Extração e conservação por ultra-sons

A extração e conservação por ultra-sons utiliza ultra-sons de potência para a desintegração das estruturas celulares (lise). Quebrar células com ultra-sons rersults em extração altamente eficiente de compostos intra-celulares, bem como a inativação microbiana. Devido a inúmeras vantagens, ultrassom é amplamente utilizado para a extração e preservação na indústria alimentar. Saiba mais sobre os benefícios da extração ultra-sônica e processamento de alimentos!

Ultra-sons de potência para a extração e preservação de alimentos e plantas

Extração por ultra-sons: A extração por ultra-sons é um processo que utiliza ondas sonoras de alta frequência para extrair compostos de uma variedade de materiais, tais como plantas, frutos e vegetais. O processo envolve a utilização de ondas ultra-sónicas para criar bolhas de alta pressão num material líquido ou semi-sólido, que colapsam rapidamente, gerando calor e pressão intensos que rompem as paredes celulares do material e libertam os compostos desejados.

O princípio de funcionamento da extração e conservação por ultra-sons

O princípio básico da extração por ultra-sons baseia-se no fenómeno conhecido como cavitação acústica. Quando um líquido é exposto a ondas ultra-sónicas de alta intensidade e baixa frequência (aprox. 20 kHz), gera ondas de pressão que criam pequenas bolhas de vácuo no líquido. Estas bolhas aumentam de tamanho à medida que a intensidade dos ultra-sons aumenta e, quando atingem um determinado tamanho, colapsam súbita e violentamente, gerando uma onda de choque e libertando energia sob a forma de calor e pressão.
Este processo provoca a rutura mecânica das paredes celulares, libertando os compostos desejados do material para o solvente líquido. Os compostos libertados podem então ser separados do solvente utilizando técnicas de separação normais, como a filtração ou a centrifugação.

 
Preservação por ultra-sons: A conservação por ultra-sons baseia-se nos mesmos efeitos cavitacionais que a extração por ultra-sons. Para a conservação, os ultra-sons de potência são aplicados para prolongar o prazo de validade dos alimentos perecíveis, utilizando ondas sonoras de alta frequência para inibir o crescimento de microrganismos que causam a deterioração. O processo envolve a exposição dos alimentos a ondas ultra-sónicas que perturbam as paredes celulares das bactérias, leveduras e bolores, levando à sua destruição ou inibição.
Este processo provoca a rutura mecânica das paredes celulares dos microrganismos, levando à sua destruição ou inibição. As ondas ultra-sónicas também podem aumentar a permeabilidade das membranas celulares, permitindo que os conservantes e outros agentes antimicrobianos penetrem e matem os microrganismos de forma mais eficaz.
A conservação por ultra-sons é preferida aos métodos tradicionais de conservação porque oferece várias vantagens, tais como um tempo de processamento mais curto, uma maior eficiência e a capacidade de preservar as propriedades naturais e os sabores dos alimentos. É utilizada numa vasta gama de produtos alimentares, como molhos, sumos, produtos lácteos, ovos e carne, para prolongar o seu prazo de validade e garantir a sua segurança.

A técnica de extração e conservação por ultra-sons é preferida aos métodos tradicionais de extração e conservação porque oferece várias vantagens, tais como taxas de extração mais rápidas, excelente qualidade do produto, maior rendimento, tratamento puramente mecânico não térmico e a capacidade de extrair uma gama mais vasta de compostos. É utilizada numa vasta gama de indústrias, como a alimentar e de bebidas, a farmacêutica e a cosmética.

Extração de proteínas e enzimas por ultra-sons

Em particular, a extração de enzimas e proteínas armazenadas em células e partículas subcelulares é uma aplicação única e eficaz dos ultra-sons de alta intensidade, uma vez que a extração de compostos orgânicos contidos no corpo de plantas e sementes por um solvente pode ser significativamente melhorada. Por conseguinte, os ultra-sons têm um benefício potencial na extração e isolamento de novos componentes potencialmente bioactivos, por exemplo, a partir de fluxos de subprodutos não utilizados formados nos processos actuais. Os ultra-sons também podem ajudar a intensificar os efeitos do tratamento enzimático, reduzindo assim a quantidade de enzima necessária ou aumentando o rendimento de compostos relevantes extraíveis.

Extração ultra-sónica de lípidos e proteínas

Ultrasonication é frequentemente utilizado para melhorar a extração de lípidos e proteínas a partir de sementes de plantas, tais como grãos de soja (por exemplo, farinha ou soja desengordurada) ou outras sementes oleaginosas. Neste caso, a destruição das paredes celulares facilita a prensagem (a frio ou a quente), reduzindo assim o óleo ou a gordura residual no bolo de prensagem.

A influência da extração ultra-sónica contínua para o rendimento de proteína dispersa foi demonstrada por Moulton et al. A sonicação aumentou a recuperação de proteína dispersa progressivamente como a proporção de flocos/solvente mudou de 1:10 para 1:30. Mostrou que o ultrassom é capaz de peptize proteína de soja em quase qualquer rendimento comercial e que a energia de sonicação necessária foi o mais baixo, quando as pastas mais espessas foram utilizados.

Isolamento ultrassónico de compostos fenólicos e antocianinas

As enzimas, tais como as pectinases, as celulases e as hemicelulases, são amplamente utilizadas no processamento de sumos para degradar as paredes celulares e melhorar a capacidade de extração do sumo. A rutura da matriz da parede celular também liberta componentes, como os compostos fenólicos, no sumo. Os ultra-sons melhoram o processo de extração e, por conseguinte, podem levar a um aumento dos compostos fenólicos, dos alcalóides e do rendimento do sumo, normalmente deixados no bolo de prensagem.

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. “O tratamento US aumenta a concentração de compostos fenólicos do sumo de mirtilo em mais de 15%. […] A influência do US (ultrassom) foi mais significativa com as groselhas pretas, que são bagas mais difíceis de processar em sumo do que os mirtilos, devido ao seu elevado teor de pectina e à diferente arquitetura da parede celular. […...] a concentração de compostos fenólicos no sumo aumentou em 15-25% utilizando o tratamento com US (ultra-sons) após a incubação da enzima.” (cf. Mokkila et al., 2004)
 

Inativação microbiana e enzimática

A inativação microbiana e enzimática (preservação), por exemplo, em sumos de fruta e molhos, é outra aplicação dos ultra-sons no processamento de alimentos. Atualmente, a conservação por elevação da temperatura durante curtos períodos de tempo (pasteurização) continua a ser o método de processamento mais comum para a inativação microbiana ou enzimática que conduz a um prazo de validade mais longo (conservação). Devido à exposição a altas temperaturas, a pasteurização térmica convencional apresenta muitas vezes desvantagens para os produtos alimentares.
A produção de novas substâncias a partir de reacções catalisadas pelo calor e a modificação de macromoléculas, bem como a deformação de estruturas vegetais e animais, podem reduzir a perda de qualidade. Portanto, o tratamento térmico pode causar alterações indesejáveis dos atributos sensoriais, ou seja, textura, sabor, cor, cheiro e qualidades nutricionais, ou seja, vitaminas e proteínas. O ultrassom é uma alternativa eficiente de processamento não térmico (mínimo).

Ao contrário dos tratamentos térmicos convencionais, a conservação por ultra-sons utiliza a energia e as forças de cisalhamento da cavitação acústica para inativar as enzimas. A níveis suficientemente baixos de sonicação, podem ocorrer alterações estruturais e metabólicas nas células sem que estas sejam destruídas. A atividade da peroxidase, que se encontra na maioria dos frutos e vegetais crus e não branqueados e que pode estar particularmente associada ao desenvolvimento de sabores desagradáveis e pigmentos acastanhados, pode ser reduzida substancialmente pela utilização de ultra-sons. As enzimas termorresistentes, como a lipase e a protease, que resistem ao tratamento a temperaturas ultra-altas e que podem reduzir a qualidade e o prazo de validade do leite tratado termicamente e de outros produtos lácteos, podem ser inactivadas de forma mais eficaz pela aplicação simultânea de ultra-sons, calor e pressão (MTS).

Os ultra-sons demonstraram o seu potencial na destruição de agentes patogénicos de origem alimentar, como E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, cistos de Cryptosporidium e Poliovírus.

Aplicável a: conservação de compotas, marmeladas ou coberturas, sumos e molhos de fruta, produtos à base de carne, produtos lácteos e gelados.
 

Sinergias de ultra-sons com temperatura e pressão

A ultrassonografia é frequentemente mais eficaz quando combinada com outros métodos antimicrobianos, tais como

• termo-sonicação, ou seja, calor e ultra-sons
• mano-sonicação, ou seja, pressão e ultra-sons
• mano-termo-sonicação, ou seja, pressão, calor e ultra-sons

A aplicação combinada de ultra-sons com calor e/ou pressão é recomendada para Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae e Aeromonas hydrophila.

Ultra-sons versus outras técnicas de conservação de alimentos

Ao contrário de outros processos térmicos e não térmicos, como a homogeneização a alta pressão, a pasteurização por calor, o processamento a alta pressão (HPP), o dióxido de carbono comprimido (cCO2) e o dióxido de carbono supercrítico (ScCO2), os impulsos de campo elétrico elevado (HELP) ou as micro-ondas, os ultra-sons podem ser facilmente testados em laboratório ou à escala de bancada – gerando resultados reprodutíveis para aumento de escala. A intensidade e as caraterísticas da cavitação podem ser facilmente adaptadas ao processo de extração específico para atingir objectivos específicos. A amplitude e a pressão podem ser variadas numa vasta gama, por exemplo, para identificar a configuração de extração mais eficiente em termos energéticos.

Outras vantagens associadas à utilização da extração por sonda ultra-sónica são a facilidade de manuseamento do extrato, a rapidez de execução, a ausência de resíduos, o elevado rendimento, o respeito pelo ambiente, a melhoria da qualidade e a prevenção da degradação do extrato.
(cf. Chemat et al., 2011)

Ultrasonicators de alto desempenho para extração e Preseravation

Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui ultrasonicators de alto desempenho para extração eficiente e preservação. A utilização de equipamento de ultra-sons Hielscher para extração e conservação de alimentos é uma poderosa tecnologia de processamento que não só pode ser aplicada de forma segura e amiga do ambiente, mas também de forma eficiente e económica. O efeito de homogeneização e conservação pode ser facilmente utilizado para qualquer produto alimentar líquido ou pastoso, incluindo sumos e purés de fruta (por exemplo, laranja, maçã, toranja, manga, uva, ameixa), bem como para molhos e sopas de vegetais (por exemplo, molho de tomate ou sopa de espargos), produtos lácteos, ovos e carne.
A nossa carteira de homogeneizadores e extractores ultra-sónicos vai desde dispositivos portáteis de mão até sistemas de produção totalmente industriais para o processamento em linha de grandes volumes à escala comercial.

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: