Ултразвучна екстракција и конзервисање

Ултразвучна екстракција и конзервисање користе ултразвук велике снаге за дезинтеграцију ћелијских структура (лизу). Разарање ћелија ултразвуком омогућава веома ефикасну екстракцију унутарћелијских једињења, као и инактивацију микроорганизама. Због бројних предности, ултразвучна обрада се широко користи за екстракцију и конзервисање у прехрамбеној индустрији. Сазнајте више о предностима ултразвучне екстракције и обраде хране!

Ултразвук велике снаге за екстракцију и конзервисање хране и биљних материјала

Ултразвучна екстракција: Ултразвучна екстракција је процес који користи звучне таласе високе фреквенције за издвајање једињења из различитих материјала, као што су биљке, воће и поврће. Процес обухвата примену ултразвучних таласа за стварање мехурића под високим притиском у течном или получврстом материјалу, који брзо колабирају, стварајући интензивну топлоту и притисак који разарају ћелијске зидове материјала и ослобађају жељена једињења.

Принцип рада ултразвучне екстракције и конзервисања

Основни принцип ултразвучне екстракције заснива се на појави познатој као акустична кавитација. Када је течност изложена ултразвучним таласима високог интензитета и ниске фреквенције (приближно 20 kHz), у њој настају таласи притиска који стварају ситне вакуумске мехуриће. Ови мехурићи расту са повећањем интензитета ултразвука, а када достигну одређену величину, нагло и снажно колабирају, стварајући ударни талас и ослобађајући енергију у облику топлоте и притиска.
Овај процес изазива механичко разарање ћелијских зидова, при чему се жељена једињења ослобађају из материјала у течни растварач. Ослобођена једињења затим се могу одвојити од растварача стандардним техникама сепарације, као што су филтрација или центрифугирање.

 
Ултразвучно конзервисање: Ултразвучно конзервисање заснива се на истим кавитационим ефектима као и ултразвучна екстракција. При конзервисању, ултразвук велике снаге примењује се за продужавање рока трајања лако кварљивих намирница коришћењем звучних таласа високе фреквенције за инхибицију раста микроорганизама који изазивају кварење. Процес обухвата излагање хране ултразвучним таласима који разарају ћелијске зидове бактерија, квасаца и плесни, што доводи до њиховог уништавања или инхибиције.
Овај процес изазива механичко разарање ћелијских зидова микроорганизама, што доводи до њиховог уништавања или инхибиције. Ултразвучни таласи такође могу повећати пропустљивост ћелијских мембрана, омогућавајући конзервансима и другим антимикробним средствима да ефикасније продру у микроорганизме и униште их.
Ултразвучном конзервисању даје се предност у односу на традиционалне методе конзервисања јер нуди више предности, као што су краће време обраде, већа ефикасност и могућност очувања природних својстава и укуса хране. Примењује се на широк спектар прехрамбених производа, као што су сосови, сокови, млечни производи, јаја и месо, ради продужавања њиховог рока трајања и обезбеђивања њихове безбедности.

Техници ултразвучне екстракције и конзервисања даје се предност у односу на традиционалне методе екстракције и конзервисања јер нуди више предности, као што су већа брзина 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 индустрија хране и пића, фармацеутска и козметичка индустрија.

Ултразвучна екстракција протеина и ензима

Нарочито је екстракција ензима и протеина ускладиштених у ћелијама и субћелијским честицама јединствена и ефикасна примена ултразвука високог интензитета, јер се екстракција органских једињења садржаних у биљкама и семену помоћу растварача може знатно побољшати. Стога ултразвук може бити користан за екстракцију и изоловање нових, потенцијално биоактивних компоненти, нпр. из неискоришћених токова споредних производа који настају у постојећим процесима. Ултразвук такође може помоћи да се појачају ефекти ензимског третмана и тиме смањи потребна количина ензима или повећа принос релевантних једињења која се могу екстраховати.

Ултразвучна екстракција липида и протеина

Ултразвучни третман се често користи за побољшање екстракције липида и протеина из семена биљака, као што је соја (нпр. сојино брашно или обезмашћена соја), или из другог семена уљарица. У овом случају, разарање ћелијских зидова олакшава пресовање (хладно или топло) и тиме смањује количину заосталог уља или масти у погачи након пресовања.

Утицај континуалне ултразвучне екстракције на принос диспергованих протеина показали су Moulton и сарадници. Ултразвучни третман је постепено повећавао количину добијених диспергованих протеина како се однос пахуљица и растварача мењао са 1:10 на 1:30. Показало се да ултразвук може да пептизује сојине протеине при готово сваком комерцијалном капацитету прераде и да је потребна енергија ултразвучног третмана била најнижа када су коришћене гушће суспензије.

Ултразвучно изоловање фенолних једињења и антоцијана

Ензими, као што су пектиназе, целулазе и хемицелулазе, широко се користе у преради сокова ради разградње ћелијских зидова и побољшања издвајања сока. Разарање матрикса 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 сока, који обично остају у погачи након пресовања.

Повољне ефекте ултразвучног третмана на ослобађање фенолних једињења и антоцијана из матрикса грожђа и бобичастог воћа у сок, нарочито из боровница (Vaccinium myrtillus) и црних рибизли (>Ribes nigrum), испитивао је VTT Biotechnology из Финске користећи ултразвучни процесор UIP2000hd након одмрзавања, уситњавања у кашу и инкубације са ензимима. Разарање ћелијских зидова ензимским третманом (Pectinex BE-3L за боровнице и Biopectinase CCM за црне рибизле) побољшано је комбиновањем са ултразвуком. „Третман ултразвуком (US) повећава концентрацију фенолних једињења у соку од боровнице за више од 15%. […] Утицај US (ултразвука) био је значајнији код црних рибизли, које су због високог садржаја пектина и другачије архитектуре ћелијског зида захтевније за прераду у сок од боровница. […] концентрација фенолних једињења у соку повећала се за 15–25% применом третмана US (ултразвуком) након инкубације са ензимима.“ (cf. Mokkila et al., 2004)
 

Инактивација микроорганизама и ензима

Инактивација микроорганизама и ензима (конзервисање), нпр. у воћним соковима и сосовима, још је једна примена ултразвука у преради хране. Данас је конзервисање краткотрајним повишењем температуре (пастеризација) и даље најчешћи поступак инактивације микроорганизама или ензима којим се продужава рок трајања (конзервисање). Због излагања високој температури, конвенционална термичка пастеризација често има недостатке за прехрамбене производе.
Настанак нових супстанци у реакцијама катализованим топлотом и модификација макромолекула, као и деформација биљних и животињских структура, могу довести до губитка квалитета. Стога термички третман може изазвати нежељене промене сензорних својстава, тј. текстуре, укуса, боје и мириса, као и нутритивних својстава, тј. витамина и протеина. Ултразвук је ефикасна алтернатива за нетермичку (минималну) прераду.

За разлику од конвенционалних термичких третмана, ултразвучно конзервисање користи енергију и силе смицања акустичне кавитације за инактивацију ензима. При довољно ниским нивоима соникације у ћелијама могу настати структурне и метаболичке промене без њиховог разарања. Активност пероксидазе, која се налази у већини сировог и небланшираног воћа и поврћа и може бити нарочито повезана са развојем непожељних укуса и пигмената који изазивају посмеђивање, може се знатно смањити применом ултразвука. Терморезистентни ензими, као што су липаза и протеаза, који подносе третман ултрависоком температуром и могу смањити квалитет и рок трајања термички обрађеног млека и других млечних производа, могу се ефикасније инактивирати истовременом применом ултразвука, топлоте и притиска (MTS).

Ултразвук је показао потенцијал за уништавање патогена који се преносе храном, као што су E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, цисте Cryptosporidium и Poliovirus.

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

Синергијски ефекти ултразвука са температуром и притиском

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

• термосоникација, тј. топлота и ултразвук
• маносоникација, тј. притисак и ултразвук
• манотермосоникација, тј. притисак, топлота и ултразвук

Комбинована примена ултразвука са топлотом и/или притиском препоручује се за Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae и Aeromonas hydrophila.

Ултразвук у поређењу са другим техникама конзервисања хране

За разлику од других термичких и нетермичких поступака, као што су хомогенизација под високим притиском, термичка пастеризација, обрада под високим притиском (HPP), компримовани угљен-диоксид (cCO2) и суперкритични угљен-диоксид (ScCO2), импулси електричног поља високог интензитета (HELP) или микроталаси, ултразвук се може лако испитати у лабораторијским размерама или на стоној опреми – уз добијање поновљивих резултата за повећање размера процеса. Интензитет и карактеристике кавитације могу се лако прилагодити конкретном процесу екстракције ради постизања одређених циљева. Амплитуда и притисак могу се мењати у широком опсегу, нпр. ради утврђивања енергетски најефикасније поставке екстракције.

Друге предности примене екстракције ултразвучном сондом јесу лако руковање екстрактом, брзо извођење, одсуство остатака, висок принос, еколошка прихватљивост, побољшан квалитет и спречавање разградње екстракта.
(уп. Chemat и сар., 2011)

Ултразвучни уређаји високих перформанси за екстракцију и конзервисање

Hielscher Ultrasonics пројектује, производи и дистрибуира ултразвучне уређаје високих перформанси за ефикасну екстракцију и конзервисање. Употреба ултразвучне опреме Hielscher за екстракцију и конзервисање хране представља моћну технологију обраде која се може примењивати безбедно и еколошки прихватљиво, али и ефикасно и економично. Ефекти хомогенизације и конзервисања могу се лако искористити за било који течни или пастозни прехрамбени производ, укључујући воћне сокове и пирее (нпр. од поморанџе, јабуке, грејпфрута, манга, грожђа, шљиве), као и сосове и супе од поврћа (нпр. сос од парадајза или супу од шпаргле), млечне производе, јаја и месо.
Наш асортиман ултразвучних хомогенизатора и екстрактора обухвата све од ручних, преносивих уређаја до потпуно индустријских производних система за проточну обраду великих запремина у комерцијалним размерама.

Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој

Ултразвучни уређаји Hielscher добро су познати по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Ултразвучни уређаји Hielscher лако подносе сурове услове и захтевна радна окружења.

Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом и посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси који се одликују најсавременијом технологијом и једноставном употребом. Наравно, ултразвучни уређаји Hielscher усаглашени су са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: