Ultraljud utvinning och bevarande använder hjälp av makt ultraljud för sönderfall av cellstrukturer (lys). Bryta celler med ultraljud rersults i högeffektiv extraktion av intracellulära föreningar samt mikrobiell inaktivering. På grund av många fördelar används ultraljud i stor utsträckning för extraktion och konservering i livsmedelsindustrin. Läs mer om fördelarna med ultraljud utvinning och mat bearbetning!

Power ultraljud för utvinning och konservering av mat och växter

Ultraljuds extraktion: Ultraljud utvinning är en process som använder högfrekventa ljudvågor för att extrahera föreningar från en mängd olika material såsom växter, frukter, och grönsaker. Processen innefattar 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 utvinning och bevarande

Den grundläggande principen bakom ultraljud utvinning är baserad på fenomenet 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 ultraljudsintensiteten 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 såsom filtrering eller centrifugering.

Ultraljud bevarande: Ultraljud bevarande är baserad på samma kavitational effekter som ultraljud utvinning. För konservering appliceras ultraljud för att förlänga hållbarheten hos lättfördärvliga livsmedel genom att använda högfrekventa ljudvågor för att hämma tillväxten av mikroorganismer som orsakar förstörelse. Processen innebär att utsätta maten för ultraljudsvågor som stör cellväggarna hos bakterier, jäst och mögel, vilket leder till deras förstörelse eller hämning.
Denna process orsakar mekanisk störning av mikroorganismernas cellväggar, vilket leder till deras förstörelse eller hämning. Ultraljudsvågor kan också öka permeabiliteten hos cellmembran, vilket gör att konserveringsmedel och andra antimikrobiella medel kan tränga in och döda mikroorganismerna mer effektivt.
Ultraljud bevarande föredras framför traditionella konserveringsmetoder eftersom det erbjuder flera fördelar såsom kortare bearbetningstid, högre effektivitet, och förmågan att bevara de naturliga egenskaper och smaker av maten. Det används i ett brett utbud av livsmedelsprodukter som såser, juice, mejeriprodukter, ägg och kött för att förlänga hållbarheten och säkerställa deras säkerhet.

Ultraljud utvinning och bevarande teknik föredras framför traditionella utvinning och konserveringsmetoder eftersom det erbjuder flera fördelar såsom snabbare utvinning priser, utmärkt produktkvalitet, högre avkastning, rent mekanisk icke-termisk behandling och förmågan att extrahera ett bredare spektrum av föreningar. Det används i ett brett spektrum av branscher som mat och dryck, läkemedel och kosmetika.

Ultraljud protein och enzym utvinning

I synnerhet är extraktionen av enzymer och proteiner lagrade i celler och subcellulära partiklar en unik och effektiv tillämpning av högintensiv ultraljud, eftersom extraktionen av organiska föreningar som ingår 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 enzymbehandling, och därigenom minska mängden enzym som behövs eller öka utbytet av extraherbara relevanta föreningar.

Ultraljud utvinning av lipider och proteiner

Ultrasonication används ofta för att förbättra extraktionen av lipider och proteiner från växtfrön, såsom sojabönor (t.ex. mjöl eller avfettade sojabönor) eller andra oljefrön. I detta fall, förstörelse av cellväggarna underlättar pressning (kall eller varm) och därigenom reducerar den kvarvarande oljan eller fettet i presskakan.

Påverkan av kontinuerlig ultraljud utvinning till utbytet av dispergerat protein demonstrerades av Moulton et al. Ultraljudsbehandling ökade återhämtningen av dispergerat protein gradvis som flingor / lösningsmedel förhållandet ändrats från 1:10 till 1:30. Det visade att ultraljud är kapabel att peptize sojaprotein vid nästan alla kommersiella genomströmningar och att ultraljudsbehandling energi krävs var den lägsta, när tjockare uppslamningar användes.

Ultraljud isolering av fenolföreningar och antocyaniner

Enzymer, såsom pektinaser, cellulaser och hemicellulaser används i stor utsträckning saft bearbetning för att bryta ned cellväggar och förbättra saften extraherbarhet. Söndringen av cellväggen matrisen frigör också komponenter, såsom fenoliska föreningar i juicen. Ultraljud förbättrar extraktionsprocessen och därför kan leda till en ökning av den fenoliska föreningen, alkaloider och juiceutbyte, vanligen 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. “US behandling öka koncentrationen av fenoliska föreningar med blåbär saft med mer än 15%. […] Inverkan av US (ultraljud) var mer signifikanta med svarta vinbär, som är mer utmanande bär i saft bearbetning än blåbär på grund av deras höga halt av pektin och olika cellväggen arkitektur. […] Koncentrationen av fenolföreningar i saften ökade med 15-25% genom att använda US (ultraljud) behandling efter enzym inkubation.” (jfr Mokkila m.fl., 2004)
 

Mikrobiella och enzyminaktive

Mikrobiell och enzyminaktivering (konservering), t.ex. i fruktjuicer och såser är en annan tillämpning av ultraljud i livsmedelsbearbetningen. 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 hög temperatur kommer den konventionella termiska pastöriseringen ofta nackdelar för livsmedelsprodukter.
Produktion av nya ämnen från värmekatalyserade reaktioner och modifiering av makromolekyler såväl som deformationen av växt- och djur strukturer kan minska i en förlust av kvalitet. Därför kan termisk behandling orsaka oönskade förändringar av sensoriska attribut, dvs. textur, smak, färg, lukt, och näringsmässiga egenskaper, dvs vitaminer och proteiner. Ultraljud är en effektiv icke-termisk (minimal) bearbetning alternativ.

I motsats till konventionella värmebehandlingar använder ultraljudskonservering energi och skjuvkrafter av akustisk kavitation för att inaktivera enzymer. Vid tillräckligt låga nivåer av ultraljudsbehandling strukturella och metaboliska förändringar kan förekomma i celler utan deras förstörelse. Aktiviteten av peroxidas, som finns i de flesta råa och oblancherade frukter och grönsaker och kan särskilt förknippas med utvecklingen av bismaker och brunfärgningspigment kan minskas avsevärt genom användning av ultraljud. Värmeresistenta enzymer, såsom lipas och proteas som tål ultrahög temperaturbehandling och som kan minska kvaliteten och hållbarheten hos värmebehandlad mjölk och andra dagboksprodukter kan inaktiveras mer effektivt genom samtidig applicering av ultraljud, värme och tryck (MTS).

Ultraljud har visat sin potential i förstörelsen av livsmedelsburna patogener, som E. coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium cyster, och Poliovirus.

Gäller för: konservering av sylt, marmelad eller pålägg, fruktjuice och fruktsåser, köttprodukter, mejeriprodukter och glass.
 

Synergier av ultraljud med temperatur och tryck

Ultrasonication är ofta mer effektivt när de kombineras med andra antimikrobiella metoder, såsom:

• termo-sonikering, dvs värme och ultraljud
• mano-sonikering, dvs tryck och ultraljud
• mano-termo-sonikering, dvs tryck, värme och ultraljud

Den kombinerade tillämpningen 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 livsmedelskonserveringstekniker

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 i ett brett område, t.ex. för att identifiera den mest energieffektiva extraktionsinställningen.

Andra fördelar kopplade till användningen av ultraljud sond-typ utvinning är enkel hantering av extrakt, snabb utförande, inga rester, hög avkastning, miljövänlig, förbättrad kvalitet och förebyggande av extrakt nedbrytning.
(jfr Chemat et al., 2011)

Högpresterande ultrasonicators för extraktion och preseravation

Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultrasonicators för effektiv utvinning och bevarande. Använda Hielscher ultraljud utrustning för utvinning och livsmedel konservering är en kraftfull bearbetningsteknik som inte bara kan tillämpas säkert och miljövänligt men också effektivt och ekonomiskt. Den homogeniserande och konserverande effekten kan enkelt användas för alla flytande eller pastaliknande livsmedelsprodukter, inklusive fruktjuicer och fruktpuréer (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 ultraljud homogenisatorer 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 ultrasonicators är kända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integration av våra ultrasonicators i industrianläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultrasonicators med state-of-the-art teknik och användarvänlighet. Naturligtvis är Hielscher ultrasonicators CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: