เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์ Hielscher

การสกัดและการรักษาด้วยอัลตราโซนิก

สลายตัวของโครงสร้างของเซลล์ (lysis) โดยใช้วิธีการอัลตราซาวนด์ถูกนำมาใช้ในการสกัดสารภายในเซลล์หรือยับยั้งจุลินทรีย์

พื้นหลัง

จุลชีววิทยาอัลตราซาวนด์มีความสัมพันธ์เกี่ยวเนื่องกับ การหยุดชะงักของเซลล์ (lysis) หรือ การสลายตัว (๑๙๗๕) เมื่อ sonicating ของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงคลื่นเสียงที่แพร่กระจายไปในสื่อเหลวส่งผลให้มีการสลับแรงดันสูง (บีบอัด) และแรงดันต่ำ (ความกังวาน) รอบที่มีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่
ระหว่างวงจรแรงดันต่ำคลื่นความร้อนที่มีความเข้มสูงจะสร้างฟองอากาศสูญญากาศหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองสบู่บรรลุระดับที่พวกเขาไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีกต่อไปพวกเขาจะยุบตัวลงอย่างรุนแรงระหว่างรอบความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า cavitation ในระหว่างการระเบิดอุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ 5,000 K) และความดัน (ประมาณ 2,000 เมตรต่อชั่วโมง) จะมาถึงภายในประเทศ การระเบิดของฟองอากาศแบบ cavitation จะส่งผลต่อความเร็วของไอพ่นเหลวถึง 280m / s ความเร็วแรงเฉือนที่เป็นผลทำให้เซลล์ซองจดหมายเสียหายและปรับปรุงการถ่ายโอนวัสดุ อัลตราซาวด์อาจมีผลต่อการทำลายล้างหรือสร้างสรรค์ต่อเซลล์ขึ้นอยู่กับค่าพารามิเตอร์ sonication ที่ใช้

การสลายตัวของเซลล์

ภายใต้เอนไซม์ sonication รุนแรงหรือโปรตีนจะถูกปล่อยออกมาจากเซลล์หรือ organelles subcellular เป็นผลมาจาก การสลายตัวของเซลล์. ในกรณีนี้สารประกอบที่จะหายเข้าไปในตัวทำละลายจะถูกปิดล้อมอยู่ในโครงสร้างที่ไม่ละลายน้ำ เพื่อดึงมันเยื่อหุ้มเซลล์จะต้อง destructed การหยุดชะงักมือถือเป็นกระบวนการที่มีความสำคัญเพราะความสามารถของผนังเซลล์ในการทนต่อแรงดันสูงภายใน การควบคุมที่ดีของการหยุดชะงักมือถือเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการปล่อย จำกัด ของผลิตภัณฑ์ภายในเซลล์ทั้งหมดรวมทั้งเศษเซลล์และกรดนิวคลีอิกหรือ denaturation สินค้า
Ultrasonication ทำหน้าที่เป็นวิธีที่ดีที่สามารถควบคุมได้สำหรับการสลายตัวของเซลล์ สำหรับเรื่องนี้ผลกระทบทางกลของอัลตราซาวนด์ให้เจาะได้เร็วขึ้นและสมบูรณ์มากขึ้นของตัวทำละลายลงในโทรศัพท์มือถือและวัสดุปรับปรุงการถ่ายโอนมวล อัลตราซาวนด์ประสบความสำเร็จในการรุกมากขึ้นของตัวทำละลายเข้าไปในเนื้อเยื่อพืชและช่วยเพิ่มการถ่ายเทมวล คลื่นอัลตราโซนิกการสร้างโพรงอากาศทำลายผนังเซลล์และอำนวยความสะดวกในการเปิดตัวขององค์ประกอบเมทริกซ์

การถ่ายเทมวล

โดยทั่วไปการอัลตราซาวนด์สามารถนำไปสู่ ​​permeabilization ของเยื่อหุ้มเซลล์ไอออน (ที่พิธีที่น่าขัน 1978) และมันสามารถลดหัวกะทิของเยื่อหุ้มเซลล์อย่างมีนัยสำคัญ กิจกรรมทางกลของอัลตราซาวนด์รองรับการแพร่กระจายของตัวทำละลายเข้าไปในเนื้อเยื่อ ในฐานะที่เป็นอัลตราซาวนด์แบ่งผนังเซลล์เครื่องจักรโดยกองกำลัง cavitation เฉือนอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนจากเซลล์เป็นตัวทำละลายที่ การลดขนาดอนุภาคโดย cavitation ล้ำเสียงเพิ่มพื้นที่ผิวในการติดต่อระหว่างของแข็งและของเหลว

โปรตีนและเอนไซม์สกัด

โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสกัดของเอนไซม์และโปรตีนที่เก็บไว้ในเซลล์และอนุภาค subcellular เป็นโปรแกรมที่ไม่ซ้ำกันและมีประสิทธิภาพของความเข้มสูงอัลตราซาวนด์ (คิม 1989) เช่นการสกัดของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ภายในร่างกายของพืชและเมล็ดพันธุ์ด้วยตัวทำละลายได้ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นอัลตราซาวนด์มีโอกาสได้รับประโยชน์ในการสกัดและการแยกส่วนประกอบของนวนิยายออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่อาจเกิดขึ้นเช่น จากการไม่ใช้กระแสผลพลอยได้ที่เกิดขึ้นในกระบวนการปัจจุบัน อัลตราซาวนด์ยังสามารถช่วยกระชับผลกระทบของเอนไซม์บำบัดและโดยการนี้ลดปริมาณของเอนไซม์ที่จำเป็นหรือเพิ่มผลผลิตของสารสกัดที่เกี่ยวข้อง

ไขมันและโปรตีน

Ultrasonication มักจะถูกใช้ในการปรับปรุงการสกัดไขมันและโปรตีนจากเมล็ดพืชเช่นถั่วเหลือง (เช่นแป้งหรือถั่วเหลืองพร่องไขมัน) หรือเมล็ดพืชน้ำมันอื่น ๆ ในกรณีนี้การทำลายของผนังเซลล์ที่อำนวยความสะดวกในการกด (ร้อนหรือเย็น) และจึงลดเหลือน้ำมันหรือไขมันในเค้กกด

อิทธิพลของการสกัดล้ำอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ผลผลิตของโปรตีนที่กระจายได้แสดงให้เห็นโดย มอ et al,. sonication เพิ่มขึ้นการฟื้นตัวของโปรตีนแยกย้ายกันไปมีความก้าวหน้าเป็นเกล็ด / อัตราการเปลี่ยนแปลงตัวทำละลาย 1:10-01:30 มันแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์ที่มีความสามารถที่จะ peptize โปรตีนถั่วเหลืองที่เกือบ ๆ ผ่านการค้าและพลังงาน sonication ที่จำเป็นต่ำสุดเมื่อ slurries หนาถูกนำมาใช้ (มอ et al, 1982)

สามารถใช้ได้กับน้ำมันส้มจากผลไม้สกัดน้ำมันจากพื้นดินมัสตาร์ด, ถั่วลิสง, ข่มขืน, น้ำมันสมุนไพร (Echinacea), คาโนลา, ถั่วเหลือง, ข้าวโพด

ปลดปล่อยสารประกอบฟีนอและ Anthocyanins

เอนไซม์เช่นเพคติเนส, เซลลูและ hemicellulases ใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลน้ำผลไม้เพื่อลดผนังเซลล์และปรับปรุงสกัดน้ำผลไม้ หยุดชะงักของเมทริกซ์ผนังเซลล์ยังออกส่วนประกอบเช่นสารประกอบฟีนอลลงไปในน้ำผลไม้ อัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มกระบวนการสกัดและดังนั้นจึงสามารถนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของสารประกอบฟีนอลลคาลอยด์และผลผลิตน้ำออกจากกันทั่วไปในเค้กกด

ผลประโยชน์ของการรักษาอัลตราโซนิกในการปลดปล่อยของสารฟีนอลและ anthocyanins จากองุ่นและแบล็กเบอร์เมทริกซ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งจาก bilberries (Vaccinium myrtillus) และลูกเกดดำ (Ribes) ลงในน้ำผลไม้ได้รับการตรวจสอบโดย VTT เทคโนโลยีชีวภาพ, ฟินแลนด์ (MAXFUN EU-Project) ใช้ อัลตราโซนิก UIP2000hd ประมวลผล หลังจากละลาย mashing และเอนไซม์บ่ม การทำลายของผนังเซลล์โดยเอนไซม์ (Pectinex BE-3L สำหรับ bilberries และ Biopectinase CCM สำหรับลูกเกดสีดำ) ได้รับการปรับปรุงเมื่อรวมกับการอัลตราซาวนด์ “การรักษาสหรัฐเพิ่มความเข้มข้นของสารประกอบฟีนอลของน้ำบิลเบอรี่โดยกว่า 15% […] อิทธิพลของสหรัฐ (อัลตราซาวนด์) อย่างมีนัยสำคัญมากขึ้นกับลูกเกดสีดำซึ่งมีผลเบอร์รี่ที่ท้าทายมากขึ้นในการประมวลผลน้ำผลไม้กว่า bilberries เนื่องจากเนื้อหาสูงของพวกเขาเพคตินและสถาปัตยกรรมของผนังเซลล์ที่แตกต่างกัน […] ความเข้มข้นของสารประกอบฟีนอลในน้ำผลไม้เพิ่มขึ้น 15-25% โดยใช้ (อัลตราซาวนด์) รักษาสหรัฐหลังจากบ่มเอนไซม์” (Mokkila et al, 2004)

จุลินทรีย์และเอนไซม์พลัง

การยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์และเอนไซม์ (การเก็บรักษา) เช่นในน้ำผลไม้และซอสเป็นอีกหนึ่งการประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในกระบวนการแปรรูปอาหาร ปัจจุบันการเก็บรักษาโดยการยกระดับอุณหภูมิเป็นระยะเวลาสั้น (Pasteurization) ยังคงเป็นวิธีการประมวลผลที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับการทำลายเชื้อจุลินทรีย์หรือเอนไซม์ซึ่งจะนำไปสู่การเก็บรักษานานขึ้น เนื่องจากการสัมผัสกับอุณหภูมิสูงวิธีการระบายความร้อนนี้มักจะมีข้อเสียสำหรับผลิตภัณฑ์อาหารหลายชนิด
การผลิตสารใหม่จากปฏิกิริยาความร้อนเร่งปฏิกิริยาและการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลเช่นเดียวกับความผิดปกติของพืชและสัตว์เค้าอาจจะช่วยลดการสูญเสียคุณภาพ ดังนั้นการรักษาความร้อนอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ของคุณลักษณะทางประสาทสัมผัสพื้นผิวเช่นรสชาติสีกลิ่นและคุณภาพทางโภชนาการเช่นวิตามินและโปรตีน อัลตราซาวนด์เป็นไม่ใช่ความร้อน (น้อย) ทางเลือกในการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ

ความร้อนที่เกิดในประเทศโดยการเกิดโพรงอากาศและอนุมูลสร้างขึ้นสามารถนำไปสู่การใช้งานของเอนไซม์โดย sonication (ให้El'piner 1964) ในระดับต่ำพอ sonication การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและการเผาผลาญอาหารสามารถเกิดขึ้นได้ในเซลล์โดยไม่ต้องทำลายพวกเขา กิจกรรมของเปอร์ออกซิเดซึ่งพบได้ในผลไม้สดและ Unblanched และผักมากที่สุดและสามารถโดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาของออกรสชาติและสีสีน้ำตาลจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญจากการใช้อัลตราซาวนด์ เอนไซม์ทนร้อนเช่นเอนไซม์ไลเปสและโปรติเอสที่ทนต่อการรักษาพิเศษที่อุณหภูมิสูงและสามารถลดคุณภาพและอายุการเก็บรักษาของนมได้รับความร้อนและผลิตภัณฑ์ไดอารี่อื่น ๆ ที่สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการประยุกต์ใช้พร้อมกันของอัลตราซาวนด์ร้อนและความดัน (MTS)

ลตร้าซาวด์ได้แสดงให้เห็นศักยภาพในการทำลายของเชื้อโรคอาหารเป็นพิษเช่น . coli, เชื้อแบคทีเรียชนิดนี้, พยาธิ, Giardia, ซีสต์ Cryptosporidiumและโปลิโอ

ที่ใช้บังคับกับ: การเก็บรักษาของแยมมาร์มาเลดหรือรสชาติเช่น สำหรับไอศครีม, น้ำผลไม้และซอส, ผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์นม

การทำงานร่วมกันของอัลตราซาวด์กับอุณหภูมิและความดัน

Ultrasonication มักจะมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อรวมกับวิธีการป้องกันจุลินทรีย์อื่น ๆ เช่น:

  • เทอร์โม sonication นั่นคือความร้อนและอัลตราซาวนด์
  • โณ-sonication ความดันเช่นและอัลตราซาวนด์
  • Mano-Thermo-sonication ความดันเช่นความร้อนและอัลตราซาวนด์

แอพลิเคชันรวมของอัลตราซาวนด์ด้วยความร้อนและ / หรือความดันเป็นที่แนะนำสำหรับ เชื้อ Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae และเชื้อ Aeromonas.

การพัฒนากระบวนการ

ซึ่งแตกต่างจากกระบวนการไม่ใช่ความร้อนอื่น ๆ เช่นความดันสูงไฮโดรลิก (HP), คาร์บอนไดออกไซด์บีบอัด (cCO2) และคาร์บอนไดออกไซด์ supercritical (ScCO2) และพัลส์สนามไฟฟ้าสูง (HELP), อัลตราซาวนด์สามารถทดสอบได้อย่างง่ายดายในห้องปฏิบัติการหรือบนม้านั่งขนาด – สร้างผลลัพธ์ที่เที่ยงตรงสำหรับระดับขึ้น ความรุนแรงและลักษณะการเกิดโพรงอากาศสามารถปรับได้อย่างง่ายดายเพื่อกระบวนการสกัดที่เฉพาะเจาะจงในการกำหนดเป้าหมายวัตถุประสงค์เฉพาะ ความกว้างและความดันจะมีการเปลี่ยนแปลงในหลากหลายเช่น เพื่อระบุการตั้งค่าการสกัดที่มีประสิทธิภาพพลังงานมากที่สุด เนื้อเยื่อที่ยากควรได้รับการยุ่ย, บดหรือบดก่อนที่จะ ultrasonication

. coli

การผลิตขนาดเล็กจำนวนโปรตีนสำหรับการศึกษาและลักษณะของคุณสมบัติทางชีวภาพของพวกเขา . coli เป็นแบคทีเรียของทางเลือก แท็กบริสุทธิ์เช่น หาง polyhistidine เบต้า galactosidase หรือมอลโตสที่มีผลผูกพัน
โปรตีนจะเข้าร่วมกันทั่วไปเพื่อโปรตีนเพื่อที่จะทำให้พวกเขาแยกจากสารสกัดจากเซลล์ที่มีความบริสุทธิ์เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์ส่วนใหญ่ Ultrasonication ช่วยให้การเพิ่มการปล่อยโปรตีนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีผลผลิตอยู่ในระดับต่ำและเพื่อรักษาโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน

หยุดชะงักของ . coli เซลล์เพื่อแยก Chymosin โปรตีนทั้งหมดได้รับการศึกษาโดย คิมและซายาส.

Saffron สกัด

ซัฟฟรอนเป็นเครื่องเทศที่มีราคาแพงที่สุดในตลาดโลกและโดดเด่นด้วยรสชาติที่ละเอียดอ่อนรสขมและสีเหลืองที่น่าสนใจ เครื่องเทศสีเหลืองจะได้รับจากการตีตราสีแดงของดอกไม้สีส้ม หลังจากอบแห้งชิ้นส่วนเหล่านี้ใช้เป็นเครื่องปรุงรสในอาหารหรือเป็นสารสี รสเข้มข้นของผลสีเหลืองโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากสามสาร: crocins, picrocrocin และ safranal

Kadkhodaee และ Hemmati-Kakhki ได้แสดงให้เห็นในการศึกษาที่เพิ่มขึ้น ultrasonication สกัดอย่างมีนัยสำคัญและลดเวลาในการประมวลผลมาก ในความเป็นจริงผลจากการสกัดอัลตราซาวนด์ได้ผงาดดีกว่าโดยการสกัดน้ำแบบดั้งเดิมเย็นซึ่งเป็นที่เสนอโดย ISO สำหรับการวิจัยของพวกเขาและ Kadkhodaee Hemmati-Kakhki ได้ใช้ Hielscher ของ UP50H อุปกรณ์อัลตราโซนิก. ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดได้รับการประสบความสำเร็จกับ sonication ชีพจร ซึ่งหมายความว่าช่วงเวลาชีพจรสั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการรักษาล้ำอย่างต่อเนื่อง

ออกซิเดชัน

ที่ความเข้มควบคุมการใช้อัลตราซาวนด์เพื่อเปลี่ยนรูปทางชีวภาพและการหมักอาจส่งผลในการผลิตวิศวกรรมชีวภาพที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเหนี่ยวนำให้เกิดผลกระทบทางชีวภาพและการอำนวยความสะดวกเนื่องจากโทรศัพท์มือถือถ่ายโอนมวล อิทธิพลของการประยุกต์ใช้การควบคุมของอัลตราซาวด์ (20kHz) ในออกซิเดชันของคอเลสเตอรอลที่จะ cholestenone โดยพักผ่อนเซลล์ของ Rhodococcus แดง ATCC 25544 (เดิม erythropolis Nocardia) ได้รับการตรวจสอบโดย บาร์.

คอเลสเตอรอล + O2 = Cholest-4-en-3-หนึ่ง + H2O2

ระบบนี้เป็นเรื่องปกติของการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ sterols และเตียรอยด์ในการที่พื้นผิวและผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำปริมาณของแข็งที่ละลายน้ำ ดังนั้นระบบนี้ค่อนข้างที่ไม่ซ้ำกันในการที่ทั้งเซลล์และของแข็งอาจจะมีผลกระทบจากการอัลตราซาวนด์ (บาร์ 1987) ด้วยความเข้มข้นของอัลตร้าโซนิคที่ต่ำมากซึ่งรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเซลล์และคงความสามารถในการเผาผลาญของพวกเขาไว้ได้ Bar ได้สังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของอัตราการเคลื่อนไหวของการเปลี่ยนถ่ายชีวภาพในสารละลายจุลินทรีย์ที่ 1.0 และ 2.5 กรัม / ลิตรคอเลสเตอรอลเมื่อ sonicated เป็นเวลา 5 วินาทีทุก ๆ 10 มิลลิลิตร กำลังขับ 0.2W / cm² อัลตราซาวด์ไม่มีผลต่อการออกซิเดชันของเอนไซม์คอเลสเตอรอล (2.5g / L) โดย oxidase ของคอเลสเตอรอล

เทคโนโลยีที่ได้เปรียบ

การใช้ประโยชน์จาก cavitation ล้ำเสียงสำหรับการสกัดและการเก็บรักษาอาหารเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลใหม่ที่มีประสิทธิภาพที่ไม่สามารถนำมาประยุกต์ใช้อย่างปลอดภัยและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่ยังมีประสิทธิภาพและประหยัด ผสมยางและผลการรักษาที่สามารถใช้งานได้ง่ายสำหรับน้ำผลไม้และ purees (เช่นส้มแอปเปิ้ล, ส้มโอมะม่วงองุ่นพลัม) เช่นเดียวกับซอสผักและซุปเช่นซอสมะเขือเทศหรือน้ำซุปหน่อไม้ฝรั่ง

ขอข้อมูลเพิ่มเติม!

กรุณาใช้แบบฟอร์มด้านล่างหากคุณต้องการขอข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้อัลตราซาวด์สำหรับการสกัดและการเก็บรักษา










วรรณกรรม

Allinger เอช (1975): อเมริกันห้องปฏิบัติการ 7 (10), 75 (1975)

บาร์, R. (1987): กระบวนการทางชีวภาพอัลตราซาวนด์ที่เพิ่มขึ้นใน: เทคโนโลยีชีวภาพและวิศวกรรมฉบับ 32, PP 655-663 (1987)

El'piner, S.I. (1964): อัลตราซาวนด์: ทางกายภาพเคมีและผลกระทบทางชีวภาพ (ที่ปรึกษาสำนัก, New York, 1964), 53-78

Kadkhodaee วิจัย .; Hemmati-Kakhki, A .: อัลตราโซนิกการสกัดสารจาก Saffron ในการเผยแพร่ทางอินเทอร์เน็ต

คิมเอสเอ็ม และซายาส, J.F. (1989): พารามิเตอร์การประมวลผลของการสกัด chymosin โดยอัลตราซาวนด์; ในเจอาหารวิทย์ 54: 700

Mokkila เมตร Mustranta, a, Buchert เจ Poutanen, K (2004): รวมอัลตราซาวนด์ไฟฟ้าที่มีเอนไซม์ในการประมวลผลน้ำผลไม้ผลไม้เล็ก ๆได้ที่: Int 2 conf biocatalysis ของอาหารและเครื่องดื่ม 19-22.9.2004, สตุตกาเยอรมนี

มอล K.J. วัง L.C. (1982): การศึกษานำร่องโรงงานอย่างต่อเนื่องของอัลตราโซนิกการสกัดโปรตีนถั่วเหลืองในวารสารวิทยาศาสตร์การอาหาร, เล่ม 47, 1982

พิธีที่น่าขัน, C.L. (1978): ผลของการอัลตราซาวนด์ในเซลล์ในหลอดทดลองใน: ปริญญาเอก วิทยานิพนธ์มหาวิทยาลัยลอนดอน, ลอนดอน, อังกฤษ 1978