Ultraljud extraktion och konservering

Ultraljud extraktion och konservering använder sig av kraft ultraljud för sönderfall av cellstrukturer (lys). Att bryta celler med ultraljud rersults i mycket effektiv extraktion av intracellulära föreningar samt mikrobiell inaktivering. På grund av många fördelar används ultraljud i stor utsträckning för extraktion och konservering inom livsmedelsindustrin. Lär dig mer om fördelarna med ultraljud extraktion och livsmedelsbearbetning!

Power Ultrasound för utvinning och konservering av livsmedel och växter

Ultraljud extraktion: Ultraljudsextraktion är en process som använder högfrekventa ljudvågor för att extrahera föreningar från en mängd olika material som växter, frukt och grönsaker. Processen involverar användning av ultraljudsvågor för att skapa högtrycksbubblor i ett flytande eller halvfast material, som kollapsar snabbt, genererar intensiv värme och tryck som stör materialets cellväggar och frigör de önskade föreningarna.

Arbetsprincipen för ultraljud extraktion och konservering

Den grundläggande principen bakom ultraljud extraktion är baserad på fenomenet som kallas akustisk kavitation. När en vätska utsätts för ultraljudsvågor med hög intensitet och låg frekvens (ca 20 kHz) genererar den tryckvågor som skapar små vakuumbubblor i vätskan. Dessa bubblor växer i storlek när intensiteten på ultraljudet ökar, och när de når en viss storlek kollapsar de plötsligt och våldsamt, genererar en chockvåg och frigör energi i form av värme och tryck.
Denna process orsakar mekanisk störning av cellväggarna, vilket frigör de önskade föreningarna från materialet till det flytande lösningsmedlet. De frigjorda föreningarna kan sedan separeras från lösningsmedlet med hjälp av standardseparationstekniker som filtrering eller centrifugering.

 
Konservering med ultraljud: Ultraljudsbevarande är baserat på samma kavitationella effekter som ultraljudsextraktion. För konservering används kraftultraljud för att förlänga hållbarheten för lättfördärvliga livsmedel genom att använda högfrekventa ljudvågor för att hämma tillväxten av mikroorganismer som orsakar förstörelse. Processen innebär att maten utsätts för ultraljudsvågor som stör cellväggarna hos bakterier, jäst och mögel, vilket leder till att de förstörs eller hämmas.
Denna process orsakar mekanisk störning av mikroorganismernas cellväggar, vilket leder till att de förstörs eller hämmas. Ultraljudsvågor kan också öka permeabiliteten hos cellmembran, vilket gör att konserveringsmedel och andra antimikrobiella medel kan tränga in och döda mikroorganismerna mer effektivt.
Ultraljudskonservering är att föredra framför traditionella konserveringsmetoder eftersom det ger flera fördelar såsom kortare bearbetningstid, högre effektivitet och förmågan att bevara matens naturliga egenskaper och smaker. Det används i ett brett utbud av livsmedelsprodukter som såser, juicer, mejeriprodukter, ägg och kött för att förlänga deras hållbarhet och garantera deras säkerhet.

Ultraljudsextraktions- och konserveringstekniken är att föredra framför traditionella extraktions- och konserveringsmetoder eftersom den erbjuder flera fördelar såsom snabbare extraktionshastigheter, utmärkt produktkvalitet, högre avkastning, rent mekanisk icke-termisk behandling och förmågan att extrahera ett bredare utbud av föreningar. Det används i ett brett spektrum av industrier som mat och dryck, läkemedel och kosmetika.

Ultraljud protein och enzym extraktion

I synnerhet är extraktionen av enzymer och proteiner som lagras i celler och subcellulära partiklar en unik och effektiv tillämpning av högintensivt ultraljud, eftersom extraktionen av organiska föreningar som finns i kroppen av växter och frön med ett lösningsmedel kan förbättras avsevärt. Därför har ultraljud en potentiell fördel vid extraktion och isolering av nya potentiellt bioaktiva komponenter, t.ex. från icke-utnyttjade biproduktströmmar som bildas i nuvarande processer. Ultraljud kan också bidra till att intensifiera effekterna av enzymbehandlingen, och genom detta minska mängden enzym som behövs eller öka utbytet av extraherbara relevanta föreningar.

Ultraljud extraktion av lipider och proteiner

Ultraljud används ofta för att förbättra utvinningen av lipider och proteiner från växtfrön, såsom sojabönor (t.ex. mjöl eller avfettade sojabönor) eller andra oljeväxter. I detta fall underlättar förstörelsen av cellväggarna pressningen (kall eller varm) och minskar därmed kvarvarande olja eller fett i presskakan.

Påverkan av kontinuerlig ultraljud extraktion till utbytet av dispergerad protein visades av Moulton et al. Ultraljudsbehandlingen ökade återvinningen av dispergerad protein progressivt eftersom flingor / lösningsmedel förhållandet ändrades från 1:10 till 1:30. Det visade att ultraljud är kapabel att peptize sojaprotein vid nästan vilken kommersiell genomströmning som helst och att ultraljudsbehandling energi som krävs var den lägsta, när tjockare uppslamningar användes.

Ultraljudsisolering av fenolföreningar och antocyaniner

Enzymer, såsom pektinaser, cellulaser och hemicellulaser används i stor utsträckning vid juicebearbetning för att bryta ner cellväggar och förbättra juicens extraktabilitet. Störningen av cellväggsmatrisen frigör också komponenter, såsom fenolföreningar, i saften. Ultraljud förbättrar extraktionsprocessen och kan därför leda till en ökning av fenolföreningen, alkaloiderna och juiceutbytet, som vanligtvis finns kvar i presskakan.

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. “Amerikansk behandling ökar koncentrationen av fenolföreningar i blåbärsjuice med mer än 15%. […] Påverkan av UL(ultraljud) var mer signifikant med svarta vinbär, som är mer utmanande bär vid juicebearbetning än blåbär på grund av deras höga innehåll av pektin och annorlunda cellväggsarkitektur. […] ökade koncentrationen av fenolföreningar i saften med 15-25 % genom att använda US (ultraljud) behandling efter enzyminkubation.” (jfr Mokkila et al., 2004)
 

Mikrobiell och enzyminaktivering

Mikrobiell och enzyminaktivering (konservering), t.ex. i fruktjuicer och såser, är en annan tillämpning av ultraljud inom livsmedelsindustrin. Idag är konservering genom höjning av temperaturen under korta tidsperioder (pastörisering) fortfarande den vanligaste bearbetningsmetoden för mikrobiell eller enzyminaktivering som leder till längre hållbarhet (konservering). På grund av exponeringen för höga temperaturer kommer den konventionella termiska pastöriseringen ofta nackdelar för livsmedelsprodukter.
Produktionen av nya ämnen från värmekatalyserade reaktioner och modifiering av makromolekyler samt deformation av växt- och djurstrukturer kan minska i en kvalitetsförlust. Därför kan värmebehandling orsaka oönskade förändringar av sensoriska attribut, dvs. konsistens, smak, färg, lukt och näringsmässiga egenskaper, dvs. vitaminer och proteiner. Ultraljud är ett effektivt icke-termiskt (minimalt) bearbetningsalternativ.

Till skillnad från konventionella värmebehandlingar använder ultraljudskonservering energin och skjuvkrafterna från akustisk kavitation för att inaktivera enzymer. Vid tillräckligt låga nivåer av ultraljudsbehandling strukturella och metaboliska förändringar kan uppstå i celler utan att de förstörs. Aktiviteten av peroxidas, som finns i de flesta råa och oblancherade frukter och grönsaker och som särskilt kan förknippas med utvecklingen av bismaker och brunfärgningspigment, kan minskas avsevärt genom användning av ultraljud. Värmeresistenta enzymer, såsom lipas och proteas, som tål behandling vid ultrahög temperatur och som kan minska kvaliteten och hållbarheten hos värmebehandlad mjölk och andra mejeriprodukter, kan inaktiveras mer effektivt genom samtidig applicering av ultraljud, värme och tryck (MTS).

Ultraljud har visat sin potential vid förstörelse av livsmedelsburna patogener, som E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidiumcystor och poliovirus.

Gäller för: konservering av sylt, marmelad eller pålägg, fruktjuicer och såser, köttprodukter, mejeriprodukter och glass.
 

Synergier av ultraljud med temperatur och tryck

Ultraljud är ofta effektivare i kombination med andra antimikrobiella metoder, såsom:

• termo-ultraljudsbehandling, dvs värme och ultraljud
• Mano-ultraljudsbehandling, dvs tryck och ultraljud
• Mano-termo-ultraljudsbehandling, dvs tryck, värme och ultraljud

Kombinerad applicering av ultraljud med värme och/eller tryck rekommenderas för Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae och Aeromonas hydrophila.

Ultraljud vs andra tekniker för konservering av livsmedel

Till skillnad från andra termiska och icke-termiska processer, såsom högtryckshomogenisering, värmepastörisering, högt hydrostatiskt tryck (HP), komprimerad koldioxid (cCO2) och superkritisk koldioxid (ScCO2), höga elektriska fältpulser (HELP) eller mikrovågsugn, kan ultraljud enkelt testas i labb- eller bänkskala – generera reproducerbara resultat för uppskalning. Intensiteten och kavitationsegenskaperna kan enkelt anpassas till den specifika extraktionsprocessen för att rikta in sig på specifika mål. Amplitud och tryck kan varieras inom ett brett intervall, t.ex. för att identifiera den mest energieffektiva utsugsuppställningen.

Andra fördelar kopplade till användningen av ultraljudssondextraktion är enkel hantering av extrakt, snabb exekvering, inga rester, hög avkastning, miljövänlig, förbättrad kvalitet och förebyggande av extraktnedbrytning.
(jfr Chemat et al., 2011)

Högpresterande ultraljudsapparater för extraktion och förutseende

Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljudsapparater för effektiv extraktion och konservering. Att använda Hielscher ultraljudsutrustning för extraktion och konservering av livsmedel är en kraftfull bearbetningsteknik som inte bara kan användas säkert och miljövänligt utan också effektivt och ekonomiskt. Den homogeniserande och konserverande effekten kan enkelt användas för alla flytande eller pastaliknande livsmedelsprodukter inklusive fruktjuicer och puréer (t.ex. apelsin, äpple, grapefrukt, mango, druva, plommon) samt för grönsakssåser och soppor (t.ex. tomatsås eller sparrissoppa), mejeriprodukter, ägg och kött.
Vår portfölj av ultraljudshomogenisatorer och extraktorer sträcker sig från handhållna, bärbara enheter till helt industriella produktionssystem för inline-bearbetning av stora volymer i kommersiell skala.

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänligheten. Naturligtvis är Hielscher ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: