초음파 추출 및 보존
초음파 추출 및 보존은 세포 구조 (용해)의 붕괴를 위해 전력 초음파를 사용합니다. 초음파로 세포를 파괴하는 것은 세포 내 화합물의 매우 효율적인 추출과 미생물 불활성화를 촉진합니다. 수많은 장점으로 인해 초음파는 식품 산업에서 추출 및 보존에 널리 사용됩니다. 초음파 추출 및 식품 가공의 이점에 대해 자세히 알아보십시오!
식품 및 식물의 추출 및 보존을 위한 Power Ultrasound
초음파 추출: 초음파 추출은 고주파 음파를 사용하여 식물, 과일 및 채소와 같은 다양한 재료에서 화합물을 추출하는 과정입니다. 이 공정에는 초음파를 사용하여 액체 또는 반고체 재료에 고압 기포를 생성하는 것이 포함되며, 이는 빠르게 붕괴되어 물질의 세포벽을 파괴하고 원하는 화합물을 방출하는 강렬한 열과 압력을 생성합니다.
초음파 추출 및 보존의 작동 원리
초음파 추출의 기본 원리는 음향 캐비테이션으로 알려진 현상을 기반으로합니다. 액체가 고강도 및 저주파(약 20kHz)의 초음파에 노출되면 액체에 작은 진공 기포를 생성하는 압력파가 생성됩니다. 이 기포는 초음파의 강도가 증가함에 따라 크기가 커지고 일정 크기에 도달하면 갑자기 격렬하게 붕괴되어 충격파를 생성하고 열과 압력의 형태로 에너지를 방출합니다.
이 과정은 세포벽을 기계적으로 파괴하여 재료에서 원하는 화합물을 액체 용매로 방출합니다. 그런 다음 방출된 화합물은 여과 또는 원심분리와 같은 표준 분리 기술을 사용하여 용매에서 분리할 수 있습니다.
초음파기 UP400St 식물 재료의 효율적인 비열 추출을 위해.
초음파 보존: 초음파 보존은 초음파 추출과 동일한 캐비테이션 효과를 기반으로합니다. 보존을 위해 파워 초음파를 적용하여 고주파 음파를 사용하여 부패를 일으키는 미생물의 성장을 억제함으로써 부패하기 쉬운 식품의 유통 기한을 연장합니다. 이 과정에는 박테리아, 효모 및 곰팡이의 세포벽을 파괴하는 초음파에 식품을 노출시키는 것이 포함됩니다.
이 과정은 미생물의 세포벽에 기계적 파괴를 일으켜 파괴 또는 억제를 초래합니다. 초음파는 또한 세포막의 투과성을 증가시켜 방부제 및 기타 항균제가 미생물에 보다 효과적으로 침투하여 죽일 수 있도록 합니다.
초음파 보존은 더 짧은 처리 시간, 더 높은 효율성, 식품의 자연적인 특성과 풍미를 보존하는 능력과 같은 여러 가지 이점을 제공하기 때문에 전통적인 보존 방법보다 선호됩니다. 소스, 주스, 유제품, 계란, 육류 등 다양한 식품에 사용되어 유통 기한을 연장하고 안전을 보장합니다.
초음파 추출 및 보존 기술은 더 빠른 추출 속도, 우수한 제품 품질, 더 높은 수율, 순전히 기계적인 비열 처리 및 더 넓은 범위의 화합물을 추출할 수 있는 능력과 같은 여러 이점을 제공하기 때문에 전통적인 추출 및 보존 방법보다 선호됩니다. 식품 및 음료, 제약 및 화장품과 같은 광범위한 산업 분야에서 사용됩니다.
강력한 초음파 캐비테이션 Hielscher UIP1000hdT 캐스캐로드
초음파 단백질 및 효소 추출
특히 세포 및 세포 내 입자에 저장된 효소 및 단백질을 추출하는 것은 식물과 씨앗의 체내에 포함된 유기 화합물을 용매에 의해 추출하는 방법을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 고강도 초음파의 독특하고 효과적인 적용입니다. 따라서 초음파는 예를 들어 현재 공정에서 형성된 활용되지 않은 부산물 흐름에서 새로운 잠재적으로 생체 활성 성분을 추출하고 분리하는 데 잠재적인 이점이 있습니다. 초음파는 또한 효소 처리의 효과를 강화하는 데 도움이 될 수 있으며, 이를 통해 필요한 효소의 양을 줄이거나 추출 가능한 관련 화합물의 수율을 증가시킵니다.
지질과 단백질의 초음파 추출
초음파는 종종 콩 (예 : 밀가루 또는 탈지 된 콩) 또는 기타 기름 종자와 같은 식물 종자에서 지질과 단백질의 추출을 개선하는 데 사용됩니다. 이 경우, 세포벽의 파괴는 압착(차갑거나 뜨거운)을 용이하게 하고, 이에 따라 압착 케이크 내의 잔류 기름 또는 지방을 감소시킨다.
분산된 단백질의 수율에 대한 연속 초음파 추출의 영향은 Moulton et al.에 의해 입증되었습니다. 초음파 처리는 플레이크 / 용매 비율이 1 : 10에서 1 : 30으로 변경됨에 따라 분산 된 단백질의 회수율을 점진적으로 증가시켰다. 그것은 초음파가 거의 모든 상업적 처리량에서 콩 단백질을 펩타이징 할 수 있으며 더 두꺼운 슬러리가 사용될 때 필요한 초음파 처리 에너지가 가장 낮다는 것을 보여주었습니다.
Phenolic Compounds 및 Anthocyanins의 초음파 분리
펙티나아제(pectinase), 셀룰라아제(cellulas) 및 헤미셀룰라아제(hemicellulase)와 같은 효소는 세포벽을 분해하고 주스 추출성을 향상시키기 위해 주스 가공에 널리 사용됩니다. 세포벽 기질의 파괴는 또한 페놀 화합물과 같은 성분을 주스로 방출합니다. 초음파는 추출 과정을 개선하므로 일반적으로 프레스 케이크에 남아 있는 페놀 화합물, 알칼로이드 및 주스 수율을 증가시킬 수 있습니다.
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. “미국 처리는 월귤 나무 주스의 페놀 화합물의 농도를 15 % 이상 증가시킵니다. […] 미국(초음파)의 영향은 블랙커런트에서 더 두드러졌는데, 블랙커런트는 펙틴 함량이 높고 세포벽 구조가 다르기 때문에 빌베리보다 주스 가공이 더 까다롭습니다. […] 주스 내 페놀 화합물의 농도는 효소 배양 후 US (초음파) 처리를 사용하여 15-25 % 증가했습니다.” (Mokkila et al., 2004 참조)
초음파기 UIP6000hdT 연속 추출의 산업 설비에서.
미생물 및 효소 불활화
예를 들어 과일 주스 및 소스에서 미생물 및 효소 불활성화(보존)는 식품 가공에서 초음파의 또 다른 응용 분야입니다. 오늘날, 단기간 동안 온도를 상승시켜 보존하는 것(저온 살균)은 여전히 미생물 또는 효소 불활성화를 위한 가장 일반적인 처리 방법이며, 이는 유통 기한(보존)을 연장합니다. 고온에 노출되기 때문에 기존의 열 저온 살균법은 종종 식품에 불리하게 작용합니다.
열 촉매 반응으로 인한 새로운 물질의 생성과 거대 분자의 변형, 식물 및 동물 구조의 변형은 품질 손실을 줄일 수 있습니다. 따라서 열처리는 질감, 풍미, 색상, 냄새와 같은 감각 속성과 비타민 및 단백질과 같은 영양 품질의 바람직하지 않은 변화를 유발할 수 있습니다. 초음파는 효율적인 비열(최소) 처리 대안입니다.
기존의 열처리와 달리 초음파 보존은 효소를 비활성화하기 위해 음향 캐비테이션의 에너지와 전단력을 사용합니다. 충분히 낮은 수준의 초음파 처리에서는 구조적 및 대사 학적 변화가 세포를 파괴하지 않고 발생할 수 있습니다. 대부분의 비데치지 않은 과일 및 채소에서 발견되며 특히 이취 및 갈변 색소의 발생과 관련될 수 있는 과산화효소의 활성은 초음파를 사용하여 크게 감소될 수 있습니다. 초고온 처리를 견디고 열처리 우유 및 기타 다이어리 제품의 품질과 유통 기한을 단축시킬 수 있는 리파아제 및 프로테아제와 같은 내열성 효소는 초음파, 열 및 압력(MTS)의 동시 적용으로 보다 효과적으로 비활성화될 수 있습니다.
초음파는 대장균, 살모넬라균, 아스카리스, 편모충, 크립토스포리디움 낭종, 폴리오바이러스와 같은 식품 매개 병원체를 파괴할 수 있는 잠재력을 입증했습니다.
적용 대상 : 잼, 마멀레이드 또는 토핑, 과일 주스 및 소스, 육류 제품, 유제품 및 아이스크림의 보존.
초음파와 온도 및 압력의 시너지 효과
초음파는 다음과 같은 다른 항균 방법과 결합 할 때 더 효과적입니다.
- thermo-sonication, 즉 열과 초음파
- mano-sonication, 즉 압력 및 초음파
- mano-thermo-sonication, 즉 압력, 열 및 초음파
초음파와 열 및/또는 압력을 함께 적용하는 것이 Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae 및 Aeromonas hydrophila에 권장됩니다.
초음파 대 다른 식품 보존 기술
고압 균질화, 열 저온 살균, 높은 정수압(HP), 압축 이산화탄소(cCO2) 및 초임계 이산화탄소(ScCO2), 높은 전기장 펄스(HELP) 또는 마이크로파와 같은 다른 열 및 비열 공정과 달리 초음파는 실험실 또는 벤치탑 스케일에서 쉽게 테스트할 수 있습니다 – 스케일업을 위한 재현 가능한 결과를 생성합니다. 강도와 캐비테이션 특성은 특정 목표를 목표로 하기 위해 특정 추출 공정에 쉽게 적용할 수 있습니다. 진폭과 압력은 예를 들어 가장 에너지 효율적인 추출 설정을 식별하기 위해 광범위한 범위로 변경될 수 있습니다.
초음파 프로브 유형 추출의 사용과 관련된 다른 장점은 추출물의 쉬운 처리, 빠른 실행, 잔류 물 없음, 높은 수율, 친환경, 향상된 품질 및 추출물 저하 방지입니다.
(참조: Chemat et al., 2011)
- 보다 완벽한 추출
- 비열 보존
- 더 높은 수율
- 높은 영양소, 프리미엄 식품 품질
- 신속한 프로세스
- 냉간/비열 공정
- 쉽고 안전한 작동
- 낮은 유지 보수
추출 및 preseravation을위한 고성능 초음파 발생기
Hielscher 초음파는 효율적인 추출 및 보존을 위해 고성능 초음파를 설계, 제조 및 배포합니다. 추출 및 식품 보존을 위해 Hielscher 초음파 장비를 사용하는 것은 안전하고 환경 친화적일 뿐만 아니라 효율적이고 경제적으로 적용할 수 있는 강력한 가공 기술입니다. 균질화 및 보존 효과는 과일 주스 및 퓌레(예: 오렌지, 사과, 자몽, 망고, 포도, 자두)를 포함한 모든 액체 또는 페이스트 형태의 식품뿐만 아니라 야채 소스 및 수프(예: 토마토 소스 또는 아스파라거스 수프), 유제품, 계란 및 육류에 쉽게 사용할 수 있습니다.
당사의 초음파 균질화기 및 추출기 포트폴리오는 휴대용 장치부터 상업용 대량의 인라인 처리를 위한 완전 산업용 생산 시스템에 이르기까지 다양합니다.
설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질
Hielscher 초음파는 최고의 품질과 디자인 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고 함과 쉬운 작동으로 초음파를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파기로 쉽게 처리 할 수 있습니다.
Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 0.5에서 1.5mL | N.A. 개시 | 바이알트위터 | 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| 15에서 150L | 3 내지 15L/min | UIP6000hdT 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
문의! / 저희에게 물어보세요!
Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모에서 혼합 응용 분야, 분산, 유화 및 추출을위한 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다.
문헌 / 참고문헌
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알아 둘 만한 가치가 있는 사실
초음파 세포 붕괴
강렬한 초음파 처리 하에서 효소 또는 단백질은 세포 붕괴의 결과로 세포 또는 세포 내 세포 기관에서 방출 될 수 있습니다. 이 경우, 용매에 용해되는 화합물은 불용성 구조로 둘러싸여 있습니다. 그것을 추출하기 위해서는 세포막을 파괴해야 합니다. 세포 파괴는 세포벽이 내부의 높은 삼투압을 견딜 수 있는 능력 때문에 민감한 과정입니다. 세포 파편 및 핵산을 포함한 모든 세포 내 산물의 방해받지 않는 방출 또는 산물 변성을 피하기 위해 세포 파괴를 잘 제어해야 합니다.
초음파는 세포 붕괴를 위한 잘 제어 가능한 수단 역할을 합니다. 이를 위해 초음파의 기계적 효과는 용매가 세포 물질에 더 빠르고 완벽하게 침투하고 물질 전달을 향상시킵니다. 초음파는 식물 조직에 용매가 더 많이 침투하고 물질 전달을 향상시킵니다. 캐비테이션을 생성하는 초음파는 세포벽을 파괴하고 매트릭스 구성 요소의 방출을 촉진합니다.
초음파로 개선 된 질량 전달은 추출을 촉진합니다.
일반적으로 초음파는 세포막이 이온에 투과될 수 있으며 세포막의 선택성을 크게 감소시킬 수 있습니다. 초음파의 기계적 활동은 용매가 조직으로 확산되는 것을 지원합니다. 초음파는 캐비테이션 전단력에 의해 세포벽을 기계적으로 파괴하기 때문에 셀에서 용매로의 전달을 용이하게 합니다. 초음파 캐비테이션에 의한 입자 크기 감소는 고체와 액상 사이의 접촉 표면적을 증가시킵니다.
초음파 용해 및 대장균 불활화
생물학적 특성의 연구 및 특성 분석을 위해 소량의 재조합 단백질을 생산하기 위해 E.coli를 선택하는 박테리아입니다. 정제 태그(예: 폴리히스티딘 꼬리, 베타-갈락토시다아제 또는 말토스 결합 단백질)는 대부분의 분석 목적에 충분한 순도로 세포 추출물에서 분리할 수 있도록 하기 위해 일반적으로 재조합 단백질에 결합됩니다. 초음파는 특히 생산 수율이 낮을 때 단백질 방출을 극대화하고 재조합 단백질의 구조와 활성을 보존 할 수 있습니다.
초음파 산화
통제된 강도에서, 생체 변환 및 발효에 초음파를 적용하면 유도된 생물학적 효과와 촉진된 세포 질량 전달로 인해 향상된 생체 처리가 가능할 수 있습니다. Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (이전의 Nocardia erythropolis)의 휴지 세포에 의한 콜레스테논으로의 콜레스테론으로의 산화에 대한 초음파의 제어 된 적용의 영향은 Bar (1987)에 의해 조사되었습니다.
이 시스템은 기질과 생성물이 불용성 고체라는 점에서 스테롤과 스테로이드의 미생물 변형의 전형적입니다. 따라서 이 시스템은 세포와 고체가 모두 초음파의 영향을 받을 수 있다는 점에서 다소 독특합니다. 세포의 구조적 무결성을 보존하고 대사 활동을 유지하는 충분히 낮은 초음파 강도에서 Bar는 0.2W/cm²의 전력 출력으로 10mn마다 5초 동안 초음파 처리할 때 1.0 및 2.5g/L 콜레스테롤의 미생물 슬러리에서 생체 변형의 운동 속도가 크게 향상되는 것을 관찰했습니다. 초음파검사에서는 콜레스테롤산화효소에 의한 콜레스테롤(2.5g/L)의 효소 산화에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
