Hielscher Echografietechniek

Ultrasone extractie en conservering

De desintegratie van celstructuren (lysis) door ultrageluid wordt gebruikt voor de extractie van intracellulaire verbindingen of de microbiële inactivatie.

Achtergrond

Microbiologie, ultrageluid met voornamelijk cel verstoring (lysis) of ontbinding (Allinger 1975). Bij het soniseren van vloeistoffen met hoge intensiteiten resulteren de geluidsgolven die zich voortplanten in de vloeibare media in wisselende hogedruk (compressie) en lage druk (verdunning) cycli, met snelheden die afhankelijk zijn van de frequentie.
Tijdens de lagedrukcyclus creëren ultrasone golven met hoge intensiteit kleine vacuümbellen of holtes in de vloeistof. Wanneer de bellen een volume bereiken waarbij ze geen energie meer kunnen opnemen, vallen ze hevig in elkaar tijdens een hoge drukcyclus. Dit fenomeen wordt cavitatie genoemd. Tijdens de implosie worden zeer hoge temperaturen (ongeveer 5.000K) en drukken (ongeveer 2.000 atm) lokaal bereikt. De implosie van de cavitatiebel resulteert ook in vloeistofstralen met een snelheid tot 280 m / s. De resulterende afschuifkrachten breken de celomhulling mechanisch en verbeteren de materiaaloverdracht. Echografie kan destructieve of constructieve effecten hebben voor cellen, afhankelijk van de gebruikte sonicatieparameters.

celdesintegratie

Onder intense ultrasoonapparaat enzymen of eiwitten kunnen worden vrijgemaakt uit cellen of subcellulaire organellen als gevolg van celdesintegratie. In dit geval kan de verbinding worden opgelost in een oplosmiddel wordt ingesloten in een onoplosbaar structuur. Om het uit te pakken, moet de celmembraan worden vernietigd. Openbreken van cellen is een gevoelig proces, omdat vermogen van de celwand van hoge osmotische druk in te weerstaan. Goede beheersing van de cel verstoord is vereist, om een ​​onbelemmerde vrijlating van alle intracellulaire producten, waaronder cel puin en nucleïnezuren, of product denaturatie te voorkomen.
Ultrasone trillingen dient als een goed beheersbare middelen voor cel desintegratie. Voor deze, de mechanische effecten van ultrageluid bieden snellere en meer volledige penetratie van oplosmiddel in cellulaire materialen en de verbetering van massa-overdracht. Ultrasound realiseert grotere penetratie van een oplosmiddel in een plantenweefsel en verbetert de massaoverdracht. Ultrasone golven genereren van cavitatie verstoren celwanden en de vrijlating van matrixcomponenten te vergemakkelijken.

massa-overdracht

In het algemeen kan ultrageluid leiden tot een permeabilisatie van celmembranen ionen (Mummery 1978), En kan de selectiviteit van de celmembranen aanzienlijk verminderen. De mechanische werking van de ultrasone ondersteunt de verspreiding van oplosmiddelen in het weefsel. Echografie de celwand breekt mechanisch door de cavitatie schuifkrachten, vergemakkelijkt de overgang van de cel in het oplosmiddel. De deeltjesgrootte reductie door de ultrasone cavitatie vergroot het oppervlak in aanraking tussen de vaste en de vloeibare fase.

Proteïne en Enzyme Extraction

Met name de winning van enzymen en eiwitten opgeslagen in cellen en subcellulaire deeltjes is een unieke en effectieve toepassing van hoge intensiteit ultrageluid (Kim 1989), De extractie van organische verbindingen die in het lichaam van planten en zaden met een oplosmiddel aanzienlijk kan worden verbeterd. Daarom echografie heeft een potentieel voordeel in de extractie en isolatie van nieuw potentieel bioactieve componenten, b.v. van niet-gebruikte bijproduct beken gevormd in de huidige processen. Echografie kan ook helpen om de gevolgen van enzymbehandeling versterken, en deze vermindering van de hoeveelheid enzym nodig of verhoging van de opbrengst aan extraheerbare relevante verbindingen.

Lipiden en eiwitten

Ultrasone trillingen wordt vaak gebruikt om de winning van lipiden en eiwitten uit plantaardige zaden, zoals sojabonen (bijvoorbeeld meel of ontvette sojabonen) of andere oliezaden verbeteren. In dit geval is de vernietiging van de celwanden vergemakkelijkt het persen (koud of warm) en vermindert daardoor de resterende olie of vet in de koek persen.

De invloed van continue ultrasone extractie om de opbrengst aan gedispergeerde eiwit werd aangetoond door Moulton et al.... De sonificatie verhoogde de terugwinning van gedispergeerde eiwitten naarmate de verhouding vlok / oplosmiddel veranderde 1:10-01:30. Het toonde aan dat echografie is in staat om soja-eiwit peptiseren op bijna elke commerciële doorzet en dat de ultrasoonapparaat energie die nodig was de laagste, wanneer dikker slurries werden gebruikt. (Moulton et al. 1982)

Van toepassing op: Citrus olie uit vruchten, oliewinning uit gemalen mosterd, pinda, koolzaad, kruid olie (echinacea), canola, soja, maïs

Bevrijding van fenolverbindingen en anthocyanen

Enzymen, zoals pectinasen, cellulasen en hemicellulasen worden veel gebruikt in sap verwerken om celwanden degraderen en verbetering van de extraheerbaarheid het sap. De verstoring van de celwand matrix ook releases componenten, zoals fenolverbindingen in het sap. Echografie verbetert het extractieproces en kan daarom leiden tot een verhoging van de fenolverbinding, alkaloïden en sapopbrengst, gewoonlijk links in de perskoek.

De gunstige effecten van ultrasone behandeling op de bevrijding van fenolische verbindingen en anthocyanen van druiven en bessen matrix, in het bijzonder bosbessen (Vaccinium myrtillus) En zwarte bessen (Ribes) Tot sap, werd onderzocht door VTTT Biotechnologie, Finland (MAXFUN EU-Project). met behulp van een Ultrasone Processor UIP2000hd na het ontdooien, stampen en enzym incubatie. De verstoring van de celwanden door enzymatische behandeling (Pectinex BE-3L voor bosbessen en Biopectinase CCM voor zwarte bessen) werd verbeterd in combinatie met ultrageluid. “US afloop verhogen van de concentratie van fenolische verbindingen met bosbessen sap met meer dan 15%. […] De invloed van de VS (ultrageluid) was significant met zwarte bessen, die meer uitdagende bessen op sap verwerken dan bosbessen zijn vanwege hun hoge gehalte aan pectine en verschillende celwand architectuur. […] De concentratie van fenolische verbindingen in het sap toe met 15-25% door US (ultrasoon) behandeling na incubatie enzym.” (Mokkila et al. 2004)

Microbiële en Enzyme Inactivering

Microbiële en enzyminactivatie (conservering), bijvoorbeeld in vruchtensappen en sauzen, is een andere toepassing van echografie in de voedselverwerking. Tegenwoordig is bewaring door temperatuurverhoging gedurende korte tijd (pasteurisatie) nog steeds de meest gebruikelijke verwerkingsmethode voor microbiële of enzyminactivatie die leidt tot een langere houdbaarheid (bewaring). Vanwege de blootstelling aan hoge temperaturen heeft deze thermische methode vaak nadelen voor veel voedingsproducten.
De productie van nieuwe stoffen met warmtebehandelde gekatalyseerde reacties en de modificatie van macromoleculen en de vervorming van plantaardige of dierlijke structuren kunnen verminderen tot kwaliteitsverlies. Daarom kan thermische behandeling ongewenste veranderingen van sensorische eigenschappen, d.w.z. textuur, smaak, kleur, geur en voedingseigenschappen, d.w.z. vitamines en eiwitten veroorzaken. Ultrasound is een efficiënte niet-thermische (minimale) verwerkingsalternatief.

Plaatselijk warmte gegenereerd door de cavitatie en de gecreëerde radicalen kan leiden tot inactivatie van enzymen door sonicatie (El'piner 1964). Bij voldoende lage niveaus van sonificatie kunnen structurele en metabole veranderingen in cellen zonder hun vernietiging. De activiteit van Peroxidase, die in de meeste grondstoffen en geblancheerd groenten en fruit en kan met name worden geassocieerd met de ontwikkeling van vieze aroma en bruin pigmenten kunnen aanzienlijk worden verminderd door het gebruik van ultrageluid. Hittebestendige enzymen zoals lipase en protease dat ultrahoge temperatuurbehandeling kan doorstaan ​​en kan verminderen de kwaliteit en houdbaarheid van met warmte behandelde melk en andere zuivelproducten kan doeltreffender worden geïnactiveerd door de gelijktijdige toepassing van ultrageluid, warmte en druk (MTS).

Echografie heeft zijn potentieel aangetoond in de vernietiging van door voedsel overgedragen pathogenen, zoals E coli, salmonella, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium cystenEn Poliovirus.

Van toepassing op: behoud van jam, marmelade of toppings, b.v. voor het ijs, vruchtensappen en sauzen, vleeswaren, zuivel

Synergieën van Ultrasound met temperatuur en druk

Ultrasone trillingen is vaak effectiever in combinatie met andere anti-microbiële methoden, zoals:

  • thermo-ultrasoonapparaat, dat wil zeggen warmte en ultrageluid
  • mano-ultrasoonapparaat, dat wil zeggen druk en ultrageluid
  • mano-thermo-ultrasoonapparaat, d.w.z. druk, warmte en ultrageluid

De gecombineerde toepassing van ultrageluid met warmte en / of druk wordt aanbevolen Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, en Aeromonas hydrophila.

Proces ontwikkeling

In tegenstelling tot andere niet-thermische processen, zoals hoge hydrostatische druk (HP), gecomprimeerde kooldioxide (cCO2) en superkritisch kooldioxide (ScCO2) en hoog elektrisch veld pulsen (HELP), kunnen ultrasone gemakkelijk worden getest in het lab of bench-top schaal – genereren van reproduceerbare resultaten voor opschaling. De intensiteit en de cavitatie kenmerken kunnen gemakkelijk worden aangepast aan de specifieke extractieproces specifieke doelstellingen richten. Amplitude en druk kan worden gevarieerd in een breed traject, b.v. naar de meest energie-efficiënte winning setup te identificeren. Taaie weefsels moeten maceratie, slijpen of verpulvering ondergaan voorafgaand aan ultrasone trillingen.

E coli

Kleine hoeveelheden van recombinante eiwitten voor de studie en karakterisering van hun biologische eigenschappen heeft, E coli is de bacterie van keuze. Zuiveringstags, b.v. polyhistidine staart, beta-galactosidase of maltose-bindende
eiwitten, worden gewoonlijk verbonden recombinante eiwitten om ze te scheiden van cel extracten met een zuiverheid voldoende voor de meeste analytische doeleinden. Ultrasone trillingen mogelijk maakt de proteïne afgifte te maximaliseren, met name wanneer de productie opbrengst laag en de structuur en de activiteit van het recombinante eiwit te behouden.

De verstoring van E coli cellen met het oog op de totale chymosine eiwit te extraheren werd bestudeerd door Kim en Zayas.

Saffraanextractie

Saffraan staat bekend als het duurste kruid op de wereldmarkt en onderscheidt zich door zijn delicate smaak, bittere smaak en aantrekkelijke gele kleur. Het saffraankruid wordt verkregen uit het rode stigma van de bloem van saffraankrokus. Na het drogen worden deze delen als smaakmaker in de keuken of als kleurstof gebruikt. De intensieve karakteristieke smaak van saffraan resulteert vooral uit drie verbindingen: crocins, picrocrocin en safranal.

