Ультразвуковая экстракция и консервация

Ультразвуковая экстракция и консервация с использованием мощного ультразвука для дезинтеграции клеточных структур (лизис). Разрушение клеток с помощью ультразвука способствует высокоэффективной экстракции внутриклеточных соединений, а также микробной инактивации. Благодаря многочисленным преимуществам, ультразвук широко используется для экстракции и консервации в пищевой промышленности. Узнайте больше о преимуществах ультразвуковой экстракции и пищевой промышленности!

Мощный ультразвук для экстракции и консервирования пищевых и растительных продуктов

Ультразвуковая экстракция: Ультразвуковая экстракция – это процесс, в котором используются высокочастотные звуковые волны для извлечения соединений из различных материалов, таких как растения, фрукты и овощи. Процесс включает в себя использование ультразвуковых волн для создания пузырьков высокого давления в жидком или полутвердом материале, которые быстро разрушаются, генерируя интенсивное тепло и давление, разрушающие клеточные стенки материала и высвобождающие нужные соединения.

Принцип работы ультразвуковой экстракции и консервации

Основной принцип ультразвуковой экстракции основан на явлении, известном как акустическая кавитация. Когда жидкость подвергается воздействию ультразвуковых волн высокой интенсивности и низкой частоты (около 20 кГц), она генерирует волны давления, которые создают в жидкости крошечные пузырьки вакуума. Эти пузырьки увеличиваются в размерах по мере увеличения интенсивности ультразвука, а когда они достигают определенного размера, они внезапно и сильно схлопываются, генерируя ударную волну и высвобождая энергию в виде тепла и давления.
Этот процесс вызывает механическое разрушение клеточных стенок, высвобождая нужные соединения из материала в жидкий растворитель. Затем высвобождающиеся соединения могут быть отделены от растворителя с помощью стандартных методов сепарации, таких как фильтрация или центрифугирование.

 
Ультразвуковая консервация: Ультразвуковая консервация основана на тех же кавитационных эффектах, что и ультразвуковая экстракция. Для консервации применяется силовой ультразвук для продления срока годности скоропортящихся продуктов за счет использования высокочастотных звуковых волн для подавления роста микроорганизмов, вызывающих порчу. Процесс включает в себя воздействие на пищу ультразвуковых волн, которые разрушают клеточные стенки бактерий, дрожжей и плесени, что приводит к их разрушению или угнетению.
Этот процесс вызывает механическое разрушение клеточных стенок микроорганизмов, приводящее к их разрушению или угнетению. Ультразвуковые волны также могут увеличить проницаемость клеточных мембран, позволяя консервантам и другим противомикробным агентам проникать и убивать микроорганизмы более эффективно.
Ультразвуковое консервирование предпочтительнее традиционных методов консервирования, потому что оно имеет ряд преимуществ, таких как более короткое время обработки, более высокая эффективность и способность сохранять естественные свойства и вкус пищи. Он используется в широком спектре пищевых продуктов, таких как соусы, соки, молочные продукты, яйца и мясо, для продления срока их хранения и обеспечения их безопасности.

Ультразвуковой метод экстракции и консервации является предпочтительным по сравнению с традиционными методами экстракции и консервации, поскольку он предлагает ряд преимуществ, таких как более высокая скорость экстракции, отличное качество продукта, более высокий выход, чисто механическая нетермическая обработка и возможность экстракции более широкого спектра соединений. Он используется в самых разных отраслях промышленности, таких как пищевая промышленность и производство напитков, фармацевтика и косметика.

Ультразвуковая экстракция белков и ферментов

В частности, экстракция ферментов и белков, хранящихся в клетках и субклеточных частицах, является уникальным и эффективным применением ультразвука высокой интенсивности, так как экстракция органических соединений, содержащихся в организме растений и семян, с помощью растворителя может быть значительно улучшена. Таким образом, ультразвук имеет потенциальное преимущество в экстракции и выделении новых потенциально биологически активных компонентов, например, из неиспользованных потоков побочных продуктов, образующихся в текущих процессах. Ультразвук также может помочь усилить эффект ферментной терапии, и тем самым уменьшить количество необходимого фермента или увеличить выход экстрагируемых соответствующих соединений.

Ультразвуковая экстракция липидов и белков

Ультразвуковое исследование часто используется для улучшения экстракции липидов и белков из семян растений, таких как соевые бобы (например, мука или обезжиренные соевые бобы) или других масличных семян. В этом случае разрушение клеточных стенок облегчает прессование (холодное или горячее) и тем самым уменьшает остаточное масло или жир в жмыхе.

Влияние непрерывной ультразвуковой экстракции на выход дисперсного белка было продемонстрировано Moulton et al. Ультразвуковая обработка постепенно увеличивала восстановление дисперсного белка по мере изменения соотношения хлопьев/растворителя с 1:10 до 1:30. Исследование показало, что ультразвук способен пептизировать соевый белок практически при любой коммерческой производительности и что требуемая энергия ультразвука была самой низкой при использовании более густых суспензий.

Ультразвуковая изоляция фенольных соединений и антоцианов

Ферменты, такие как пектиназы, целлюлазы и гемицеллюлазы, широко используются в переработке сока для разрушения клеточных стенок и улучшения экстрагируемости сока. Нарушение матрицы клеточной стенки также приводит к высвобождению компонентов, таких как фенольные соединения, попадающие в сок. Ультразвук улучшает процесс экстракции и, следовательно, может привести к увеличению фенольного соединения, алкалоидов и выхода сока, обычно остающихся в жмыхе.

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. “Обработка УЗИ увеличивает концентрацию фенольных соединений черничного сока более чем на 15%. […] Влияние УЗИ (ультразвука) было более значительным в отношении черной смородины, которая представляет собой более сложные ягоды при переработке сока, чем черника, из-за высокого содержания пектина и различной архитектуры клеточных стенок. […] концентрация фенольных соединений в соке увеличивалась на 15-25% при использовании УЗИ (ультразвуковой) обработки после ферментной инкубации.” (ср. Mokkila et al., 2004)
 

Микробная и ферментная инактивация

Микробная и ферментная инактивация (консервация), например, во фруктовых соках и соусах, является еще одним применением ультразвука в пищевой промышленности. В настоящее время консервирование путем повышения температуры в течение коротких периодов времени (пастеризация) по-прежнему является наиболее распространенным методом обработки для инактивации микроорганизмов или ферментов, что приводит к увеличению срока годности (консервации). Из-за воздействия высоких температур традиционная термическая пастеризация часто имеет недостатки для пищевых продуктов.
Производство новых веществ в результате реакций, катализируемых теплом, и модификации макромолекул, а также деформация растительных и животных структур могут привести к потере качества. Таким образом, термическая обработка может привести к нежелательным изменениям органолептических свойств, т.е. текстуры, вкуса, цвета, запаха и питательных качеств, т.е. витаминов и белков. Ультразвук является эффективной альтернативой нетермической (минимальной) обработке.

В отличие от обычной термической обработки, при ультразвуковой консервации используется энергия и силы сдвига акустической кавитации для инактивации ферментов. При достаточно низком уровне ультразвука в клетках могут происходить структурные и метаболические изменения без их разрушения. Активность пероксидазы, которая содержится в большинстве сырых и небланшированных фруктов и овощей и может быть особенно связана с развитием посторонних привкусов и пигментов, может быть значительно снижена с помощью ультразвука. Термостойкие ферменты, такие как липаза и протеаза, которые выдерживают сверхвысокотемпературную обработку и которые могут снизить качество и срок хранения термически обработанного молока и других молочных продуктов, могут быть более эффективно инактивированы при одновременном применении ультразвука, тепла и давления (MTS).

Ультразвук продемонстрировал свой потенциал в уничтожении пищевых патогенов, таких как кишечная палочка, сальмонеллы, аскариды, лямблии, цисты криптоспоридий и полиовирус.

Применимо к: консервации из варенья, мармелада или топпингов, фруктовых соков и соусов, мясных продуктов, молочных продуктов и мороженого.
 

Синергия ультразвука с температурой и давлением

Ультразвуковое исследование часто более эффективно в сочетании с другими антимикробными методами, такими как:

• термоультразвуковая обработка, т.е. тепло и ультразвук
• манографирование, т.е. давление и ультразвук
• манотермоультразвуковая обработка, т.е. давление, тепло и ультразвук

Комбинированное применение ультразвука с помощью тепла и/или давления рекомендуется для Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae и Aeromonas hydrophila.

Ультразвуковое исследование в сравнении с другими методами консервирования пищевых продуктов

В отличие от других термических и нетермических процессов, таких как гомогенизация под высоким давлением, термическая пастеризация, обработка под высоким давлением (HPP), сжатый углекислый газ (cCO2) и сверхкритический углекислый газ (ScCO2), импульсы высокого электрического поля (HELP) или микроволновая печь, ультразвук можно легко проверить в лабораторных или настольных масштабах – Генерация воспроизводимых результатов для масштабирования. Интенсивность и кавитационные характеристики могут быть легко адаптированы к конкретному процессу экстракции для достижения конкретных целей. Амплитуда и давление могут изменяться в широком диапазоне, например, для определения наиболее энергоэффективной схемы вытяжки.

Другими преимуществами, связанными с использованием ультразвуковой зондовой экстракции, являются простота в обращении с экстрактом, быстрое выполнение, отсутствие остатков, высокий выход, экологичность, повышенное качество и предотвращение деградации экстракта.
(ср. Chemat et al., 2011)

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для экстракции и предварительной гравировки

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для эффективной экстракции и консервации. Использование ультразвукового оборудования Hielscher для экстракции и консервирования продуктов питания является мощной технологией обработки, которая может быть применена не только безопасно и экологично, но и эффективно и экономично. Гомогенизирующий и консервирующий эффект может быть легко использован для любых жидких или пастообразных пищевых продуктов, включая фруктовые соки и пюре (например, апельсиновые, яблочные, грейпфрутовые, манго, виноградные, сливовые), а также для овощных соусов и супов (например, томатный соус или суп из спаржи), молочных продуктов, яиц и мяса.
Наш ассортимент ультразвуковых гомогенизаторов и экстракторов включает в себя как ручные портативные устройства, так и полностью промышленные производственные системы для поточной обработки больших объемов в промышленных масштабах.

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: