Ултразвучна екстракција и конзервација

Ултразвучна екстракција и конзервација користи моћ ултразвука за дезинтеграцију ћелијских структура (лиза). Разбијање ћелија ултразвуком резултира високо ефикасном екстракцијом интрацелуларних једињења, као и микробном инактивацијом. Због бројних предности, ултразвук се широко користи за екстракцију и конзервирање у прехрамбеној индустрији. Сазнајте више о предностима ултразвучне екстракције и обраде хране!

Снажни ултразвук за екстракцију и чување хране и биљака

Ултразвучна екстракција: Ултразвучна екстракција је процес који користи високофреквентне звучне таласе за екстракцију једињења из различитих материјала као што су биљке, воће и поврће. Процес укључује употребу ултразвучних таласа за стварање мехурића високог притиска у течном или получврстом материјалу, који се брзо урушавају, стварајући интензивну топлоту и притисак који ометају ћелијске зидове материјала и ослобађају жељена једињења.

Принцип рада ултразвучне екстракције и конзервације

Основни принцип ултразвучне екстракције заснива се на феномену познатом као акустична кавитација. Када је течност изложена ултразвучним таласима високог интензитета и ниске фреквенције (приближно 20 кХз), она ствара таласе притиска који стварају ситне вакуумске мехуриће у течности. Ови мехурићи расту у величини како се интензитет ултразвука повећава, а када достигну одређену величину, нагло и насилно се срушавају, стварајући ударни талас и ослобађајући енергију у облику топлоте и притиска.
Овај процес изазива механичко оштећење ћелијских зидова, ослобађајући жељена једињења из материјала у течни растварач. Ослобођена једињења се затим могу одвојити од растварача коришћењем стандардних техника одвајања као што су филтрација или центрифугирање.

 
Ултразвучно очување: Ултразвучно очување се заснива на истим кавитационим ефектима као и ултразвучна екстракција. За очување, примењује се ултразвук снаге да би се продужио рок трајања кварљиве хране коришћењем високофреквентних звучних таласа да би се спречио раст микроорганизама који изазивају кварење. Процес укључује излагање хране ултразвучним таласима који ометају ћелијске зидове бактерија, квасаца и плесни, што доводи до њиховог уништења или инхибиције.
Овај процес изазива механички поремећај ћелијских зидова микроорганизама, што доводи до њиховог уништења или инхибиције. Ултразвучни таласи такође могу повећати пропустљивост ћелијских мембрана, омогућавајући конзервансима и другим антимикробним агенсима да продру и ефикасније убијају микроорганизме.
Ултразвучно конзервирање је пожељније у односу на традиционалне методе конзервирања јер нуди неколико предности као што су краће време обраде, већа ефикасност и могућност очувања природних својстава и укуса хране. Користи се у широком спектру прехрамбених производа као што су сосеви, сокови, млечни производи, јаја и месо како би се продужио њихов рок трајања и осигурала њихова безбедност.

Ултразвучна техника екстракције и конзервације је пожељнија у односу на традиционалне методе екстракције и конзервације јер нуди неколико предности као што су брже брзине екстракције, одличан квалитет производа, већи принос, чисто механичка нетермичка обрада и могућност екстракције ширег спектра једињења. Користи се у широком спектру индустрија као што су храна и пиће, фармацеутски производи и козметика.

Ултразвучна екстракција протеина и ензима

Посебно је екстракција ензима и протеина ускладиштених у ћелијама и субћелијским честицама јединствена и ефикасна примена ултразвука високог интензитета, јер се растварачем може значајно побољшати екстракција органских једињења садржаних у телу биљака и семена. Због тога ултразвук има потенцијалну корист у екстракцији и изолацији нових потенцијално биоактивних компоненти, нпр. из неискоришћених токова нуспроизвода формираних у тренутним процесима. Ултразвук такође може помоћи да се интензивирају ефекти ензимског третмана, и тиме се смањи количина потребног ензима или повећа принос релевантних једињења која се могу екстраховати.

Ултразвучна екстракција липида и протеина

Ултразвук се често користи за побољшање екстракције липида и протеина из семена биљака, као што је соја (нпр. брашно или одмашћено зрно соје) или друга уљарица. У овом случају, уништавање ћелијских зидова олакшава пресовање (хладно или топло) и на тај начин смањује остатке уља или масти у колачу за пресовање.

Моултон ет ал. Соникација је прогресивно повећавала опоравак диспергованог протеина како се однос пахуљица/растварача мењао са 1:10 на 1:30. Показало се да је ултразвук способан да пептизира сојине протеине при скоро сваком комерцијалном протоку и да је потребна енергија соникације најнижа када су коришћене гушће каше.

Ултразвучна изолација фенолних једињења и антоцијанина

Ензими, као што су пектиназе, целулазе и хемицелулазе се широко користе у преради сокова како би разградили ћелијске зидове и побољшали способност екстракције сока. Поремећај матрице ћелијског зида такође ослобађа компоненте, као што су фенолна једињења у сок. Ултразвук побољшава процес екстракције и стога може довести до повећања приноса фенолних једињења, алкалоида и сокова, који се обично остављају у колачу.

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. “Третман САД повећава концентрацију фенолних једињења сока од боровнице за више од 15%. […] Утицај УЗ (ултразвука) био је значајнији код црних рибизла, које су изазовније бобице у преради сока од боровнице због високог садржаја пектина и различите архитектуре ћелијског зида. […] концентрација фенолних једињења у соку је повећана за 15-25% употребом ултразвучног третмана након ензимске инкубације.” (уп. Моккила ет ал., 2004)
 

Инактивација микроба и ензима

Инактивација микроба и ензима (конзервирање), нпр. у воћним соковима и сосовима је још једна примена ултразвука у преради хране. Данас је очување повишењем температуре у кратком временском периоду (пастеризација) и даље најчешћи метод обраде за микробну или ензимску инактивацију која доводи до дужег рока трајања (конзервације). Због изложености високој температури, конвенционална термичка пастеризација често представља недостатке за прехрамбене производе.
Производња нових супстанци из реакција катализованих топлотом и модификација макромолекула, као и деформација биљних и животињских структура могу смањити губитак квалитета. Због тога термичка обрада може изазвати нежељене промене сензорних атрибута, односно текстуре, укуса, боје, мириса и нутритивних квалитета, односно витамина и протеина. Ултразвук је ефикасна алтернатива за нетермичку (минималну) обраду.

За разлику од конвенционалних топлотних третмана, ултразвучно очување користи енергију и силе смицања акустичне кавитације да би инактивирало ензиме. На довољно ниским нивоима ултразвучне обраде могу се јавити структурне и метаболичке промене у ћелијама без њиховог уништења. Активност пероксидазе, која се налази у већини сировог и небланшираног воћа и поврћа и може бити посебно повезана са развојем непријатних укуса и пигмената за смеђе боје, може се значајно смањити употребом ултразвука. Терморезистентни ензими, као што су липаза и протеаза који издржавају третман на ултрависоким температурама и који могу да смање квалитет и рок трајања топлотно обрађеног млека и других млечних производа, могу се ефикасније инактивирати истовременом применом ултразвука, топлоте и притиска. (МТС).

Ултразвук је показао свој потенцијал у уништавању патогена који се преносе храном, као што су Е.цоли, Салмонеллае, Асцарис, Гиардиа, Цриптоспоридиум цисте и Полиовирус.

Примењује се на: конзервисање џема, мармеладе или прелива, воћних сокова и сосова, месних производа, млечних производа и сладоледа.
 

Синергије ултразвука са температуром и притиском

Ултразвук је често ефикаснији када се комбинује са другим антимикробним методама, као што су:

• термо-сонификација, односно топлота и ултразвук
• мано-сонификација, односно притисак и ултразвук
• мано-термо соникација, односно притисак, топлота и ултразвук

Комбинована примена ултразвука са топлотом и/или притиском препоручује се за Бациллус субтилис, Бациллус цоагуланс, Бациллус цереус, Бациллус стеротхермопхилус, Саццхаромицес церевисиае и Аеромонас хидропхила.

Ултразвук у односу на друге технике очувања хране

За разлику од других термичких и нетермалних процеса, као што су хомогенизација под високим притиском, топлотна пастеризација, високи хидростатички притисак (ХП), компримовани угљен-диоксид (цЦО2) и суперкритични угљен-диоксид (СцЦО2), импулси високог електричног поља (ХЕЛП) или микроталаси, ултразвук се може лако тестирати у лабораторији или на столној ваги – генерисање поновљивих резултата за повећање. Интензитет и карактеристике кавитације могу се лако прилагодити специфичном процесу екстракције ради циљања специфичних циљева. Амплитуда и притисак могу варирати у широком опсегу, нпр. да би се идентификовала енергетски најефикаснија поставка за екстракцију.

Друге предности повезане са употребом ултразвучне екстракције сонде су једноставно руковање екстрактом, брзо извршење, без остатака, висок принос, еколошки прихватљив, побољшан квалитет и спречавање деградације екстракта.
(уп. Цхемат ет ал., 2011)

Ултрасоникатори високих перформанси за екстракцију и конзервацију

Хиелсцхер Ултрасоницс дизајнира, производи и дистрибуира ултрасоникаторе високих перформанси за ефикасну екстракцију и очување. Коришћење Хиелсцхер ултразвучне опреме за екстракцију и очување хране је моћна технологија обраде која не само да се може применити безбедно и еколошки, већ и ефикасно и економично. Ефекат хомогенизације и конзервирања може се лако користити за било који течни или пастозни прехрамбени производ укључујући воћне сокове и пире (нпр. наранџа, јабука, грејпфрут, манго, грожђе, шљива), као и за сосове и супе од поврћа (нпр. парадајз сос или супа од шпарога), млечни производи, јаја и месо.
Наш портфељ ултразвучних хомогенизатора и екстрактора се креће од ручних, преносивих уређаја до потпуно индустријских производних система за инлине обраду великих количина у комерцијалним размерама.

Дизајн, производња и консалтинг – Квалитет Маде ин Германи

Хиелсцхер ултрасоникатори су познати по свом највишем квалитету и стандардима дизајна. Робусност и једноставан рад омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних апарата у индустријске објекте. Хиелсцхер ултрасоникатори се лако носе са тешким условима и захтевним окружењима.

Хиелсцхер Ултрасоницс је ИСО сертификована компанија и ставља посебан нагласак на ултрасоникаторе високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставношћу за коришћење. Наравно, Хиелсцхер ултрасоникатори су усаглашени са ЦЕ и испуњавају захтеве УЛ, ЦСА и РоХ.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: