამ შეიძლება გამოიწვიოს უჯრედული მემბრანების პერმეაბილიზაცია იონებისთვის და მნიშვნელოვნად შეამციროს უჯრედული მემბრანების სელექციურობა. ულტრაბგერის მექანიკური აქტივობა ხელს უწყობს გამხსნელების დიფუზიას ქსოვილში. რადგან ულტრაბგერა მექანიკურად არღვევს უჯრედის კედელს კავიტაციის ძვრის ძალების მეშვეობით, ის აადვილებს გადატანას უჯრედიდან გამხსნელში. ულტრაბგერითი კავიტაციით ნაწილაკების ზომის შემცირება ზრდის მყარი და თხევადი ფაზების შორის კონტაქტის ზედაპირის ფართობს.
ულტრაბგერითი ლიზისი და E.coli-ის ინაქტივაცია
რეკომბინანტული ცილების მცირე რაოდენობის წარმოებისთვის, მათი ბიოლოგიური თვისებების შესასწავლად და დასახასიათებლად, E.coli არის არჩეული ბაქტერია. გასუფთავების მარკერები, მაგ. პოლიჰისტიდინის კუდი, ბეტა-გალაქტოზიდაზა ან მალტოზ-დამკავშირებელი ცილები, ჩვეულებრივ, მიერთებულია რეკომბინანტულ ცილებთან, რათა ისინი უჯრედული ექსტრაქტებიდან გამოყოფილი იყოს სიწმინდით, რომელიც საკმარისია უმეტესი ანალიტიკური მიზნებისთვის. ულტრაბგერითი დამუშავება საშუალებას იძლევა მაქსიმალურად გაიზარდოს ცილის გამოყოფა, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც წარმოების გამოსავლიანობა დაბალია, და შენარჩუნდეს რეკომბინანტული ცილის სტრუქტურა და აქტივობა.
ულტრაბგერითი ჟანგვა
კონტროლირებადი ინტენსივობის პირობებში, ულტრაბგერის გამოყენება ბიოტრანსფორმაციასა და ფერმენტაციაში შეიძლება გამოიწვიოს ბიოპროცესინგის გაძლიერება, გამოწვეული ბიოლოგიური ეფექტებისა და უჯრედული მასათა გადატანის გაადვილების გამო. Bar (1987) შეისწავლა ულტრაბგერის (20kHz) კონტროლირებადი გამოყენების გავლენა ქოლესტერინის ქოლესტენონად ჟანგვაზე Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (ადრე Nocardia erythropolis) უძრავი უჯრედების მიერ.
ეს სისტემა ტიპურია სტეროლებისა და სტეროიდების მიკრობული ტრანსფორმაციებისთვის, რადგან სუბსტრატი და პროდუქტები წყალში უხსნადი მყარი ნივთიერებებია. ამიტომ, ეს სისტემა საკმაოდ უნიკალურია იმით, რომ როგორც უჯრედები, ისე მყარი ნივთიერებები შეიძლება ექვემდებარებოდეს ულტრაბგერის ეფექტს. საკმარისად დაბალ ულტრაბგერით ინტენსივობაზე, რომელიც ინარჩუნებდა უჯრედების სტრუქტურულ მთლიანობას და უზრუნველყოფდა მათ მეტაბოლურ აქტივობას, Bar-მა დააფიქსირა ბიოტრანსფორმაციის კინეტიკური სიჩქარეების მნიშვნელოვანი ზრდა მიკრობულ სუსპენზიებში 1,0 და 2,5 g/L ქოლესტერინის შემცველობით, როდესაც ულტრაბგერითი დამუშავება ხდებოდა 5s-ით ყოველ 10mn-ში 0,2W/cm² სიმძლავრის გამოსავლით. ულტრაბგერამ არ აჩვენა ეფექტი ქოლესტერინის (2,5g/L) ფერმენტულ ჟანგვაზე ქოლესტერინის ოქსიდაზის მიერ.
რა არის მაღალი წნევის დამუშავება პროდუქტების შენახვაში?
მაღალი წნევის დამუშავება (HPP) არის არათერმული პროდუქტების შენახვის ტექნიკა, რომელიც აქტივობას უქრობს მიკროორგანიზმებსა და ფერმენტებს, ამავდროულად ინარჩუნებს პროდუქტის სენსორულ და კვებით თვისებებს. ის მოიცავს შეფუთული პროდუქტების დაქვემდებარებას ჰიდროსტატიკურ წნევას, ჩვეულებრივ, 300-დან 600 MPa-მდე (მეგაპასკალი), წამებიდან წუთების განმავლობაში. მაღალი წნევის დამუშავების მთავარი გამოწვევაა მისი ძალიან მაღალი ენერგომოხმარება. გაიგეთ მეტი იმის შესახებ, თუ როგორ შეიძლება ულტრაბგერითმა დამუშავებამ შეამციროს HPP-ის ენერგომოხმარება!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო ზომამდე.