Ekstraktimi dhe konservimi me ultratinguj
Ekstraktimi dhe konservimi me ultratinguj përdorin ultratinguj me fuqi të lartë për shpërbërjen e strukturave qelizore (lizën). Shpërbërja e qelizave me ultratinguj mundëson ekstraktimin me efikasitet shumë të lartë të përbërjeve brendaqelizore, si dhe inaktivizimin mikrobik. Për shkak të përparësive të shumta, trajtimi me ultratinguj përdoret gjerësisht për ekstraktim dhe konservim në industrinë ushqimore. Mësoni më shumë rreth përfitimeve të ekstraktimit dhe përpunimit të ushqimeve me ultratinguj!
Ultratinguj me fuqi të lartë për ekstraktimin dhe konservimin e ushqimeve dhe materialeve bimore
Ekstraktimi me ultratinguj: Ekstraktimi me ultratinguj është një proces që përdor valë zanore me frekuencë të lartë për të ekstraktuar përbërje nga materiale të ndryshme, si bimët, frutat dhe perimet. Procesi përfshin përdorimin e valëve ultrasonike për të krijuar flluska me presion të lartë në një material të lëngshëm ose gjysmë të ngurtë, të cilat shemben me shpejtësi, duke gjeneruar nxehtësi dhe presion me intensitet të lartë që shpërbëjnë muret qelizore të materialit dhe çlirojnë përbërjet e dëshiruara.
Parimi i funksionimit të ekstraktimit dhe konservimit me ultratinguj
Parimi themelor i ekstraktimit me ultratinguj bazohet në fenomenin e njohur si kavitacion akustik. Kur një lëng ekspozohet ndaj valëve ultrasonike me intensitet të lartë dhe frekuencë të ulët (afërsisht 20 kHz), në të gjenerohen valë presioni që krijojnë flluska të vogla vakumi. Këto flluska zmadhohen me rritjen e intensitetit të ultratingujve dhe, kur arrijnë një madhësi të caktuar, shemben papritur dhe vrullshëm, duke gjeneruar një valë goditëse dhe duke çliruar energji në formën e nxehtësisë dhe presionit.
Ky proces shkakton shpërbërjen mekanike të mureve qelizore, duke çliruar përbërjet e dëshiruara nga materiali në tretësin e lëngshëm. Përbërjet e çliruara mund të ndahen më pas nga tretësi duke përdorur teknika standarde ndarjeje, si filtrimi ose centrifugimi.
Ultrasonikatori UP400St për ekstraktimin efikas jotermik të materialit bimor.
Konservimi me ultratinguj: Konservimi me ultratinguj bazohet në të njëjtat efekte të kavitacionit si ekstraktimi me ultratinguj. Për konservim, ultratingujt me fuqi të lartë përdoren për të zgjatur afatin e ruajtjes së ushqimeve që prishen lehtë, duke përdorur valë zanore me frekuencë të lartë për të frenuar rritjen e mikroorganizmave që shkaktojnë prishjen. Procesi përfshin ekspozimin e ushqimit ndaj valëve ultrasonike që shpërbëjnë muret qelizore të baktereve, majave dhe myqeve, duke çuar në shkatërrimin e tyre ose në frenimin e rritjes së tyre.
Ky proces shkakton shpërbërjen mekanike të mureve qelizore të mikroorganizmave, duke çuar në shkatërrimin e tyre ose në frenimin e rritjes së tyre. Valët ultrasonike mund të rrisin gjithashtu përshkueshmërinë e membranave qelizore, duke u mundësuar konservuesve dhe agjentëve të tjerë antimikrobikë të depërtojnë dhe t’i vrasin mikroorganizmat në mënyrë më efektive.
Konservimi me ultratinguj parapëlqehet ndaj metodave tradicionale të konservimit sepse ofron disa përparësi, si kohë më të shkurtër përpunimi, efikasitet më të lartë dhe aftësinë për të ruajtur vetitë dhe shijet natyrore të ushqimit. Ai përdoret në një gamë të gjerë produktesh ushqimore, si salcat, lëngjet, produktet e qumështit, vezët dhe mishi, për të zgjatur afatin e tyre të ruajtjes dhe për të garantuar sigurinë e tyre.
Teknika e ekstraktimit dhe konservimit me ultratinguj parapëlqehet ndaj metodave tradicionale të ekstraktimit dhe konservimit sepse ofron disa përparësi, si shpejtësi më të larta ekstraktimi, cilësi të shkëlqyer të produktit, rendiment më të lartë, trajtim thjesht mekanik jotermik dhe aftësinë për të ekstraktuar një gamë më të gjerë përbërjesh. Ajo përdoret në një gamë të gjerë industrish, si industria e ushqimeve dhe pijeve, industria farmaceutike dhe ajo kozmetike.
Kavitacion i fuqishëm ultrasonik në Hielscher UIP1000hdT Cascatrode
Ekstraktimi i proteinave dhe enzimave me ultratinguj
Në veçanti, ekstraktimi i enzimave dhe proteinave të depozituara në qeliza dhe grimca nënqelizore është një zbatim unik dhe efektiv i ultratingujve me intensitet të lartë, pasi ekstraktimi me tretës i përbërjeve organike që gjenden brenda strukturës së bimëve dhe farave mund të përmirësohet ndjeshëm. Prandaj, ultratingujt kanë një dobi të mundshme në ekstraktimin dhe izolimin e përbërësve të rinj potencialisht bioaktivë, p.sh. nga rrjedhat e pashfrytëzuara të nënprodukteve që krijohen në proceset aktuale. Ultratingujt mund të ndihmojnë gjithashtu në intensifikimin e efekteve të trajtimit enzimatik dhe, në këtë mënyrë, të zvogëlojnë sasinë e nevojshme të enzimës ose të rrisin rendimentin e përbërjeve përkatëse të ekstraktueshme.
Ekstraktimi i lipideve dhe proteinave me ultratinguj
Trajtimi me ultratinguj përdoret shpesh për të përmirësuar ekstraktimin e lipideve dhe proteinave nga farat bimore, si soja (p.sh. mielli i sojës ose soja e çyndyrosur) ose fara të tjera vajore. Në këtë rast, shkatërrimi i mureve qelizore lehtëson presimin (në të ftohtë ose në të nxehtë) dhe, në këtë mënyrë, zvogëlon vajin ose yndyrën e mbetur në bërsinë e presimit.
Ndikimi i ekstraktimit të vazhdueshëm me ultratinguj në rendimentin e proteinës së disperguar u demonstrua nga Moulton et al. Trajtimi me ultratinguj e rriti në mënyrë progresive rikuperimin e proteinës së disperguar ndërsa raporti petëza/tretës ndryshonte nga 1:10 në 1:30. Studimi tregoi se ultratingujt janë në gjendje të peptizojnë proteinën e sojës pothuajse në çdo kapacitet përpunimi në shkallë tregtare dhe se energjia e nevojshme për trajtimin me ultratinguj ishte më e ulëta kur përdoreshin suspensione më të trasha.
Izolimi i përbërjeve fenolike dhe antocianinave me ultratinguj
Enzimat, si pektinazat, celulazat dhe hemicelulazat, përdoren gjerësisht në përpunimin e lëngjeve për të zbërthyer muret qelizore dhe për të përmirësuar ekstraktueshmërinë e lëngut. Prishja e matricës së murit qelizor çliron gjithashtu në lëng përbërës si përbërjet fenolike. Ultratingujt përmirësojnë procesin e ekstraktimit dhe, për këtë arsye, mund të çojnë në një rritje të rendimentit të përbërjeve fenolike, alkaloideve dhe lëngut, që zakonisht mbeten në bërsinë e presimit.
Efektet e dobishme të trajtimit me ultratinguj në çlirimin e përbërjeve fenolike dhe antocianinave nga matrica e rrushit dhe frutave të vogla, në veçanti nga boronicat (Vaccinium myrtillus) dhe rrushi i frëngut i zi (>Ribes nigrum), në lëng u studiuan nga VTT Biotechnology, Finlandë, duke përdorur një procesor me ultratinguj UIP2000hd pas shkrirjes, shtypjes në masë dhe inkubimit me enzima. Prishja e mureve qelizore nëpërmjet trajtimit enzimatik (Pectinex BE-3L për boronicat dhe Biopectinase CCM për rrushin e frëngut të zi) u përmirësua kur u kombinua me ultratinguj. “Trajtimi me US rrit përqendrimin e përbërjeve fenolike në lëngun e boronicës me më shumë se 15%. […] Ndikimi i US (ultratingujve) ishte më i theksuar te rrushi i frëngut i zi, frutat e të cilit paraqesin më shumë vështirësi në përpunimin e lëngut sesa boronicat për shkak të përmbajtjes së tyre të lartë të pektinës dhe arkitekturës së ndryshme të murit qelizor. […] përqendrimi i përbërjeve fenolike në lëng u rrit me 15–25% duke përdorur trajtimin me US (ultratinguj) pas inkubimit me enzima.” (shih Mokkila et al., 2004)
Aparati me ultratinguj UIP6000hdT në një instalim industrial për ekstraktim të vazhdueshëm.
Inaktivizimi i mikroorganizmave dhe enzimave
Inaktivizimi i mikroorganizmave dhe enzimave (konservimi), p.sh. në lëngjet e frutave dhe salcat, është një tjetër zbatim i ultratingujve në përpunimin e ushqimit. Sot, konservimi nëpërmjet ngritjes së temperaturës për periudha të shkurtra kohore (pasterizimi) mbetet metoda më e zakonshme e përpunimit për inaktivizimin e mikroorganizmave ose enzimave, që çon në një afat më të gjatë ruajtjeje (konservim). Për shkak të ekspozimit ndaj temperaturës së lartë, pasterizimi termik konvencional shpesh sjell disavantazhe për produktet ushqimore.
Formimi i substancave të reja nga reaksionet e katalizuara nga nxehtësia dhe modifikimi i makromolekulave, si dhe deformimi i strukturave bimore dhe shtazore, mund të çojnë në humbje të cilësisë. Prandaj, trajtimi termik mund të shkaktojë ndryshime të padëshirueshme të vetive shqisore, pra të teksturës, shijes, ngjyrës, erës, dhe të cilësive ushqyese, pra të vitaminave dhe proteinave. Ultratingujt janë një alternativë efikase për përpunim jotermik (minimal).
Në dallim nga trajtimet termike konvencionale, konservimi me ultratinguj përdor energjinë dhe forcat prerëse të kavitacionit akustik për të inaktivizuar enzimat. Në nivele mjaft të ulëta të sonikimit, në qeliza mund të ndodhin ndryshime strukturore dhe metabolike pa u shkatërruar ato. Aktiviteti i peroksidazës, e cila gjendet në shumicën e frutave dhe perimeve të pagatuara dhe të pazbardhura dhe mund të lidhet veçanërisht me zhvillimin e shijeve të padëshirueshme dhe pigmenteve që shkaktojnë nxirje, mund të zvogëlohet ndjeshëm me përdorimin e ultratingujve. Enzimat termorezistente, si lipaza dhe proteaza, të cilat i rezistojnë trajtimit në temperaturë tepër të lartë dhe mund të zvogëlojnë cilësinë dhe afatin e ruajtjes së qumështit të trajtuar termikisht dhe produkteve të tjera të qumështit, mund të inaktivizohen në mënyrë më efektive nëpërmjet zbatimit të njëkohshëm të ultratingujve, nxehtësisë dhe presionit (MTS).
Ultratingujt kanë demonstruar potencialin e tyre në shkatërrimin e patogjenëve që transmetohen nëpërmjet ushqimit, si E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, cistet e Cryptosporidium dhe Poliovirus.
Zbatohet për: konservimin e reçelit, marmelatës ose shtresave mbuluese ushqimore, lëngjeve të frutave dhe salcave, produkteve të mishit, produkteve të qumështit dhe akullores.
Sinergjitë e ultratingujve me temperaturën dhe presionin
Trajtimi me ultratinguj shpesh është më efektiv kur kombinohet me metoda të tjera antimikrobike, si:
- termo-sonikimi, pra nxehtësia dhe ultratingujt
- mano-sonikimi, pra presioni dhe ultratingujt
- mano-termo-sonikimi, pra presioni, nxehtësia dhe ultratingujt
Zbatimi i kombinuar i ultratingujve me nxehtësinë dhe/ose presionin rekomandohet për Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae dhe Aeromonas hydrophila.
Ultratingujt krahasuar me teknikat e tjera të konservimit të ushqimit
Ndryshe nga proceset e tjera termike dhe jotermike, si homogjenizimi me presion të lartë, pasterizimi termik, përpunimi me presion të lartë (HPP), dioksidi i karbonit i kompresuar (cCO2) dhe dioksidi i karbonit superkritik (ScCO2), impulset e fushës elektrike me intensitet të lartë (HELP) ose mikrovalët, ultratingujt mund të testohen lehtësisht në shkallë laboratorike ose me pajisje tavoline – duke gjeneruar rezultate të riprodhueshme për kalimin në shkallë më të madhe. Intensiteti dhe karakteristikat e kavitacionit mund të përshtaten lehtësisht me procesin specifik të ekstraktimit për të arritur objektiva të caktuar. Amplituda dhe presioni mund të ndryshohen brenda një intervali të gjerë, p.sh. për të identifikuar konfigurimin e ekstraktimit me efikasitetin më të lartë energjetik.
Përparësi të tjera që lidhen me përdorimin e ekstraktimit me sondë ultrasonike janë trajtimi i lehtë i ekstraktit, kryerja e shpejtë, mungesa e mbetjeve, rendimenti i lartë, ndikimi miqësor ndaj mjedisit, cilësia e përmirësuar dhe parandalimi i degradimit të ekstraktit.
(shih Chemat et al., 2011)
- Ekstraktim më i plotë
- Konservim jotermik
- Rendimente më të larta
- Përmbajtje e lartë lëndësh ushqyese, cilësi superiore e ushqimit
- Proces i shpejtë
- Proces i ftohtë / jotermik
- Përdorim i lehtë dhe i sigurt
- Pak mirëmbajtje
Pajisje ultrasonike me performancë të lartë për ekstraktim dhe konservim
Hielscher Ultrasonics projekton, prodhon dhe shpërndan ultrasonikatorë me performancë të lartë për ekstraktim dhe konservim efikas. Përdorimi i pajisjeve ultrasonike Hielscher për ekstraktim dhe konservimin e ushqimeve është një teknologji e fuqishme përpunimi që mund të zbatohet jo vetëm në mënyrë të sigurt dhe miqësore me mjedisin, por edhe me efikasitet dhe leverdi ekonomike. Efekti homogjenizues dhe konservues mund të përdoret lehtësisht për çdo produkt ushqimor të lëngshëm ose në trajtë paste, duke përfshirë lëngjet dhe puretë e frutave (p.sh. portokall, mollë, grejpfrut, mango, rrush, kumbull), si dhe salcat dhe supat me perime (p.sh. salcë domatesh ose supë me shparg), produktet e qumështit, vezët dhe mishin.
Gama jonë e homogjenizuesve dhe ekstraktorëve ultrasonikë shtrihet nga pajisjet portative që mbahen në dorë deri te sistemet tërësisht industriale të prodhimit për përpunimin në linjë të vëllimeve të mëdha në shkallë tregtare.
Projektim, prodhim dhe këshillim – Cilësi e prodhuar në Gjermani
Ultrasonikatorët Hielscher janë të mirënjohur për standardet e tyre më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa vështirësi të ultrasonikatorëve tanë në impiantet industriale. Ultrasonikatorët Hielscher i përballojnë lehtësisht kushtet e vështira dhe mjediset kërkuese.
Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton vëmendje të veçantë ultrasonikatorëve me performancë të lartë, të cilët ofrojnë teknologji të përparuar dhe lehtësi përdorimi. Sigurisht, ultrasonikatorët Hielscher janë në përputhje me CE dhe përmbushin kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.
Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të ultrasonikatorëve tanë:
| Vëllimi i serisë | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 0,5 deri në 1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1 deri në 500mL | 10 deri në 200mL/min | UP100H |
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 deri në 150L | 3 deri në 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | më e madhe | grup pajisjesh UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Literaturë / Referenca
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Farid Chemat, Zill-e-Huma, Muhammed Kamran Khan (2011): Applications of ultrasound in food technology: Processing, preservation and extraction. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 18, Issue 4, 2011. 813-835.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Allinger, H. (1975): American Laboratory, 7 (10), 75 (1975). Bar, R. (1987): Ultrasound Enhanced Bioprocesses, in: Biotechnology and Engineering, Vol. 32, Pp. 655-663 (1987).
- El’piner, I.E. (1964): Ultrasound: Physical, Chemical, and Biological Effects (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.
- Kim, S.M. und Zayas, J.F. (1989): Processing parameter of chymosin extraction by ultrasound; in J. Food Sci. 54: 700.
- Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K (2004): Combining power ultrasound with enzymes in berry juice processing, at: 2nd Int. Conf. Biocatalysis of Food and Drinks, 19-22.9.2004, Stuttgart, Germany.
- Moulton, K.J., Wang, L.C. (1982): A Pilot-Plant Study of Continuous Ultrasonic Extraction of Soybean Protein, in: Journal of Food Science, Volume 47, 1982.
- Mummery, C.L. (1978): The effect of ultrasound on fibroblasts in vitro, in: Ph.D. Thesis, University of London, London, England, 1978.
Fakte që ia vlen të dini
Shpërbërja ultrasonike e qelizave
Gjatë sonikimit intensiv, enzimat ose proteinat mund të çlirohen nga qelizat ose organelet nënqelizore si rezultat i shpërbërjes së qelizave. Në këtë rast, përbërësi që do të tretet në një tretës është i mbyllur brenda një strukture të patretshme. Për ta ekstraktuar atë, membrana qelizore duhet të shkatërrohet. Prishja e qelizave është një proces delikat, për shkak të aftësisë së murit qelizor për t’i bërë ballë presionit të lartë osmotik brenda qelizës. Nevojitet kontroll i mirë i prishjes së qelizave për të shmangur çlirimin e pakontrolluar të të gjitha produkteve brendaqelizore, përfshirë mbetjet qelizore dhe acidet nukleike, ose denatyrimin e produktit.
Trajtimi me ultratinguj shërben si një mjet që mund të kontrollohet mirë për shpërbërjen e qelizave. Për këtë qëllim, efektet mekanike të ultratingujve sigurojnë depërtim më të shpejtë dhe më të plotë të tretësit në materialet qelizore dhe përmirësojnë transferimin e masës. Ultratingujt mundësojnë depërtim më të madh të një tretësi në indin bimor dhe përmirësojnë transferimin e masës. Valët ultrasonike që gjenerojnë kavitacion prishin muret qelizore dhe lehtësojnë çlirimin e përbërësve të matricës.