Kadkhodaee en Hemmati-Kakhki hebben aangetoond in een studie die ultrasone trillingen zorgt extractierendement aanzienlijk verkleinde verwerkingstijd aanzienlijk. In feite, de resultaten door middel van ultrageluid extractie waren opvallend beter dan door de traditionele koud water winning, die door ISO wordt voorgesteld. Voor hun onderzoek, Kadkhodaee en Hemmati-Kakhki hebben gebruikt Hielscher's ultrasone inrichting UP50H. De beste resultaten zijn verkregen met gepulste geluidsgolven. Dit betekent dat korte impulsintervallen effectiever dan continue ultrasoonbehandeling waren.

oxydatie

Onder gecontroleerde intensiteiten kan de toepassing van ultrageluid om biotransformatie en fermentatie goed resulteren in een verbeterde bioprocessing gevolg van geïnduceerde biologische effecten en vanwege vergemakkelijkt cellulaire massaoverdracht. De invloed van de gecontroleerde toepassing van ultrageluid (20 kHz) de oxidatie van cholesterol tot cholestenon met rustende cellen van Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (voorheen Nocardia erythropolis) Werd onderzocht door Bar.

Cholesterol + O2 = cholest-4-en-3-one + H2de2

Dit systeem is kenmerkend voor microbiële transformaties van sterolen en steroïden dat het substraat en de producten water onoplosbare vaste stoffen. Daarom is dit systeem vrij uniek doordat zowel de cellen en de vaste stoffen kunnen worden onderworpen aan het effect van ultrageluid (Bar 1987). Bij een voldoende lage ultrasone intensiteit die de structurele integriteit van de cellen bewaarde en hun metabole activiteit handhaafde, observeerde Bar een significante verhoging van de kinetische snelheden van de biotransformatie in microbiële slurries van 1,0 en 2,5 g / L cholesterol bij 5-keren sonicatie elke 10 min met een vermogen van 0,2 W / cm². Echografie toonde geen effect op de enzymatische oxidatie van cholesterol (2,5 g / L) door cholesteroloxidase.

voordelige Technology

Het gebruik van ultrasone cavitatie voor de winning en het conserveren van voedsel is een nieuwe krachtige processing technologie die niet alleen kan worden veilig en milieuvriendelijk, maar ook efficiënt en economisch toegepast. Het homogeniseren en het behoud van effect kan gemakkelijk worden gebruikt voor vruchtensappen en puree (bijv. Sinaasappel, appel, grapefruit, mango, druif, pruim), alsmede voor plantaardige sauzen en soepen, zoals tomatensaus of asperges soep.

Vraag meer informatie!

Gebruik het onderstaande formulier, als u aanvullende informatie over het gebruik van echografie voor de winning en het behoud te vragen.









Let op onze Privacybeleid.


Literatuur

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

Bar, R. (1987): Ultrasound Enhanced Bioprocessen, In: Biotechnology and Engineering, Vol. 32, Pp. 655-663 (1987).

El'piner, S.I. (1964): Echografie: Fysische, chemische en biologische effecten (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.

Kadkhodaee, R .; Hemmati-Kakhki, A .: Ultrasone Winning van werkzame stoffen uit Saffron, in: Internet Publicatie.

Kim, S. M. en Zayas, J.F. (1989): Verwerkingsparamateraanwijzer chymosine extractie met ultrageluid; in J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Het combineren vermogen ultrageluid met enzymen in bessensap verwerking, Op: 2e Int. Conf. Biokatalyse van eten en drinken, 19-22.9.2004, Stuttgart, Duitsland.

Moulton, K. J., Wang, L.C. (1982): Een Pilot Plant-Studie van Continu Ultrasone Winning van Soja Proteïne, in: Journal of Food Science, Volume 47, 1982.

Mummery, CL (1978): Het effect van ultrageluid op de fibroblasten in vitro, in: Ph.D. Thesis, University of London, London, Engeland, 1978.