Hielscher Ultrazvočna tehnologija

Ultrasonic Pridobivanje in ohranjanje

Razpad celic struktur (lizo) s pomočjo ultrazvoka se uporablja za pridobivanje znotraj celične spojin ali za mikrobno inaktivacijo.

Ozadje

V mikrobiologije, je ultrazvok v prvi vrsti povezana z razkroj celic (liza) ali razpad (Allinger 1975). Ko sonifikacijo tekočine pri visoki intenzivnosti, zvočne valove, ki razmnozujemo v tekočem mediju povzroči izmenično visokim tlakom (kompresijo) in nizkotlačni (redčenje) cikluse, s stopnjami glede na frekvenco.
Med ciklom nizkotlačni, visoke intenzivnosti ultrazvočni valovi ustvarjajo majhne vakuumske mehurčki ali praznin v tekočini. Ko se mehurčki doseči količino, po kateri ne more več absorbirajo energijo, so med ciklom z visokim tlakom kolaps nasilno. Ta pojav se imenuje kavitacija. Med implozije zelo visoke temperature (cca. 5,000K) in pritiskov (pribl. 2,000atm) doseže lokalno. Propadu kavitacijskega mehurčka posledico tudi v tekočem curki do 280m / s hitrost Dobljene strižnih sil prekinil celično ovojnico mehansko in izboljšanje prenosa materiala. Ultrazvok ima lahko bodisi destruktivne ali posredne učinke celic v odvisnosti od parametrov ultrazvočno razbijanje delajo.

celica razpad

Pod intenzivni ultrazvočno razbijanje encimi ali proteinov lahko sprosti iz celice ali subceličnih organele kot posledica celica razpad. V tem primeru se spojino raztopimo v je topilo zaprt v netopno strukturi. Da bi to citat, mora celične membrane je treba uničiti. motnje celica je občutljiv proces, saj v celične stene je sposobnost, da vzdrži visok osmotski pritisk v notranjosti. je potreben dober nadzor motenj celične, da bi se izognili neovirano izpustitev vseh znotrajceličnih proizvodov, vključno z ostanki celic in nukleinskih kislin, ali denaturacijo izdelka.
Ultrasonication služi kot dobro obvladljiv sredstev za celično razpada. Za to, mehanske učinke ultrazvoka zagotavljajo hitrejši in bolj popolno penetracijo topila v celičnih snovi, ki izboljšajo prenos snovi. Ultrazvok doseže večji prodor topilo v rastlinsko tkivo in izboljša prenos snovi. Ultrazvočni valovi ustvarjajo kavitacijo motijo ​​celične stene in omogočijo sprostitev matrike komponent.

prenos snovi

Na splošno lahko ultrazvok privede do permeabilnosti celičnih membran ionov (Mummery 1978), In to lahko bistveno zmanjša selektivnost celične membrane. Mehanski dejavnost ultrazvok podpira širjenje topil v tkivo. Kot ultrazvok prekine celično steno mehansko s kavitacijo strižnih sil, pospešuje prenos iz celice v topilo. Zmanjšanje velikosti delcev z ultrazvočno kavitacija poveča površino v stiku med trdno in tekočo fazo.

Beljakovin in encimov Pridobivanje

Zlasti pridobivanje encimov in proteinov, shranjenih v celicah in subceličnih delcev je edinstven in učinkovito uporabo visoke intenzivnosti ultrazvok (Janez 1989), Saj se pridobivanje organskih spojin, ki jih vsebuje v telesu rastlin in semen s topilom lahko znatno izboljšala. Zato ultrazvok ima možne koristi pri pridobivanju in izolaciji novih potencialno bioaktivnih komponent, npr iz neizkoriščeno stranski produkt tokov tvorjene v obstoječih procesih. Ultrazvok lahko pomaga tudi, da okrepi učinke encimskega zdravljenja, in s tem zmanjšanje količine encima, potrebnega ali povečanje donosa ekstrahirati ustreznih spojin.

Lipidi in proteini

Ultrasonication se pogosto uporablja za izboljšanje ekstrakcijo maščob in beljakovin iz rastlinskih semen, kot so soja (npr moke ali razmaščeni soja) ali drugih oljnih semen. V tem primeru, uničenje celične stene omogoča stiskanje (hladno ali vroče) in s tem zmanjšuje preostalo olje ali maščobo v stiskalni torto.

Vpliv kontinuiranega ultrazvočno ekstrakcijo z dobitkom razpršene proteina smo dokazali z Moulton sod. Ultrazvočno razbijanje povečano izterjavo razpršene beljakovin postopno kot / razmerje topila kosmičasti spremenila od 1:10 do 1:30. To je pokazalo, da je ultrazvok sposoben peptize sojine beljakovine v skoraj vseh komercialno prepustnost in da je sonični energija potrebna najmanjša, ko so bili uporabljeni debelejše blata. (Moulton et al. 1.982)

Velja za: Citrus olje iz plodov, ekstrakcijo olja iz tal gorčica, arašide, posilstva, zeliščni olje (Echinacea), oljne repice, soja, koruza

Osvoboditev fenolnih spojin in antocianov

Encimi, kot pektinazi, celulaze in hemicellulases se pogosto uporabljajo pri predelavi sok, da se razgradijo celične stene in izboljšati ekstraktabilnosti soka. Motnje celične stene matrike sprosti tudi sestavne dele, kot so fenolnih spojin v sok. Ultrazvok izboljšuje postopek ekstrakcije in zato lahko privede do povečanja fenolne spojine, alkaloidi in sok dobitku, pogosto ostal v tisku torto.

Ugodni učinki ultrazvočni obdelavi na osvoboditev fenolnih spojin in antocianov iz grozdja in jagod matrike, zlasti iz borovnic (Vaccinium myrtillus) In črni ribez (Ribes) V sok, je preiskovala VTT Biotechnology, Finska (MAXFUN EU-Project) z nizom UIP2000hd Ultrasonic Processor Po odtajanju, tlačenje in encimov inkubacije. Motnje celične stene po encimski obdelavi (Pectinex BE-3L za borovnice in Biopectinase CCM za črnega ribeza) smo izboljšali v kombinaciji z ultrazvokom. “Zdravljenje ZDA poveča koncentracijo fenolnih spojin borovnice soka za več kot 15%. […] Vpliv ZDA (ultrazvokom) je bila bolj pomembna z črnega ribeza, ki so bolj zahtevne jagode v predelavo soka kot borovnice zaradi svoje visoke vsebnosti pektina in različne celične stene arhitekture. […] Koncentracija fenolnih spojin v soku povečala za 15-25% s pomočjo ZDA (ultrazvokom) zdravljenja po encimski inkubaciji.” (Mokkila sod. 2.004)

Mikrobna in encimsko deaktiviranje

Inaktivacija mikrobov in encimov (konzerviranje), npr. V sadnih sokovih in omakah, je še ena uporaba ultrazvoka pri predelavi hrane. Danes je ohranjanje s povišanjem temperature za kratka obdobja (pasterizacija) še vedno najpogostejša metoda obdelave za inaktivacijo mikroorganizmov ali encimov, kar vodi do daljšega roka uporabnosti (ohranjanje). Zaradi izpostavljenosti visoki temperaturi ima ta termična metoda pogosto pomanjkljivosti za številne prehrambene izdelke.
Proizvodnjo novih snovi iz toplotno katalizirajo reakcije in preoblikovanje makromolekul, kot tudi deformacijo rastlinskih in živalskih struktur lahko zmanjša izgubo kvalitete. Zato se lahko toplotno obdelavo povzroči neželene spremembe iz senzoričnih lastnosti, tj teksturo, okus, barve, vonja in hranilne vrednosti, tj vitaminov in beljakovin. Ultrazvok je učinkovit atermični (minimalna) za obdelavo alternativa.

Toplota lokalno ustvari kavitacije in ustvarjenih radikali lahko vodi do inaktivacije encimov z obdelovanjem z ultrazvokom (El'piner 1964). Pri dovolj nizki ravni ultrazvočno razbijanje lahko pojavijo strukturne in metabolne spremembe v celicah brez njihovega uničenja. Aktivnost peroksidaze, ki se nahaja v večini surovin in unblanched sadje in zelenjavo in se lahko še zlasti povezana z razvojem okusov in browning pigmentov lahko bistveno zmanjša z uporabo ultrazvoka. Toploto, encimov, kot so lipaze in proteaze, da vzdrži obdelava pri ultra-visoki temperaturi in ki lahko zmanjša kakovost in rok uporabnosti toplotno obdelanega mleka in drugih mlečnih izdelkov je mogoče bolj učinkovito inaktivira hkratni uporabi ultrazvoka toplote in tlaka (MTS).

Ultrazvok je dokazal potencial pri uničevanju patogenov prenašajo s hrano, kot so E. coli, salmonele, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium cisteIn poliovirus.

Velja za: ohranjanje marmelada, marmelada ali prelive, npr za sladoled, sadne sokove in omake, mesnih izdelkov, mleka in mlečnih izdelkov

Sinergija ultrazvok s temperature in tlaka

Ultrasonication je pogosto bolj učinkovita v povezavi z drugimi protimikrobne metod, kot so:

  • termo-ultrazvočno razbijanje, tj toplote in ultrazvok
  • mano-ultrazvočno razbijanje, tj tlaka in ultrazvok
  • mano-termo-ultrazvočno razbijanje, tj tlak, toplote in ultrazvok

Kombinirana uporaba ultrazvoka s toploto in / ali tlaka se priporoča Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, in Aeromonas hydrophila.

razvojnega procesa

Za razliko od drugih ne-toplotno obdelavo, kot je visoka hidrostatičnega tlaka (HP), stisnjen ogljikov dioksid (cCO2) in superkritični ogljikov dioksid (scCO2) in visoki električnega polja impulzov (pomoč), lahko ultrazvok zlahka preskusijo v laboratoriju ali namizni lestvice – ustvarjajo ponovljive rezultate za skale-up. Intenzivnost in značilnosti kavitacija je mogoče enostavno prilagoditi posebnim postopkom pridobivanja ciljati na določene cilje. Amplituda in tlak lahko spreminja v širokem razponu, npr identificirati najbolj energetsko nastavitev učinkovite ekstrakcije. Težka tkiva treba opraviti maceracijo, mletje ali upraševanju pred ultrazvoka.

E. coli

Za proizvodnjo majhne količine rekombinantnih proteinov za preučevanje in karakterizacijo njihovih bioloških lastnosti, E. coli je bakterija izbire. Čistilne oznake, npr polihistidin repa, beta-galaktozidaza, ali maltoze-vezavni
proteini, so pogosto združena, da rekombinantne proteine, da bi jih ločiti od celičnih ekstraktov s čistostjo dovolj za večino analitskih namenov. Ultrasonication omogoča čim sproščanje beljakovin, še posebej, ko je dobitek proizvodnja nizka in ohraniti strukturo in aktivnost rekombinantnega proteina.

Motnje E. coli celice z namenom pridobitve skupnega himozinom protein smo preučevali z Kim in Zayas.

žafran Pridobivanje

Žafran je znan kot najdražja začimba na svetovnem trgu in se odlikuje po občutljivem okusu, grenku okusu in privlačni rumeni barvi. Žafični začimbe dobimo iz rdeče stigme cvetov krvavega žafrana. Po sušenju se ti deli uporabljajo kot začimba v kuhinji ali kot barvilo. Intenzivna značilnost arome žafrana je predvsem tri spojine: krokini, pikrocrocin in safranal.

Kadkhodaee in Hemmati-Kakhki so pokazali, v študiji, ki ultrazvokom znatno povečano dobitek ekstrakcije in znižanem čas obdelave bistveno. Pravzaprav so rezultati z ekstrakcijo z ultrazvokom vidno boljše kot v tradicionalnih ekstrakcijo s hladno vodo, ki je po ISO spremembe. Pri svojih raziskavah so Kadkhodaee in Hemmati-Kakhki uporablja Hielscher je Ultrazvočne UP50H Naprava. Najboljši rezultati so bili doseženi s pulznim ultrazvočno razbijanje. To pomeni, da so kratke pulzne intervali učinkovitejše od neprekinjenega ultrazvočni obdelavi.

oksidacija

Na nadzorovanih intenzivnosti, se lahko uporabi ultrazvoka biotransformacije in vrenje vodi v izboljšani postopek biološke preobrazbe, zaradi induciranih bioloških učinkov in zaradi lažjega celični množično prenosa. Vpliv kontrolirane uporabe ultrazvoka (20kHz) na oksidacijo holesterola za cholestenone zaradi naleganja celic Rhodokokni eritropoli ATCC 25544 (prej Nokardia eritropola) Smo raziskali z Bar.

Holesterol + O2 = Holest-4-en-3-on + H2O2

Ta sistem je značilno mikrobnih transformacij sterolov in steroidov, da je substrat in proizvodi vodi netopne trdne snovi. Zato ta sistem je precej edinstven v tem, da tako v celicah in trdne snovi so lahko predmet učinkom ultrazvoka (Bar, 1987). Pri dovolj nizki ultrazvočno jakost ohranjeno strukturno celovitost celic in vzdržuje svojo metabolične aktivnosti, Bar opazili pomembno izboljšavo kinetične stopnje biotransformacije v mikrobiološki blata z 1,0 in 2,5 g / L holesterola pri sonificiramo 5s vsak 10mn z izhodno moč 0.2W / cm². Ultrazvok je pokazal nobenega vpliva na encimsko oksidacijo holesterola (2,5 g / L), ki ga holesterola oksidaze.

Ugodne tehnologija

Izkoriščenost ultrazvočne kavitacije za ekstrakcijo in konzerviranja je nova zmogljiva tehnologija obdelave, ki jih ni mogoče varno in okolju prijazno, ampak tudi uporabljajo le učinkovito in gospodarno. Homogeniziranje in ohranjanje učinka je mogoče zlahka uporabiti za sadne sokove in pireje (npr pomaranča, jabolko, grenivka, mango, grozdje, slive), kot tudi za zelenjavne omake in juhe, kot paradižnikovo omako ali beluši juho.

Zahtevajte več informacij!

Prosimo, uporabite spodnji obrazec, če želite, da zahteva dodatne informacije v zvezi z uporabo ultrazvoka za pridobivanje in ohranjanje.









Prosimo, upoštevajte naše Politika zasebnosti.


literatura

Allinger, H. (1975): Ameriški Laboratory, 7 (10), 75 (1975).

Bar, R. (1987): Ultrazvok Izboljšane bioprocesovV: Biotehnologija in Engineering, Vol. 32, str. 655-663 (1987).

El'piner, S.I. (1964): Ultrazvok: fizikalni, kemijski in biološki učinki (svetovanje urad, New York, 1964), 53-78.

Kadkhodaee, R .; Hemmati-Kakhki, A .: Ultrazvočni Ekstrakcija učinkovin iz žafran, v: internet objave.

Kim, S. M. in Zayas, J. F. (1989): Parameter Obdelava ekstrakciji himozinom z ultrazvokom; J. hrane Sci. 54: 700.

Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Združevanje moč ultrazvoka z encimi jagod predelavo sokaNa: 2. Int. Conf. Biokataliza hrane in pijače, 19-22.9.2004, Stuttgart, Nemčija.

Moulton, KJ, Wang, LC (1982): Pilotnega rastlin Študija Stalno Ultrasonic Ekstrakcija sojine beljakovine, v: listu živilstvo, zvezek 47, 1982.

Mummery, CL (1978): Učinek ultrazvoka na fibroblastov in vitro, v: dr Diplomsko delo, Univerza v Londonu, London, Anglija, 1978.