Transferimi i masës i përmirësuar me ultratinguj nxit ekstraktimin
Në përgjithësi, ultratingujt mund t’i bëjnë membranat qelizore të përshkueshme nga jonet dhe mund ta zvogëlojnë ndjeshëm selektivitetin e membranave qelizore. Veprimi mekanik i ultratingujve ndihmon difuzionin e tretësve në ind. Duke e prishur mekanikisht murin qelizor përmes forcave prerëse të kavitacionit, ultratingujt lehtësojnë transferimin nga qeliza në tretës. Zvogëlimi i madhësisë së grimcave nga kavitacioni ultrasonik rrit sipërfaqen e kontaktit midis fazës së ngurtë dhe asaj të lëngët.
Liza dhe inaktivizimi i E.coli me ultratinguj
Për të prodhuar sasi të vogla proteinash rekombinante për studimin dhe karakterizimin e vetive të tyre biologjike, E.coli është bakteri i zgjedhur. Etiketat e pastrimit, p.sh. bishti i polihistidinës, beta-galaktozidaza ose proteinat lidhëse të maltozës, zakonisht u bashkohen proteinave rekombinante për të mundësuar ndarjen e tyre nga ekstraktet qelizore me një pastërti të mjaftueshme për shumicën e qëllimeve analitike. Trajtimi me ultratinguj mundëson maksimizimin e çlirimit të proteinave, veçanërisht kur rendimenti i prodhimit është i ulët, dhe ruajtjen e strukturës dhe aktivitetit të proteinës rekombinante.
Oksidimi me ultratinguj
Në intensitete të kontrolluara, zbatimi i ultratingujve në biotransformim dhe fermentim mund të sjellë një përmirësim të biopërpunimit, për shkak të efekteve biologjike të induktuara dhe lehtësimit të transferimit të masës në qeliza. Ndikimi i zbatimit të kontrolluar të ultratingujve (20kHz) në oksidimin e kolesterolit në kolestenon nga qelizat në gjendje pushimi të Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (më parë Nocardia erythropolis) u studiua nga Bar (1987).
Ky sistem është tipik për transformimet mikrobike të steroleve dhe steroideve, pasi substrati dhe produktet janë lëndë të ngurta të patretshme në ujë. Prandaj, ky sistem është mjaft i veçantë, pasi si qelizat ashtu edhe lëndët e ngurta mund t’i nënshtrohen efektit të ultratingujve. Në një intensitet mjaft të ulët të ultratingujve, i cili ruante integritetin strukturor të qelizave dhe aktivitetin e tyre metabolik, Bar vërejti një rritje të konsiderueshme të shpejtësive kinetike të biotransformimit në suspensione të dendura mikrobike me 1,0 dhe 2,5 g/L kolesterol, kur trajtoheshin me ultratinguj për 5s çdo 10mn me fuqi dalëse prej 0,2W/cm². Ultratingujt nuk treguan asnjë efekt në oksidimin enzimatik të kolesterolit (2,5g/L) nga kolesterol oksidaza.
Çfarë është përpunimi me presion të lartë në konservimin e ushqimeve?
Përpunimi me presion të lartë (HPP) është një teknikë jotermike e konservimit të ushqimeve që inaktivizon mikroorganizmat dhe enzimat, duke ruajtur cilësitë shqisore dhe ushqyese të produktit. Ai përfshin nënshtrimin e ushqimit të ambalazhuar ndaj presioneve hidrostatike zakonisht midis 300 dhe 600 MPa (megapaskalë) për disa sekonda deri në disa minuta. Një sfidë madhore e përpunimit me presion të lartë është konsumi i tij shumë i lartë i energjisë. Lexoni më shumë se si trajtimi me ultratinguj mund të ndihmojë në uljen e kërkesës për energji të HPP!
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues me ultratinguj me performancë të lartë, nga përmasat laboratorike deri në përmasat industriale.
