Extração e preservação ultrassônica

A extração e preservação ultrassônica utiliza o uso de ultrassom de potência para a desintegração das estruturas celulares (lise). A quebra de células com ultrassom resulta na extração altamente eficiente de compostos intracelulares, bem como na inativação microbiana. Devido às inúmeras vantagens, a ultrassonografia é amplamente utilizada para extração e preservação na indústria alimentícia. Saiba mais sobre os benefícios da extração ultrassônica e do processamento de alimentos!

Ultrassom de potência para extração e preservação de alimentos e produtos botânicos

Extração ultrassônica: A extração ultrassônica é um processo que usa ondas sonoras de alta frequência para extrair compostos de uma variedade de materiais, como plantas, frutas e vegetais. O processo envolve o uso de ondas ultrassônicas para criar bolhas de alta pressão em um material líquido ou semissólido, que colapsam rapidamente, gerando calor e pressão intensos que rompem as paredes celulares do material e liberam os compostos desejados.

O princípio de funcionamento da extração e preservação ultrassônica

O princípio básico por trás da extração ultrassônica é baseado no fenômeno conhecido como cavitação acústica. Quando um líquido é exposto a ondas ultrassônicas de alta intensidade e baixa frequência (aprox. 20 kHz), ele gera ondas de pressão que criam pequenas bolhas de vácuo no líquido. Essas bolhas crescem de tamanho à medida que a intensidade do ultrassom aumenta e, quando atingem um determinado tamanho, colapsam repentina e violentamente, gerando uma onda de choque e liberando energia na forma de calor e pressão.
Esse processo causa ruptura mecânica das paredes celulares, liberando os compostos desejados do material para o solvente líquido. Os compostos liberados podem então ser separados do solvente usando técnicas de separação padrão, como filtração ou centrifugação.

 
Preservação ultrassônica: A preservação ultrassônica é baseada nos mesmos efeitos cavitacionais da extração ultrassônica. Para preservação, o ultrassom de potência é aplicado para prolongar a vida útil de alimentos perecíveis usando ondas sonoras de alta frequência para inibir o crescimento de microrganismos que causam deterioração. O processo envolve a exposição do alimento a ondas ultrassônicas que perturbam as paredes celulares de bactérias, leveduras e bolores, levando à sua destruição ou inibição.
Esse processo causa ruptura mecânica das paredes celulares dos microrganismos, levando à sua destruição ou inibição. As ondas ultrassônicas também podem aumentar a permeabilidade das membranas celulares, permitindo que conservantes e outros agentes antimicrobianos penetrem e matem os microrganismos de forma mais eficaz.
A preservação ultrassônica é preferida aos métodos tradicionais de preservação porque oferece várias vantagens, como menor tempo de processamento, maior eficiência e capacidade de preservar as propriedades e sabores naturais dos alimentos. É usado em uma ampla gama de produtos alimentícios, como molhos, sucos, laticínios, ovos e carnes para prolongar sua vida útil e garantir sua segurança.

A técnica de extração e preservação ultrassônica é preferida aos métodos tradicionais de extração e preservação porque oferece várias vantagens, como taxas de extração mais rápidas, excelente qualidade do produto, maior rendimento, tratamento não térmico puramente mecânico e a capacidade de extrair uma gama mais ampla de compostos. É usado em uma ampla gama de indústrias, como alimentos e bebidas, produtos farmacêuticos e cosméticos.

Extração ultrassônica de proteínas e enzimas

Em particular, a extração de enzimas e proteínas armazenadas em células e partículas subcelulares é uma aplicação única e eficaz do ultrassom de alta intensidade, pois a extração de compostos orgânicos contidos no corpo de plantas e sementes por um solvente pode ser significativamente melhorada. Portanto, o ultrassom tem um benefício potencial na extração e isolamento de novos componentes potencialmente bioativos, por exemplo, de fluxos de subprodutos não utilizados formados nos processos atuais. O ultrassom também pode ajudar a intensificar os efeitos do tratamento enzimático e, com isso, reduzir a quantidade de enzima necessária ou aumentar o rendimento de compostos relevantes extraíveis.

Extração ultrassônica de lipídios e proteínas

A ultrassonografia é frequentemente usada para melhorar a extração de lipídios e proteínas de sementes de plantas, como soja (por exemplo, farinha ou soja desengordurada) ou outras sementes oleaginosas. Nesse caso, a destruição das paredes celulares facilita a prensagem (fria ou quente) e, assim, reduz o óleo ou gordura residual na torta de prensagem.

A influência da extração ultrassônica contínua no rendimento da proteína dispersa foi demonstrada por Moulton et al. A sonicação aumentou a recuperação da proteína dispersa progressivamente à medida que a relação floco/solvente mudou de 1:10 para 1:30. Ele mostrou que o ultrassom é capaz de peptizar a proteína de soja em quase qualquer rendimento comercial e que a energia de sonicação necessária foi a mais baixa, quando pastas mais espessas foram usadas.

Isolamento ultrassônico de compostos fenólicos e antocianinas

Enzimas, como pectinases, celulases e hemicelulases, são amplamente utilizadas no processamento de suco, a fim de degradar as paredes celulares e melhorar a extraticidade do suco. A ruptura da matriz da parede celular também libera componentes, como compostos fenólicos, no suco. O ultrassom melhora o processo de extração e, portanto, pode levar a um aumento no composto fenólico, alcalóides e rendimento de suco, comumente deixados na torta 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 com US aumenta a concentração de compostos fenólicos do suco de mirtilo em mais de 15%. […] A influência do US (ultrassom) foi mais significativa com a groselha preta, que são bagas mais desafiadoras no processamento de suco do que os mirtilos devido ao seu alto teor de pectina e arquitetura de parede celular diferente. […] a concentração de compostos fenólicos no suco aumentou em 15-25% usando o tratamento de US (ultrassom) após a incubação da enzima.” (cf. Mokkila et al., 2004)
 

Inativação microbiana e enzimática

A inativação microbiana e enzimática (preservação), por exemplo, em sucos e molhos de frutas, é outra aplicação do ultrassom no processamento de alimentos. Hoje, a preservação por elevação da temperatura por curtos períodos de tempo (pasteurização) ainda é o método de processamento mais comum para inativação microbiana ou enzimática que leva a uma vida útil mais longa (preservação). Devido à exposição à alta temperatura, a pasteurização térmica convencional muitas vezes traz desvantagens para os produtos alimentícios.
A produção de novas substâncias a partir de reações catalisadas por calor e a modificação de macromoléculas, bem como a deformação de estruturas vegetais e animais, podem reduzir em perda de qualidade. Portanto, o tratamento térmico pode causar alterações indesejáveis de 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).

Em contraste com os tratamentos térmicos convencionais, a preservação ultrassônica usa a energia e as forças de cisalhamento da cavitação acústica para inativar as enzimas. Em níveis suficientemente baixos de sonicação, mudanças estruturais e metabólicas podem ocorrer nas células sem sua destruição. A atividade da peroxidase, que é encontrada na maioria das frutas e vegetais crus e não branqueados e pode estar particularmente associada ao desenvolvimento de sabores estranhos e pigmentos de escurecimento, pode ser reduzida substancialmente pelo uso de ultrassom. Enzimas termorresistentes, como lipase e protease, que resistem ao tratamento em temperaturas ultra-altas e que podem reduzir a qualidade e a vida útil do leite tratado termicamente e de outros produtos lácteos, podem ser inativadas de forma mais eficaz pela aplicação simultânea de ultrassom, calor e pressão (MTS).

O ultrassom demonstrou seu potencial na destruição de patógenos transmitidos por alimentos, como E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, cistos de Cryptosporidium e poliovírus.

Aplicável a: conservação de geléias, marmeladas ou coberturas, sucos e molhos de frutas, produtos cárneos, laticínios e sorvetes.
 

Sinergias do Ultrassom com Temperatura e Pressão

A ultrassonografia costuma ser mais eficaz quando combinada com outros métodos antimicrobianos, como:

• termo-sonicação, ou seja, calor e ultrassom
• mano-sonicação, ou seja, pressão e ultrassom
• mano-termo-sonicação, ou seja, pressão, calor e ultrassom

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

Ultrassom vs Outras Técnicas de Preservação de Alimentos

Ao contrário de outros processos térmicos e não térmicos, como homogeneização de alta pressão, pasteurização por calor, alta pressão hidrostática (HP), dióxido de carbono comprimido (cCO2) e dióxido de carbono supercrítico (ScCO2), pulsos de alto campo elétrico (HELP) ou micro-ondas, o ultrassom pode ser facilmente testado em laboratório ou em escala de bancada – gerando resultados reprodutíveis para aumento de escala. A intensidade e as características de cavitação podem ser facilmente adaptadas ao processo de extração específico para atingir objetivos específicos. A amplitude e a pressão podem ser variadas em uma ampla faixa, por exemplo, para identificar a configuração de extração mais eficiente em termos energéticos.

Outras vantagens associadas ao uso de extração do tipo sonda ultrassônica são o fácil manuseio do extrato, execução rápida, sem resíduos, alto rendimento, ecologicamente correto, qualidade aprimorada e prevenção da degradação do extrato.
(cf. Chemat et al., 2011)

Ultrassônicos de alto desempenho para extração e pré-extração

A Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui ultrassônicos de alto desempenho para extração e preservação eficientes. O uso do equipamento ultrassônico Hielscher para extração e preservação de alimentos é uma poderosa tecnologia de processamento que pode não apenas ser aplicada com segurança e ecologicamente correta, mas também de forma eficiente e econômica. O efeito homogeneizador e preservador pode ser facilmente usado para qualquer produto alimentício líquido ou pastoso, incluindo sucos e purês de frutas (por exemplo, laranja, maçã, toranja, manga, uva, ameixa), bem como para molhos e sopas de vegetais (por exemplo, molho de tomate ou sopa de aspargos), laticínios, ovos e carne.
Nosso portfólio de homogeneizadores e extratores ultrassônicos varia de dispositivos portáteis portáteis a sistemas de produção totalmente industriais para o processamento em linha de grandes volumes em escala comercial.

Projeto, Fabricação e Consultoria – Qualidade Made in Germany

Os ultrassônicos Hielscher são conhecidos por seus mais altos padrões de qualidade e design. A robustez e a fácil operação permitem a integração suave de nossos ultrasonicadores em instalações industriais. Condições adversas e ambientes exigentes são facilmente manuseados pelos ultrassônicos Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá ênfase especial aos ultrassônicos de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de uso. Obviamente, os ultrassônicos Hielscher são compatíveis com CE e atendem aos requisitos da UL, CSA e RoHs.

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: