การสกัดและการถนอมด้วยอัลตราซาวนด์
การสกัดและการถนอมด้วยอัลตราซาวนด์ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูงเพื่อสลายโครงสร้างเซลล์ (การแตกของเซลล์) การทำให้เซลล์แตกด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้สกัดสารประกอบภายในเซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง รวมทั้งทำให้จุลินทรีย์หมดฤทธิ์ ด้วยข้อดีหลายประการ การใช้อัลตราซาวนด์จึงได้รับการใช้อย่างแพร่หลายในการสกัดและการถนอมในอุตสาหกรรมอาหาร เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับประโยชน์ของการสกัดและการแปรรูปอาหารด้วยอัลตราซาวนด์!
อัลตราซาวนด์กำลังสูงสำหรับการสกัดและการถนอมอาหารและวัตถุดิบจากพืช
การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์: การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นกระบวนการที่ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงเพื่อสกัดสารประกอบจากวัสดุหลากหลายชนิด เช่น พืช ผลไม้ และผัก กระบวนการนี้ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์สร้างฟองความดันสูงในของเหลวหรือวัสดุกึ่งแข็ง ซึ่งยุบตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดความร้อนและความดันอย่างรุนแรงที่ทำลายผนังเซลล์ของวัสดุและปลดปล่อยสารประกอบที่ต้องการออกมา
หลักการทำงานของการสกัดและการถนอมด้วยอัลตราซาวนด์
หลักการพื้นฐานของการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์อาศัยปรากฏการณ์ที่เรียกว่าคาวิเทชันจากเสียง เมื่อของเหลวได้รับคลื่นอัลตราซาวนด์ที่มีความเข้มสูงและความถี่ต่ำ (ประมาณ 20 kHz) จะเกิดคลื่นความดันที่สร้างฟองสุญญากาศขนาดเล็กในของเหลว ฟองเหล่านี้ขยายขนาดเมื่อความเข้มของอัลตราซาวนด์เพิ่มขึ้น และเมื่อมีขนาดถึงระดับหนึ่ง จะยุบตัวอย่างฉับพลันและรุนแรง ทำให้เกิดคลื่นกระแทกและปลดปล่อยพลังงานในรูปของความร้อนและความดัน
กระบวนการนี้ทำให้ผนังเซลล์ถูกทำลายด้วยแรงเชิงกล และปลดปล่อยสารประกอบที่ต้องการจากวัสดุเข้าสู่ตัวทำละลายที่เป็นของเหลว จากนั้นสามารถแยกสารประกอบที่ปลดปล่อยออกมาจากตัวทำละลายด้วยเทคนิคการแยกมาตรฐาน เช่น การกรองหรือการปั่นเหวี่ยง
เครื่องอัลตราซาวนด์ UP400St สำหรับการสกัดวัตถุดิบจากพืชอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ใช้ความร้อน
การถนอมด้วยอัลตราซาวนด์: การถนอมด้วยอัลตราซาวนด์อาศัยผลของคาวิเทชันเช่นเดียวกับการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ สำหรับการถนอมอาหาร อัลตราซาวนด์กำลังสูงถูกนำมาใช้เพื่อยืดอายุการเก็บรักษาอาหารที่เน่าเสียง่าย โดยใช้คลื่นเสียงความถี่สูงยับยั้งการเจริญของจุลินทรีย์ที่ทำให้อาหารเน่าเสีย กระบวนการนี้ให้คลื่นอัลตราซาวนด์แก่อาหารเพื่อทำลายผนังเซลล์ของแบคทีเรีย ยีสต์ และรา ส่งผลให้จุลินทรีย์เหล่านี้ถูกทำลายหรือถูกยับยั้ง
กระบวนการนี้ทำให้ผนังเซลล์ของจุลินทรีย์ถูกทำลายด้วยแรงเชิงกล ส่งผลให้จุลินทรีย์ถูกทำลายหรือถูกยับยั้ง คลื่นอัลตราซาวนด์ยังสามารถเพิ่มความสามารถในการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้สารกันเสียและสารต้านจุลชีพอื่น ๆ แทรกซึมเข้าไปและฆ่าจุลินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
การถนอมด้วยอัลตราซาวนด์ได้รับความนิยมมากกว่าวิธีถนอมแบบดั้งเดิม เพราะมีข้อดีหลายประการ เช่น ใช้เวลาแปรรูปสั้นกว่า มีประสิทธิภาพสูงกว่า และสามารถรักษาคุณสมบัติและรสชาติตามธรรมชาติของอาหารได้ วิธีนี้ใช้กับผลิตภัณฑ์อาหารหลากหลายชนิด เช่น ซอส น้ำผลไม้ ผลิตภัณฑ์นม ไข่ และเนื้อสัตว์ เพื่อยืดอายุการเก็บรักษาและทำให้มั่นใจในความปลอดภัย
เทคนิคการสกัดและการถนอมด้วยอัลตราซาวนด์ได้รับความนิยมมากกว่าวิธีสกัดและถนอมแบบดั้งเดิม เพราะมีข้อดีหลายประการ เช่น อัตราการสกัดที่เร็วกว่า คุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ดีเยี่ยม ผลผลิตที่สูงกว่า การจัดการด้วยแรงเชิงกลล้วน ๆ โดยไม่ใช้ความร้อน และความสามารถในการสกัดสารประกอบได้หลากหลายชนิดยิ่งขึ้น เทคนิคนี้ใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท เช่น อาหารและเครื่องดื่ม เภสัชภัณฑ์ และเครื่องสำอาง
คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์อันทรงพลังที่ Hielscher UIP1000hdT Cascatrode
การสกัดโปรตีนและเอนไซม์ด้วยอัลตราซาวนด์
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสกัดเอนไซม์และโปรตีนที่เก็บอยู่ในเซลล์และอนุภาคภายในเซลล์เป็นการประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงที่มีลักษณะเฉพาะและมีประสิทธิภาพ เนื่องจากสามารถปรับปรุงการสกัดสารประกอบอินทรีย์ที่อยู่ภายในส่วนต่าง ๆ ของพืชและเมล็ดด้วยตัวทำละลายได้อย่างมาก ดังนั้น อัลตราซาวนด์จึงมีศักยภาพที่จะให้ประโยชน์ในการสกัดและแยกองค์ประกอบชนิดใหม่ที่อาจมีฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น จากกระแสผลพลอยได้ที่ยังไม่ได้ใช้ประโยชน์ซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการปัจจุบัน อัลตราซาวนด์ยังสามารถช่วยเสริมผลของการจัดการด้วยเอนไซม์ และด้วยเหตุนี้จึงช่วยลดปริมาณเอนไซม์ที่ต้องใช้ หรือเพิ่มผลผลิตของสารประกอบเป้าหมายที่สามารถสกัดได้
การสกัดลิพิดและโปรตีนด้วยอัลตราซาวนด์
มักใช้อัลตราซาวนด์เพื่อปรับปรุงการสกัดลิพิดและโปรตีนจากเมล็ดพืช เช่น ถั่วเหลือง (เช่น แป้งถั่วเหลืองหรือถั่วเหลืองที่สกัดไขมันออกแล้ว) หรือเมล็ดพืชน้ำมันชนิดอื่น ๆ ในกรณีนี้ การทำลายผนังเซลล์ช่วยให้การบีบอัด (แบบเย็นหรือแบบร้อน) ทำได้ง่ายขึ้น และจึงลดน้ำมันหรือไขมันที่ตกค้างในกากอัด
Moulton และคณะได้แสดงให้เห็นถึงผลของการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์แบบต่อเนื่องต่อผลผลิตโปรตีนที่กระจายตัวอยู่ การใช้อัลตราซาวนด์เพิ่มการกู้คืนโปรตีนที่กระจายตัวอยู่ตามลำดับ เมื่ออัตราส่วนเกล็ดวัตถุดิบต่อตัวทำละลายเปลี่ยนจาก 1:10 เป็น 1:30 ผลดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์สามารถทำให้โปรตีนถั่วเหลืองกระจายตัวเป็นคอลลอยด์ได้ที่อัตราการแปรรูปเชิงพาณิชย์แทบทุกระดับ และพลังงานอัลตราซาวนด์ที่ต้องใช้ต่ำที่สุดเมื่อใช้สลาร์รีที่ข้นกว่า
การแยกสารประกอบฟีนอลิกและแอนโทไซยานินด้วยอัลตราซาวนด์
เอนไซม์ เช่น เพกทิเนส เซลลูเลส และเฮมิเซลลูเลส ใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปน้ำผลไม้เพื่อย่อยสลายผนังเซลล์และปรับปรุงความสามารถในการสกัดน้ำผลไม้ การทำลายเมทริกซ์ของผนังเซลล์ยังปลดปล่อยองค์ประกอบต่าง ๆ เช่น สารประกอบฟีนอลิก เข้าสู่น้ำผลไม้ อัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงกระบวนการสกัด จึงสามารถเพิ่มผลผลิตของสารประกอบฟีนอลิก แอลคาลอยด์ และน้ำผลไม้ ซึ่งโดยทั่วไปยังคงเหลืออยู่ในกากอัด
VTT Biotechnology ประเทศฟินแลนด์ได้ศึกษาผลดีของการจัดการด้วยอัลตราซาวนด์ต่อการปลดปล่อยสารประกอบฟีนอลิกและแอนโทไซยานินจากเมทริกซ์ขององุ่นและเบอร์รี โดยเฉพาะบิลเบอร์รี (Vaccinium myrtillus) และแบล็กเคอร์แรนต์ (>Ribes nigrum) เข้าสู่น้ำผลไม้ โดยใช้เครื่องอัลตราซาวนด์ UIP2000hd หลังการละลายน้ำแข็ง การบด และการบ่มด้วยเอนไซม์ การทำลายผนังเซลล์ด้วยเอนไซม์ (Pectinex BE-3L สำหรับบิลเบอร์รี และ Biopectinase CCM สำหรับแบล็กเคอร์แรนต์) ดีขึ้นเมื่อใช้ร่วมกับอัลตราซาวนด์ “การจัดการด้วย US เพิ่มความเข้มข้นของสารประกอบฟีนอลิกในน้ำบิลเบอร์รีมากกว่า 15% […] ผลของ US (อัลตราซาวนด์) มีนัยสำคัญมากกว่าในแบล็กเคอร์แรนต์ ซึ่งเป็นเบอร์รีที่แปรรูปเป็นน้ำผลไม้ได้ยากกว่าบิลเบอร์รี เนื่องจากมีปริมาณเพกทินสูงและมีโครงสร้างผนังเซลล์แตกต่างกัน […] ความเข้มข้นของสารประกอบฟีนอลิกในน้ำผลไม้เพิ่มขึ้น 15–25% เมื่อใช้การจัดการด้วย US (อัลตราซาวนด์) หลังการบ่มด้วยเอนไซม์” (ดู Mokkila et al., 2004)
เครื่องอัลตราซาวนด์ UIP6000hdT ในระบบสกัดแบบต่อเนื่องที่ติดตั้งในระดับอุตสาหกรรม
การทำให้จุลินทรีย์และเอนไซม์หมดฤทธิ์
การทำให้จุลินทรีย์และเอนไซม์หมดฤทธิ์ (การถนอม) เช่น ในน้ำผลไม้และซอส เป็นอีกหนึ่งการประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการแปรรูปอาหาร ปัจจุบัน การถนอมด้วยการเพิ่มอุณหภูมิในช่วงเวลาสั้น ๆ (การพาสเจอไรซ์) ยังคงเป็นวิธีแปรรูปที่ใช้กันมากที่สุดเพื่อทำให้จุลินทรีย์หรือเอนไซม์หมดฤทธิ์ ซึ่งทำให้อายุการเก็บรักษายาวนานขึ้น (การถนอม) เนื่องจากต้องสัมผัสกับอุณหภูมิสูง การพาสเจอไรซ์ด้วยความร้อนแบบดั้งเดิมจึงมักมีข้อเสียต่อผลิตภัณฑ์อาหาร
การเกิดสารใหม่จากปฏิกิริยาที่เร่งด้วยความร้อนและการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลขนาดใหญ่ รวมทั้งการเสียรูปของโครงสร้างพืชและสัตว์ อาจทำให้สูญเสียคุณภาพ ดังนั้น การจัดการด้วยความร้อนจึงอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ของคุณลักษณะทางประสาทสัมผัส ได้แก่ เนื้อสัมผัส รสชาติ สี และกลิ่น ตลอดจนคุณภาพทางโภชนาการ ได้แก่ วิตามินและโปรตีน อัลตราซาวนด์เป็นทางเลือกในการแปรรูปโดยไม่ใช้ความร้อน (แบบน้อยที่สุด) ที่มีประสิทธิภาพ
การถนอมด้วยอัลตราซาวนด์ต่างจากการจัดการด้วยความร้อนแบบดั้งเดิม โดยใช้พลังงานและแรงเฉือนจากคาวิเทชันจากเสียงเพื่อทำให้เอนไซม์หมดฤทธิ์ ที่ระดับการใช้อัลตราซาวนด์ต่ำเพียงพอ เซลล์สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างและเมแทบอลิซึมได้โดยไม่ถูกทำลาย กิจกรรมของเอนไซม์เพอร์ออกซิเดส ซึ่งพบในผลไม้และผักส่วนใหญ่ที่ยังดิบและยังไม่ผ่านการลวก และอาจเกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับการเกิดรสชาติผิดปกติและสารสีที่ทำให้เกิดสีน้ำตาล สามารถลดลงได้อย่างมากด้วยอัลตราซาวนด์ เอนไซม์ทนความร้อน เช่น ไลเปสและโปรตีเอส ซึ่งทนต่อการจัดการที่อุณหภูมิสูงยิ่งยวด และสามารถลดคุณภาพและอายุการเก็บรักษาของนมที่ผ่านความร้อนและผลิตภัณฑ์นมอื่น ๆ สามารถทำให้หมดฤทธิ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยการใช้อัลตราซาวนด์ ความร้อน และความดันพร้อมกัน (MTS)
อัลตราซาวนด์ได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการทำลายเชื้อก่อโรคที่แพร่ผ่านอาหาร เช่น E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, ซีสต์ของ Cryptosporidium และ Poliovirus
ใช้ได้กับ: การถนอมแยม มาร์มาเลดหรือท็อปปิง น้ำผลไม้และซอส ผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์ ผลิตภัณฑ์นมและไอศกรีม
การเสริมฤทธิ์ของอัลตราซาวนด์ร่วมกับอุณหภูมิและความดัน
การใช้อัลตราซาวนด์มักมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อใช้ร่วมกับวิธีต้านจุลชีพอื่น ๆ เช่น:
- เทอร์โมโซนิเคชัน คือ การใช้ความร้อนร่วมกับอัลตราซาวนด์
- มาโนโซนิเคชัน คือ การใช้ความดันร่วมกับอัลตราซาวนด์
- มาโนเทอร์โมโซนิเคชัน คือ การใช้ความดัน ความร้อน และอัลตราซาวนด์ร่วมกัน
แนะนำให้ใช้อัลตราซาวนด์ร่วมกับความร้อนและ/หรือความดันสำหรับ Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae และ Aeromonas hydrophila
อัลตราซาวนด์เทียบกับเทคนิคการถนอมอาหารอื่น ๆ
ต่างจากกระบวนการอื่น ๆ ทั้งแบบใช้และไม่ใช้ความร้อน เช่น การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยความดันสูง การพาสเจอไรซ์ด้วยความร้อน การแปรรูปด้วยความดันสูง (HPP) คาร์บอนไดออกไซด์อัด (cCO2) และคาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤต (ScCO2) พัลส์สนามไฟฟ้าความเข้มสูง (HELP) หรือไมโครเวฟ อัลตราซาวนด์สามารถทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการหรือระดับเครื่องตั้งโต๊ะได้ง่าย – ให้ผลที่ทำซ้ำได้สำหรับการขยายขนาดกระบวนการ สามารถปรับความเข้มและลักษณะของคาวิเทชันให้เหมาะกับกระบวนการสกัดเฉพาะเพื่อบรรลุวัตถุประสงค์เฉพาะได้ง่าย สามารถปรับแอมพลิจูดและความดันได้ในช่วงกว้าง เช่น เพื่อหาการจัดระบบสกัดที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงที่สุด
ข้อดีอื่น ๆ ของการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์แบบโพรบ ได้แก่ จัดการสารสกัดได้ง่าย ดำเนินการได้รวดเร็ว ไม่มีสารตกค้าง ผลผลิตสูง เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม คุณภาพดีขึ้น และป้องกันการเสื่อมสภาพของสารสกัด
(ดู Chemat et al., 2011)
- สกัดได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น
- ถนอมโดยไม่ใช้ความร้อน
- ผลผลิตสูงขึ้น
- สารอาหารสูง คุณภาพอาหารระดับพรีเมียม
- กระบวนการรวดเร็ว
- กระบวนการแบบเย็น / ไม่ใช้ความร้อน
- ใช้งานง่ายและปลอดภัย
- ต้องการการบำรุงรักษาน้อย
เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการสกัดและการถนอม
Hielscher Ultrasonics ออกแบบ ผลิต และจัดจำหน่ายเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการสกัดและการถนอมอย่างมีประสิทธิภาพ การใช้อุปกรณ์อัลตราซาวนด์ของ Hielscher เพื่อการสกัดและการถนอมอาหารเป็นเทคโนโลยีการแปรรูปอันทรงพลังที่สามารถใช้ได้ทั้งอย่างปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม รวมถึงอย่างมีประสิทธิภาพและคุ้มค่า ผลในการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและการถนอมสามารถนำไปใช้ได้ง่ายกับผลิตภัณฑ์อาหารชนิดของเหลวหรือข้นคล้ายเพสต์ทุกชนิด รวมถึงน้ำผลไม้และผลไม้บดละเอียด (เช่น ส้ม แอปเปิล เกรปฟรุต มะม่วง องุ่น พลัม) ตลอดจนซอสและซุปจากผัก (เช่น ซอสมะเขือเทศหรือซุปหน่อไม้ฝรั่ง) ผลิตภัณฑ์นม ไข่ และเนื้อสัตว์
กลุ่มผลิตภัณฑ์เครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและเครื่องสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ของเราครอบคลุมตั้งแต่อุปกรณ์แบบมือถือที่พกพาได้ ไปจนถึงระบบการผลิตระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบสำหรับการแปรรูปปริมาณมากในสายการผลิตในระดับเชิงพาณิชย์
การออกแบบ การผลิต และการให้คำปรึกษา – คุณภาพจากการผลิตในเยอรมนี
เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher เป็นที่รู้จักในด้านมาตรฐานคุณภาพและการออกแบบสูงที่สุด ความทนทานและการใช้งานง่ายช่วยให้ผสานเครื่องอัลตราซาวนด์ของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher สามารถรับมือกับสภาวะรุนแรงและสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานสูงได้อย่างง่ายดาย
Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงที่มีเทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher เป็นไปตามข้อกำหนด CE และตรงตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา:
| ปริมาตรต่อชุด | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 0.5 ถึง 1.5mL | ไม่เกี่ยวข้อง | VialTweeter | 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL/min | UP100H |
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15L/min | UIP6000hdT |
| ไม่เกี่ยวข้อง | 10 ถึง 100L/min | UIP16000 |
| ไม่เกี่ยวข้อง | สูงกว่า | ชุดเครื่องที่ประกอบด้วย UIP16000 |
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการผสม การกระจายตัว การทำอิมัลชัน และการสกัดในระดับห้องปฏิบัติการ ระดับนำร่อง และระดับอุตสาหกรรม
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
การสลายเซลล์ด้วยอัลตราซาวนด์
ภายใต้การใช้อัลตราซาวนด์อย่างเข้มข้น เอนไซม์หรือโปรตีนสามารถถูกปลดปล่อยจากเซลล์หรือออร์แกเนลล์ภายในเซลล์อันเป็นผลจากการสลายเซลล์ ในกรณีนี้ สารประกอบที่จะละลายเข้าสู่ตัวทำละลายถูกห่อหุ้มอยู่ในโครงสร้างที่ไม่ละลาย เพื่อสกัดสารประกอบนั้น ต้องทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ การทำลายเซลล์เป็นกระบวนการที่ละเอียดอ่อน เนื่องจากผนังเซลล์มีความสามารถในการทนต่อความดันออสโมซิสสูงภายในเซลล์ จำเป็นต้องควบคุมการทำลายเซลล์อย่างดี เพื่อหลีกเลี่ยงการปลดปล่อยผลิตภัณฑ์ภายในเซลล์ทั้งหมดอย่างไร้การควบคุม รวมถึงเศษเซลล์และกรดนิวคลีอิก หรือการเสียสภาพของผลิตภัณฑ์
การใช้อัลตราซาวนด์เป็นวิธีสลายเซลล์ที่ควบคุมได้ดี โดยผลเชิงกลของอัลตราซาวนด์ช่วยให้ตัวทำละลายแทรกซึมเข้าสู่วัสดุเซลล์ได้รวดเร็วและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น และปรับปรุงการถ่ายเทมวล อัลตราซาวนด์ทำให้ตัวทำละลายแทรกซึมเข้าสู่เนื้อเยื่อพืชได้มากขึ้นและปรับปรุงการถ่ายเทมวล คลื่นอัลตราซาวนด์ที่ก่อให้เกิดคาวิเทชันทำลายผนังเซลล์และช่วยให้ปลดปล่อยองค์ประกอบของเมทริกซ์ได้ง่ายขึ้น
การถ่ายเทมวลที่ดีขึ้นด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยส่งเสริมการสกัด
โดยทั่วไป อัลตราซาวนด์สามารถทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ยอมให้ไอออนซึมผ่านได้มากขึ้น และสามารถลดความสามารถในการเลือกผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างมาก การทำงานเชิงกลของอัลตราซาวนด์ช่วยสนับสนุนการแพร่ของตัวทำละลายเข้าสู่เนื้อเยื่อ เนื่องจากอัลตราซาวนด์ทำลายผนังเซลล์ด้วยแรงเชิงกลจากแรงเฉือนของคาวิเทชัน จึงช่วยให้การถ่ายเทจากเซลล์เข้าสู่ตัวทำละลายเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้น การลดขนาดอนุภาคด้วยคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์เพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างเฟสของแข็งกับเฟสของเหลว
การทำให้ E.coli แตกและหมดฤทธิ์ด้วยอัลตราซาวนด์
ในการผลิตโปรตีนรีคอมบิแนนต์ปริมาณน้อยเพื่อศึกษาและวิเคราะห์ลักษณะคุณสมบัติทางชีวภาพ E.coli เป็นแบคทีเรียที่เลือกใช้ โดยทั่วไปจะเชื่อมแท็กสำหรับการทำให้บริสุทธิ์ เช่น หาง polyhistidine, beta-galactosidase หรือโปรตีนจับมอลโทส เข้ากับโปรตีนรีคอมบิแนนต์ เพื่อให้สามารถแยกโปรตีนเหล่านี้ออกจากสารสกัดเซลล์ได้ด้วยความบริสุทธิ์เพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์การวิเคราะห์ส่วนใหญ่ การใช้อัลตราซาวนด์ช่วยให้ปลดปล่อยโปรตีนได้สูงสุด โดยเฉพาะเมื่อผลผลิตต่ำ และรักษาโครงสร้างและกิจกรรมของโปรตีนรีคอมบิแนนต์ไว้
ออกซิเดชันด้วยอัลตราซาวนด์
ที่ความเข้มซึ่งควบคุมไว้ การใช้อัลตราซาวนด์กับการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพและการหมักอาจช่วยปรับปรุงการแปรรูปทางชีวภาพได้ เนื่องจากผลทางชีวภาพที่ถูกเหนี่ยวนำและการถ่ายเทมวลของเซลล์ที่สะดวกขึ้น Bar (1987) ได้ศึกษาผลของการใช้อัลตราซาวนด์แบบควบคุม (20kHz) ต่อการออกซิไดซ์ cholesterol เป็น cholestenone โดยเซลล์พักของ Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (เดิมเรียกว่า Nocardia erythropolis)
ระบบนี้มีลักษณะทั่วไปของการเปลี่ยนรูปสเตอรอลและสเตียรอยด์โดยจุลินทรีย์ กล่าวคือ สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เป็นของแข็งที่ไม่ละลายน้ำ ดังนั้น ระบบนี้จึงมีลักษณะเฉพาะพอสมควร เนื่องจากทั้งเซลล์และของแข็งอาจได้รับผลจากอัลตราซาวนด์ ที่ความเข้มของอัลตราซาวนด์ต่ำเพียงพอที่จะรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างเซลล์และคงกิจกรรมเมแทบอลิซึมไว้ Bar สังเกตพบว่าอัตราทางจลนพลศาสตร์ของการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในสลาร์รีจุลินทรีย์ที่มี cholesterol 1.0 และ 2.5 g/L เมื่อใช้อัลตราซาวนด์เป็นเวลา 5s ทุก ๆ 10mn ด้วยกำลังขาออก 0.2W/cm² อัลตราซาวนด์ไม่แสดงผลต่อการออกซิไดซ์ cholesterol (2.5g/L) ด้วยเอนไซม์ cholesterol oxidase
การแปรรูปด้วยความดันสูงในการถนอมอาหารคืออะไร?
การแปรรูปด้วยความดันสูง (HPP) เป็นเทคนิคการถนอมอาหารโดยไม่ใช้ความร้อนที่ทำให้จุลินทรีย์และเอนไซม์หมดฤทธิ์ พร้อมทั้งรักษาคุณภาพทางประสาทสัมผัสและคุณค่าทางโภชนาการของผลิตภัณฑ์ กระบวนการนี้ให้อาหารที่บรรจุแล้วได้รับความดันไฮโดรสแตติก โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 300 ถึง 600 MPa (เมกะปาสคาล) เป็นเวลาตั้งแต่ระดับวินาทีถึงระดับนาที ความท้าทายสำคัญของการแปรรูปด้วยความดันสูงคือการใช้พลังงานที่สูงมาก อ่านเพิ่มเติมว่าการใช้อัลตราซาวนด์สามารถช่วยลดความต้องการพลังงานของ HPP ได้อย่างไร!
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูง ตั้งแต่ ขนาดห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ขนาดอุตสาหกรรม