Ultradźwiękowa ekstrakcja i konserwacja

Ekstrakcja i konserwacja ultradźwiękowa polega na wykorzystaniu mocy ultradźwięków do dezintegracji struktur komórkowych (lizy). Rozbijanie komórek za pomocą ultradźwięków prowadzi do wysoce efektywnej ekstrakcji związków wewnątrzkomórkowych oraz inaktywacji drobnoustrojów. Ze względu na liczne zalety, ultradźwięki są szeroko stosowane do ekstrakcji i konserwacji w przemyśle spożywczym. Dowiedz się więcej o korzyściach płynących z ekstrakcji ultradźwiękowej i przetwarzania żywności!

Ultradźwięki mocy do ekstrakcji i konserwacji żywności i składników roślinnych

Ultradźwiękowy ekstrakcji: Ekstrakcja ultradźwiękowa to proces wykorzystujący fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do ekstrakcji związków z różnych materiałów, takich jak rośliny, owoce i warzywa. Proces polega na wykorzystaniu fal ultradźwiękowych do wytworzenia w ciekłym lub półstałym materiale pęcherzyków pod wysokim ciśnieniem, które zapadają się gwałtownie, wytwarzając intensywne ciepło i ciśnienie, które powoduje przerwanie ścian komórkowych materiału i uwolnienie pożądanych związków.

Zasada działania ultradźwiękowej ekstrakcji i konserwacji

Podstawowa zasada ekstrakcji ultradźwiękowej opiera się na zjawisku znanym jako kawitacja akustyczna. Gdy ciecz jest poddawana działaniu fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu i niskiej częstotliwości (ok. 20 kHz), generuje ona fale ciśnieniowe, które tworzą w niej drobne pęcherzyki próżniowe. Pęcherzyki te zwiększają swoją wielkość wraz ze wzrostem natężenia ultradźwięków, a gdy osiągną określony rozmiar, zapadają się nagle i gwałtownie, generując falę uderzeniową i uwalniając energię w postaci ciepła i ciśnienia.
Proces ten powoduje mechaniczne przerwanie ścian komórkowych, uwalniając pożądane związki z materiału do ciekłego rozpuszczalnika. Uwolnione związki mogą być następnie oddzielone od rozpuszczalnika przy użyciu standardowych technik separacji, takich jak filtracja lub wirowanie.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowa ekstrakcja wsadowa alkaloidów z materiału roślinnego przy użyciu sondy ultradźwiękowej UP400St.

ultrasonator UP400St do wydajnej nietermicznej ekstrakcji materiału roślinnego.

Konserwacja ultradźwiękowa: Konserwacja ultradźwiękowa opiera się na tych samych efektach kawitacyjnych, co ekstrakcja ultradźwiękowa. Do konserwacji stosuje się ultradźwięki mocy w celu przedłużenia okresu przydatności do spożycia łatwo psującej się żywności poprzez wykorzystanie fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości do hamowania wzrostu mikroorganizmów powodujących psucie się żywności. Proces polega na wystawieniu żywności na działanie fal ultradźwiękowych, które zakłócają ściany komórkowe bakterii, drożdży i pleśni, co prowadzi do ich zniszczenia lub zahamowania.
Proces ten powoduje mechaniczne przerwanie ścian komórkowych mikroorganizmów, co prowadzi do ich zniszczenia lub zahamowania. Fale ultradźwiękowe mogą również zwiększać przepuszczalność błon komórkowych, umożliwiając konserwantom i innym środkom przeciwdrobnoustrojowym wnikanie i skuteczniejsze zabijanie mikroorganizmów.
Konserwacja ultradźwiękowa jest preferowana w stosunku do tradycyjnych metod konserwacji, ponieważ oferuje kilka korzyści, takich jak krótszy czas przetwarzania, wyższa wydajność i zdolność do zachowania naturalnych właściwości i smaków żywności. Stosuje się ją w szerokim zakresie produktów spożywczych, takich jak sosy, soki, produkty mleczne, jaja i mięso, aby przedłużyć ich trwałość i zapewnić bezpieczeństwo.

Technika ekstrakcji i konserwacji ultradźwiękowej jest preferowana w stosunku do tradycyjnych metod ekstrakcji i konserwacji, ponieważ oferuje kilka zalet, takich jak szybsze tempo ekstrakcji, doskonała jakość produktu, wyższa wydajność, czysto mechaniczna obróbka nietermiczna i zdolność do ekstrakcji szerszego zakresu związków. Stosowana jest w wielu gałęziach przemysłu, takich jak żywność i napoje, farmaceutyki i kosmetyki.

Ultradźwiękowa ekstrakcja botaniczna daje większe plony. Homogenizator Hielscher UIP2000hdT o mocy 2000 W jest wystarczająco mocny, aby łatwo ekstrahować partie od 10 litrów do 120 litrów.

Ultradźwiękowa ekstrakcja składników roślinnych - 30 litrów / 8 galonów wsadu

Miniatura wideo

Mocna kawitacja ultradźwiękowa w Hielscher Cascatrode

Silna kawitacja ultradźwiękowa przy Kaskada Hielscher UIP1000hdT

Ultradźwiękowa ekstrakcja białek i enzymów

W szczególności ekstrakcja enzymów i białek przechowywanych w komórkach i cząstkach subkomórkowych stanowi unikalne i skuteczne zastosowanie ultradźwięków o wysokiej intensywności, ponieważ ekstrakcja związków organicznych zawartych w ciele roślin i nasion przez rozpuszczalnik może być znacznie ulepszona. Dlatego ultradźwięki mają potencjalne korzyści w ekstrakcji i izolacji nowych potencjalnie bioaktywnych składników, np. z niewykorzystanych strumieni produktów ubocznych powstałych w obecnych procesach. Ultradźwięki mogą również pomóc zintensyfikować efekty obróbki enzymatycznej, a przez to zmniejszyć ilość potrzebnego enzymu lub zwiększyć wydajność ekstrakcji odpowiednich związków.

Ultradźwiękowa ekstrakcja lipidów i białek

Ultradźwięk jest często używany do poprawy ekstrakcji lipidów i białek z nasion roślin, takich jak soja (np. mąka lub odtłuszczonych soi) lub inne nasiona oleiste. W tym przypadku zniszczenia ścian komórkowych ułatwia prasowanie (zimne lub gorące) i tym samym czacie zmniejsza pozostały olej lub tłuszcz w makuchu.

Wpływ ciągłej ekstrakcji ultradźwiękowej na wydajność zdyspergowanego białka wykazali Moulton i wsp. Sonikacja zwiększała stopniowo odzysk zdyspergowanego białka w miarę zmiany stosunku płatków do rozpuszczalnika z 1:10 do 1:30. Wykazano, że ultradźwięki są zdolne do peptyzacji białka sojowego przy niemal dowolnej przepustowości handlowej, a wymagana energia sonikacji była najniższa, gdy stosowano gęstsze zawiesiny.

Izolacja ultradźwiękowa związków fenolowych i antocyjanów

Enzymy, takie jak pektynazy, celulazy i hemicelulazy są powszechnie stosowane w przetwarzaniu soku do degradacji ścian komórkowych i poprawy izolacji soku. Zakłócenie matrycy ściany komórkowej również uwalnia składniki do soku, takie jak związki fenolowe. Ultradźwięk poprawia proces ekstrakcji i dlatego może doprowadzić do wzrostu fenolowych związek, alkaloidów i wydajności soku, który pozostaje normalnie w makuchu.

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. “Stosowanie ultradźwiękiem zwiększa stężenie związków fenolowych w soku z czarnych jagód o więcej niż 15%. […] Wpływ ultradźwięku był bardziej znaczący przy czarnych porzeczkach, przy których przetwarzanie soku jest trudniejsze niż przy borówce z powodu ich wysokiej zawartości pektyny i odmiennej architektury ścian komórkowych. […] stężenie związków fenolowych w soku wzrosła o 15-25% po inkubacji enzymów przy użyciu ultradźwięku.” (por. Mokkila i in., 2004)
 

W tej prezentacji przedstawiamy produkcję ekstraktów botanicznych. Wyjaśniamy wyzwania związane z produkcją wysokiej jakości ekstraktów botanicznych oraz w jaki sposób sonikator może pomóc w przezwyciężeniu tych wyzwań. Ta prezentacja pokaże, jak działa ekstrakcja ultradźwiękowa. Dowiesz się, jakich korzyści możesz oczekiwać, używając sonikatora do ekstrakcji i jak możesz wdrożyć ekstraktor ultradźwiękowy do produkcji ekstraktu.

Ultradźwiękowa ekstrakcja botaniczna - jak używać sonikatorów do ekstrakcji związków botanicznych

Miniatura wideo

 

Przemysłowy ultradźwiękowiec sondowy UIP6000hdT (6kW, 20kHz) z reaktorem z komórką przepływową do ciągłej obróbki ultradźwiękowej cieczy i past o dużej przepustowości.

Ultradźwiękowiec UIP6000hdT w przemysłowej instalacji ciągłego wydobycia.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Inaktywacja drobnoustrojów i enzymów

Inaktywacja drobnoustrojów i enzymówInaktywacja (konserwacja) mikroorganizmów i enzymów, np. w sokach owocowych i sosach, to kolejne zastosowanie ultradźwięków w przetwórstwie żywności. Obecnie, konserwacja poprzez podniesienie temperatury na krótki okres czasu (pasteryzacja) jest nadal najbardziej powszechną metodą przetwarzania w celu inaktywacji mikroorganizmów i enzymów, co prowadzi do wydłużenia okresu trwałości (konserwacji). Ze względu na ekspozycję na wysoką temperaturę, konwencjonalna pasteryzacja termiczna ma wiele wad dla produktów spożywczych.
Produkcja nowych substancji z reakcji katalizowanego ciepła i zmiany makrocząsteczek oraz deformacji konstrukcji roślin i zwierząt może zmniejszyć utratę jakości. W związku z tym obróbka termiczna może spowodować niepożądane zmiany cech sensorycznych, to znaczy tekstury, smak, kolor, zapach i wartości odżywczych, czyli witaminy i białka. Ultradźwięk jest efektywną alternatywą nietermicznego (minimalnego) przetwarzania.

W przeciwieństwie do konwencjonalnej obróbki cieplnej, konserwacja ultradźwiękowa wykorzystuje energię i siły ścinające kawitacji akustycznej w celu inaktywacji enzymów. Przy odpowiednio niskich poziomach sonikacji w komórkach mogą zachodzić zmiany strukturalne i metaboliczne bez ich niszczenia. Aktywność peroksydazy, która znajduje się w większości surowych i nieblanszowanych owoców i warzyw i może być szczególnie związana z powstawaniem niesmaku i brązowienia pigmentów, może być znacznie zmniejszona przez zastosowanie ultradźwięków. Enzymy termoodporne, takie jak lipaza i proteaza, które wytrzymują obróbkę w ultrawysokiej temperaturze i które mogą obniżać jakość i okres przydatności do spożycia mleka poddanego obróbce termicznej i innych produktów mlecznych, mogą być inaktywowane bardziej efektywnie przez jednoczesne zastosowanie ultradźwięków, ciepła i ciśnienia (MTS).

Ultradźwięki wykazały swój potencjał w niszczeniu patogenów przenoszonych przez żywność, takich jak E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, cysty Cryptosporidium i Poliovirus.

Zastosowanie: konserwacja dżemów, marmolad lub polew, soków i sosów owocowych, produktów mięsnych, nabiału i lodów.
 

Ultradźwiękowe homogenizatory Hielscher mogą homogenizować i pasteryzować płynne produkty jajeczne (całe jaja, białka, żółtka), aby zapewnić bezpieczeństwo żywności i stabilność mechaniczną. Homogenizatory ultradźwiękowe Hielscher dostarczają intensywnej kawitacji i wysokich sił ścinających, aby zabić mikroby. Pasteryzacja ultradźwiękowa jest bardzo skuteczną i wydajną alternatywą pasteryzacji w niskiej temperaturze. Płynne jaja pasteryzowane za pomocą ultradźwięków wykazują mniejszą denaturację białek, mniejszą utratę smaku, lepszą jednorodność i znacznie wyższą efektywność energetyczną.

Homogenizacja i pasteryzacja jaj w płynie z zastosowaniem ultradźwięków o dużej mocy przy użyciu ultradźwiękowca UP400ST

Miniatura wideo

 

Synergia ultradźwięku z temperaturą i ciśnieniem

Ultradźwięki są często bardziej skuteczne w połączeniu z innymi drobnoustrojowymi metodami, takie jak:

  • Thermo sonikacja, czyli ciepło i ultradźwięki
  • Mano sonikacja, czyli ciśnienie i ultradźwięki
  • Mano-thermo sonikacja, czyli ciśnienie, ciepło i ultradźwięk

Łączne zastosowanie ultradźwięków z ciepłem i/lub ciśnieniem jest zalecane w przypadku Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae i Aeromonas hydrophila.

Ultradźwięki a inne techniki konserwacji żywności

W przeciwieństwie do innych procesów termicznych i nietermicznych, takich jak homogenizacja pod wysokim ciśnieniem, pasteryzacja termiczna, wysokie ciśnienie hydrostatyczne (HP), sprężony dwutlenek węgla (cCO2) i nadkrytyczny dwutlenek węgla (ScCO2), wysokie impulsy pola elektrycznego (HELP) lub mikrofale, ultradźwięki można łatwo przetestować w skali laboratoryjnej lub stołowej – generując powtarzalne wyniki w celu zwiększenia skali. Intensywność i charakterystykę kawitacji można łatwo dostosować do konkretnego procesu ekstrakcji, aby osiągnąć określone cele. Amplitudę i ciśnienie można zmieniać w szerokim zakresie, np. w celu określenia najbardziej energooszczędnej konfiguracji ekstrakcji.

Inne zalety związane z zastosowaniem ultradźwiękowej ekstrakcji sondą to: łatwe postępowanie z ekstraktem, szybkie wykonanie, brak pozostałości, wysoka wydajność, przyjazność dla środowiska, podwyższona jakość i zapobieganie degradacji ekstraktu.
(por. Chemat i in., 2011)

Zalety ultradźwiękowego przetwarzania żywności
 

  • pełniejsze ekstrakcji
  • Konserwacja nietermiczna
  • wyższe plony
  • Wysoka zawartość składników odżywczych, najwyższa jakość żywności
  • szybki proces
  • Proces zimny / nietermiczny
  • Łatwa i bezpieczna eksploatacja
  • Niskie koszty utrzymania
Sondy ultradźwiękowe są bardzo skuteczne w nietermicznej ekstrakcji grzybów leczniczych takich jak Chaga. Ten film demonstruje szybką, pełną spektrum ekstrakcję z Chaga przy użyciu ultradźwiękowego urządzenia UP100H.

Ekstrakcja grzybów - Ekstrakcja grzybów Chaga na zimno przy użyciu ultradźwięków

Miniatura wideo

Wysokowydajne ultradźwiękowce do ekstrakcji i preseracji

Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne ultradźwięki do efektywnej ekstrakcji i konserwacji. Zastosowanie urządzeń ultradźwiękowych Hielscher do ekstrakcji i konserwacji żywności jest potężną technologią przetwarzania, która może być stosowana nie tylko bezpiecznie i ekologicznie, ale również wydajnie i ekonomicznie. Efekt homogenizacji i konserwacji może być łatwo wykorzystany do każdego płynnego lub pastowatego produktu spożywczego, w tym do soków i przecierów owocowych (np. pomarańcza, jabłko, grejpfrut, mango, winogrono, śliwka), jak również do sosów i zup warzywnych (np. sos pomidorowy lub zupa szparagowa), nabiału, jaj i mięsa.
Nasze portfolio homogenizatorów i ekstraktorów ultradźwiękowych obejmuje zarówno ręczne, przenośne urządzenia, jak i w pełni przemysłowe systemy produkcyjne do przetwarzania w linii dużych ilości produktów na skalę komercyjną.

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki firmy Hielscher są znane z najwyższej jakości i standardów konstrukcyjnych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwięków z obiektami przemysłowymi. Surowe warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na ultradźwięki o wysokiej wydajności, charakteryzujące się najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
0.5-1,5 mL b.d. VialTweeter
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
15 do 150L 3 do 15L/min UIP6000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / materiały źródłowe

Fakty Warto wiedzieć

Dezintegracja ultradźwiękowa komórkowych

Pod wpływem intensywnej sonikacji enzymy lub białka mogą być uwalniane z komórek lub organelli subkomórkowych w wyniku dezintegracji komórki. W tym przypadku związek, który ma być rozpuszczony w rozpuszczalniku jest zamknięty w nierozpuszczalnej strukturze. W celu jego wydobycia należy zniszczyć błonę komórkową. Rozbijanie komórki jest procesem wrażliwym, ponieważ zdolność ściany komórkowej do wytrzymania wysokiego ciśnienia osmotycznego wewnątrz. Wymagana jest dobra kontrola procesu rozrywania komórki, aby uniknąć niezakłóconego uwolnienia wszystkich produktów wewnątrzkomórkowych, w tym resztek komórkowych i kwasów nukleinowych, lub denaturacji produktu.
Ultradźwięki służą jako środki dobrze do kontrolowania do dezintegracji komórek. W tym celu mechaniczne skutki ultradźwięków zapewniają szybsze i dokładniejsze przenikanie rozpuszczalnika do materiałów komórkowych i poprawia transfer masy. Ultrasonografia zapewnia większą penetrację rozpuszczalnika do tkanki roślinnej i poprawia transfer masy. Fale ultradźwiękowe generując kawitację zakłócają ściany komórkowe i ułatwiają uwalnianie składników matrycy.

Ultrasonograficznie poprawiony transfer masy sprzyja ekstrakcji.

Ogólnie rzecz biorąc, ultradźwięki mogą prowadzić do permeabilizacji błon komórkowych dla jonów i mogą znacznie zmniejszyć ich selektywność. Mechaniczna aktywność ultradźwięków wspomaga dyfuzję rozpuszczalników do tkanek. Ponieważ ultradźwięki rozbijają mechanicznie ścianę komórkową przez kawitacyjne siły ścinające, ułatwiają transfer z komórki do rozpuszczalnika. Zmniejszenie rozmiaru cząstek przez kawitację ultradźwiękową zwiększa powierzchnię kontaktu między fazą stałą a ciekłą.

Ultradźwiękowa liza i inaktywacja E.coli

Do produkcji niewielkich ilości rekombinowanych białek w celu zbadania i scharakteryzowania ich właściwości biologicznych wybiera się bakterię E.coli. Znaczniki oczyszczające, np. ogon polihistydyny, beta-galaktozydaza lub białka wiążące maltozę, są powszechnie dołączane do rekombinowanych białek, aby można je było oddzielić od ekstraktów komórkowych z czystością wystarczającą do większości celów analitycznych. Ultrasonizacja pozwala na maksymalne uwolnienie białka, w szczególności gdy wydajność produkcji jest niska oraz na zachowanie struktury i aktywności rekombinowanego białka.

Utlenianie ultradźwiękowe

Przy kontrolowanej intensywności, zastosowanie ultradźwięków do biotransformacji i fermentacji może skutkować usprawnieniem bioprocesu, dzięki indukowanym efektom biologicznym oraz ułatwionemu transferowi masy komórkowej. Wpływ kontrolowanego zastosowania ultradźwięków (20kHz) na utlenianie cholesterolu do cholestenonu przez spoczynkowe komórki Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (dawniej Nocardia erythropolis) badał Bar (1987).
System ten jest typowy dla mikrobiologicznych przemian steroli i steroidów, ponieważ substraty i produkty są nierozpuszczalnymi w wodzie substancjami stałymi. Dlatego też system ten jest raczej wyjątkowy, ponieważ zarówno komórki, jak i ciała stałe mogą być poddane działaniu ultradźwięków. Przy wystarczająco niskim natężeniu ultradźwięków, które zachowywało integralność strukturalną komórek i utrzymywało ich aktywność metaboliczną, Bar zaobserwował znaczące zwiększenie szybkości kinetycznej biotransformacji w zawiesinach mikrobiologicznych 1,0 i 2,5 g/L cholesterolu, gdy sonikowano je przez 5s co 10mn z mocą wyjściową 0,2W/cm². Ultradźwięki nie wykazały wpływu na enzymatyczne utlenianie cholesterolu (2,5g/L) przez oksydazę cholesterolową.


Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Paleta produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.


Chętnie porozmawiamy o Państwa procesie.

Skontaktujmy się.