Ултразвучна екстракција и заштита
Ultrazvučno vađenje i očuvanje koristi se korišćenjem power ultrazvuka za dezintegraciju struktura ćelija (liza). Razbijanje ćelija ultrazvučnim rersultima u visoko efikasnom vađenju unutarćelijskih jedinjenja kao i mikrobiološkoj inaktivaciji. Zbog brojnih prednosti, ultrazvuka se uveliko koristi za vađenje i očuvanje u prehrambenoj industriji. Saznajte više o prednostima ultrazvučnog vađenja i prerade hrane!
Power Ultrazvuk za vađenje i očuvanje hrane i botanike
Ултразвучна екстракција: Ultrazvučno vađenje je proces koji koristi visokofrekventne zvučne talase za izdvajanje jedinjenja iz različitih materijala kao što su biljke, voće i povrće. Proces podrazumeva upotrebu ultrazvučnih talasa za stvaranje mehurića visokog pritiska u tečnom ili polu-čvrstom materijalu, koji se brzo urušava, generišući intenzivnu toplotu i pritisak koji remeti ćelijske zidove materijala i oslobađa željena jedinjenja.
Radni princip ultrazvučnog vađenja i očuvanja
Osnovni princip koji stoji iza ultrazvučnog izvlačenja zasnovan je na fenomenu poznatom kao akustična kavitacija. Kada je tečnost izložena ultrazvučnim talasima visokog intenziteta i niske frekvencije (oko 20 kHz), ona generiše talase pritiska koji stvaraju sitne vakuumske mehuriće u tečnosti. Ovi mehurići rastu u veličini kako se intenzitet ultrazvuka povećava, a kada dostignu određenu veličinu, urušavaju se iznenada i nasilno, stvarajući udarni talas i oslobađajući energiju u vidu toplote i pritiska.
Ovaj proces izaziva mehaničko prekidanje zidova ćelija, oslobađajući željena jedinjenja iz materijala u tečni rastvarač. Oslobođena jedinjenja se zatim mogu odvojiti od rastvaračice koristeći standardne tehnike razdvajanja kao što su filtracija ili centrifugacija.
Ultrazvučni UP400St za efikasno ne-toplotno vađenje biljnog materijala.
Ultrazvučno očuvanje: Ultrazvučno očuvanje se zasniva na istim kavitacionim efektima kao i ultrazvučno vađenje. Radi očuvanja, primenjuje se ultrazvuk snage kako bi se produžio vek trajanja kvarljivih namirnica korišćenjem visokofrekventnih zvučnih talasa kako bi se inhibirala rast mikroorganizama koji izazivaju kvarenje. Proces podrazumeva izlaganje hrane ultrazvučnim talasima koji remete ćelijske zidove bakterija, kvasca i kalupa, što dovodi do njihovog uništenja ili inhibicije.
Ovaj proces izaziva mehaničko ometanje ćelijskih zidova mikroorganizama, što dovodi do njihovog uništenja ili inhibicije. Ultrazvučni talasi takođe mogu da povećaju prožimaju ćelijske membrane, omogućavajući konzervansima i drugim antimikrobnim agensima da efikasnije prodru i ubiju mikroorganizme.
Ultrazvučno očuvanje je poželjno u odnosu na tradicionalne metode očuvanja jer nudi nekoliko prednosti kao što su kraće vreme obrade, veća efikasnost i mogućnost očuvanja prirodnih svojstava i ukusa hrane. Koristi se u širokom spektru prehrambenih proizvoda kao što su sosovi, sokovi, mlečni proizvodi, jaja i meso kako bi im se produžio vek trajanja police i osigurala njihova bezbednost.
Tehnika ultrazvučnog izvlačenja i očuvanja poželjna je u odnosu na tradicionalne metode ekstrakcije i očuvanja jer nudi nekoliko prednosti kao što su brže stope ekstrakcije, odličan kvalitet proizvoda, veći prinos, čisto mehanički ne-termalni tretman i mogućnost izvlačenja šireg spektra jedinjenja. Koristi se u širokom spektru industrija kao što su hrana i piće, farmaceutska industrija i kozmetika.
Moćna ultrazvučna kavitacija na Hielscher UIP1000hdT Cascatrode
Ultrazvučni proteini i ekstrakcija enzima
Posebno vađenje enzima i proteina uskladištenih u ćelijama i subcelularnim česticama je jedinstvena i efikasna primena ultrazvuka visokog intenziteta, jer se ekstrakcija organskih jedinjenja koja se nalaze unutar tela biljaka i semenki rastvaračem može značajno poboljšati. Stoga ultrazvuk ima potencijalnu korist u vađenju i izolaciji romana potencijalno bioaktivnih komponenti, npr. Ultrazvuk takođe može da pomogne u intenziviranju efekata lečenja enzima, a time se smanjuje količina enzima koja je potrebna ili povećava prinos ekstraktivnih relevantnih jedinjenja.
Ultrazvučno vađenje lipida i proteina
Ултрасоникацијом се често користи за побољшање екстракцију липида и протеина из семена биљака, као што су соја (нпр брашна или обезмашћених соје) или других уљарица. У овом случају, разарање ћелијских зидова олакшава пресовање (хладно или топло) и тиме смањује заостали уље или маст у пресовања торту.
Uticaj neprekidnog ultrazvučnog vađenja na prinos raspršenih proteina demonstrirao je Moulton et al. Sonicija je progresivno povećala oporavak raspršenih proteina jer se odnos pahuljica/rastvarača menjao sa 1:10 na 1:30. Pokazalo se da je ultrazvuk sposoban da peptizira protein soje na gotovo svakom komercijalnom protoku i da je potrebna sonicijalna energija bila najniža, kada su korišćene deblje ljage.
Ultrazvučna izolacija fenolnih jedinjenja i antocijana
Ензими, попут пектиназа, целулаза и хемицелулазе имају широку примену у обради сокова у циљу деградирати ћелијске зидове и побољшања сок екстракције. Прекид матрице ћелијског зида и извештаји компоненте, као што фенолних једињења у соку. Ултразвук побољшава процес екстракције и стога може довести до повећања приноса фенолне једињења, алкалоиди и сокова, обично лево у штампи торту.
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. “УС третман повећавају концентрацију фенолних једињења боровница сока за више од 15%. […] Утицај САД (ултразвук) био значајнији код црне рибизле, које су више изазовна бобице у преради сока него боровница због високог садржаја пектина и другачијег ћелијског зида архитектуре. […] Концентрација фенолних једињења у соку порастао за 15-25% помоћу САД (ултразвук) лечење након ензима инкубације.” (cf. Mokkila et al., 2004)
Ultrazvučni UIP6000hdT u industrijskoj instalaciji neprekidnog vađenja.
Микроба и ензима Инактивадја
Mikrobiološka i enzimska inaktivacija (očuvanje), npr. u voćnim sokovima i sosovima je još jedna primena ultrazvuka u preradi hrane. Danas je očuvanje podizanjem temperature za kratke vremenske periode (Pasterizacija) i dalje najčešći metod obrade za inaktivaciju mikrobioma ili enzima koji dovodi do dužeg trajanja police (očuvanja). Zbog izloženosti visokoj temperaturi, konvencionalna toplotna pasterizacija dolazi često nepovoljno za prehrambene proizvode.
Производња нових супстанци из реакција топлоте-катализована и модификација макромолекула, као и деформације биљних и животињских објеката може смањити до губитка квалитета. Стога, термичка обрада може изазвати нежељене промене на сензорним атрибута, тј текстуру, окус, боје, мирис и нутритивних квалитета, тј витамини и протеина. Ултразвук је ефикасан не-термални (минимал) алтернатива процесирање.
Za razliku od konvencionalnih toplotnih tretmana, ultrazvučno očuvanje koristi energiju i čiste sile akustične kavitacije u cilju neaktivnosti enzima. Na dovoljno niskom nivou sonikacije strukturne i metaboličke promene mogu da se dese u ćelijama bez njihovog uništenja. Aktivnost Peroxidase, koja se nalazi u većini sirovog i neupečenog voća i povrća i može se posebno povezati sa razvojem off-flavors i browning pigmenta može se znatno smanjiti upotrebom ultrazvuka. Termoresistantni enzimi, kao što su lipaza i proteza koji izdrže ultra-tretman visoke temperature i koji mogu da smanje kvalitet i vek trajanja mleka tretiranog toplotom i drugih proizvoda iz dnevnika mogu se efikasnije aktivirati istovremenom primenom ultrazvuka, toplote i pritiska (MTS).
Ultrazvuk je pokazao svoj potencijal u uništavanju patogena rođenih u hrani, kao što su E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium ciste i Poliovirus.
Primenljivo na: očuvanje džema, marmelade ili preliva, voćnih sokova i soseva, mesnih proizvoda, mlečnih proizvoda i sladoleda.
Синергије ултразвука са температуру и притисак
Ултрасоникацијом је често ефикаснији у комбинацији са другим анти-микробне метода, као што су:
- термо соникације, тј топлоте и ултразвук
- мано-соникације, тј притисак и ултразвук
- мано-термо соникације, тј притиска, топлоте и ултразвук
Kombinovana primena ultrazvuka sa toplotom i/ili pritiskom preporučuje se za Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae i Aeromonas hidrofila.
Ultrazvuk vs Ostale tehnike očuvanja hrane
Za razliku od drugih termalnih i ne-termalnih procesa, kao što su homogenizacija visokog pritiska, pasterizacija toplote, visok hidrostatički pritisak (HP), komprimovani ugljen-dioksid (cCO2) i superkritični ugljen-dioksid (ScCO2), visoko električni puls polja (HELP) ili mikrotalasna pećnica, ultrazvuk se može lako testirati u laboratoriji ili na klupi – generisanje reproduktivnih rezultata za razmeru. Intenzitet i karakteristike kavitacije mogu se lako prilagoditi određenom procesu izvlačenja kako bi se ciljali određeni ciljevi. Amplitude i pritisak se mogu razlikovati u širokom opsegu, npr.
Druge prednosti povezane sa upotrebom ultrazvučnog vađenja tipa sonde su lako rukovanje ekstraktom, brzo izvršenje, bez zaostakata, visok prinos, ekološki, poboljšan kvalitet i sprečavanje razgradnje ekstrakta.
(cf. Chemat et al., 2011)
- Потпуно извлачење
- Ne-toplotno očuvanje
- Viši prinosi
- Visoke hranljive materije, vrhunski kvalitet hrane
- Brzi proces
- Hladan / ne-toplotni proces
- Lak i bezbedan za rad
- slabo održavanje
Ultrazvučnici visokih performansi za vađenje i preseravaciju
Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučnike visokih performansi za efikasno vađenje i očuvanje. Korišćenje Hielscher ultrazvučne opreme za vađenje i očuvanje hrane je moćna tehnologija obrade koja se ne samo može primeniti bezbedno i ekološki prihvatljivo već i efikasno i ekonomski. Homogenizujući i očuvajući efekat može se lako koristiti za bilo koji tečni ili paste-like prehrambeni proizvod uključujući voćne sokove i pire (npr. narandžu, jabuku, grejpfrut, mango, grožđe, šljive) kao i za sosove od povrća i supe (npr. paradajz sos ili supu od špargli), mlečne proizvode, jaja i meso.
Naš portfolio ultrazvučnih homogenizatora i ekstraktora kreće se od ručnih, prenosivih uređaja do potpuno industrijskih proizvodnih sistema za umetnutu obradu velikih količina u komercijalnoj razmeri.
Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvalitet napravljen u Nemačkoj
Hielscher ultrazvučni su dobro poznati po najvišim standardima kvaliteta i dizajna. Robustnost i lak rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnika u industrijske objekte. Grubim uslovima i zahtevnim okruženjima lako rukohvate Hielscher ultrazvučnici.
Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i poseban akcenat stavlja na ultrazvučnike visokih performansi koji sadrže vrhunsku tehnologiju i user-friendliness. Naravno, Hielscher ultrazvučni su CE usaglašeni i ispunjavaju zahteve UL, CSA i RoHs.
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:
| батцх tom | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 0.5 до 1.5мЛ | Н.А. | ВиалТвеетер | 1 до 500 мл | 10 до 200мЛ / мин | УП100Х |
| 10 до 2000мЛ | 20 до 400мЛ / мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л / мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100Л | 2 до 10Л / мин | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| Н.А. | 10 до 100Л / мин | УИП16000 |
| Н.А. | веће | кластер УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.
Literatura/reference
- 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.
Чињенице вреди знати
Ultrasonijska Neuravnotežna ćelija
Pod intenzivnim sonication enzimima ili proteinima može se osloboditi iz ćelija ili subcelularnih organela kao rezultat dezintegracije ćelija. U ovom slučaju, jedinjenje koje treba rastvoriti u rastvarač je ograđeno nerešivom strukturom. Da bi se izdvojila, ćelijska membrana mora biti destruktivna. Poremećaj ćelija je osetljiv proces, jer sposobnost ćelijskog zida da izdrži visok osmotički pritisak unutra. Potrebna je dobra kontrola poremećaja ćelija, kako bi se izbeglo nesmetano oslobađanje svih intracellularnih proizvoda, uključujući ostatke ćelija i nukleinska kiselina, odnosno denaturaciju proizvoda.
Ултрасоникацијом служи као добро контролисаних средстава за ћелија дезинтеграције. За ово, механичке ефекти ултразвука обезбеди брже и потпуније продирање растварача у ћелијских материјала и побољшати Масс Трансфер. Ултразвук постиже већу продирање растварача у биљном ткиву и побољшава Масс Трансфер. Ултразвучни таласи генерисање кавитација пуцања ћелијских зидова и олакшати ослобађање компоненти матрикса.
Ultrasonično poboljšani masovni transfer promoviše izvlačenje
Generalno, ultrazvuk može dovesti do prožimanja ćelijskih membrana na jone, a može značajno smanjiti i selevitet ćelijskih membrana. Mehanička aktivnost ultrazvuka podržava difuziju rastvarača u tkivo. Kako ultrazvuk mehanički razbija ćelijski zid od strane sila kavitacionih čaršija, on olakšava prenos iz ćelije u rastvarač. Smanjenje veličine čestica ultrazvučnim kavitacijom povećava površinsku površinu u kontaktu između čvrste i tečne faze.
Ultrazvučna liza i inaktivacija E.coli
Da bi proizveli male količine rekombinantnih proteina za proučavanje i karakterizaciju njihovih bioloških svojstava, E.coli je bakterija po izboru. Oznake za pročišćavanje, npr. polihistidinski rep, beta-galaktosidaza ili proteini koji vezuju maltozu, obično se spajaju sa rekombinantnim proteinima kako bi bili separabilni od ćelijskih ekstrakata sa čistoćom dovoljnom za većinu analitičkih namena. Ultrazvučnost omogućava da se maksimalno oslobodi protein, posebno kada je prinos proizvodnje nizak i da se očuva struktura i aktivnost rekombinantnog proteina.
Ultrazvučna oksidacija
Pod kontrolisanim intenzitetom, primena ultrazvuka na biotransformaciju i fermentaciju može rezultirati poboljšanom bioprocesijom, zbog indukovanih bioloških efekata i zbog olakšanog prenosa mobilne mase. Uticaj kontrolisane primene ultrazvuka (20kHz) na oksidaciju holesterola na kolestenone odmaranjem ćelija Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (ranije Nocardia erythropolis) istraživao je Bar (1987).
Ovaj sistem je tipičan za mikrobiološke transformacije sterolsa i steroida u tome supstrat i proizvodi su vodene nerešive čvrstine. Stoga je ovaj sistem prilično jedinstven po tome što i ćelije i čvrstine mogu biti podložne dejstvu ultrazvuka. Na dovoljno niskom ultrazvučnom intenzitetu koji je očuvao strukturni integritet ćelija i održavao njihovu metaboličku aktivnost, Bar je primetio značajno poboljšanje kinetičkih stopa biotransformacije u mikrobiološkim ljagama od 1,0 i 2,5 g/L holesterola kada se soničira za 5s na svakih 10mn sa izlazom energije od 0,2W/cm Ultrazvuk nije pokazao nikakav uticaj na enzimatsku oksidaciju holesterola (2,5g/L) od strane oksidacije holesterola.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od Лаб до industrijske veličine.