Hielscher Ultrason Teknolojisi

Ultrasonik Ekstraksiyon ve Koruma

Hücre yapılarının (liziz) ultrason vasıtasıyla parçalanması, hücre içi bileşiklerin ekstraksiyonu veya mikrobiyal inaktivasyon için kullanılır.

Arka fon

Mikrobiyolojide, ultrason esas olarak ilişkilidir hücre bozulması (lizis) veya parçalanma (Allinger 1975). Yüksek yoğunluklarda sıvıları sonlandırırken, sıvı ortama yayılan ses dalgaları, frekansa bağlı olarak değişen oranlarda yüksek basınçlı (kompresyon) ve düşük basınçlı (nadir seviyeli) döngülere neden olur.
Düşük basınçlı döngü sırasında, yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalar sıvı içinde küçük vakum kabarcıkları veya boşluklar oluşturur. Baloncuklar artık enerjiyi ememeyeceği bir hacme eriştiğinde, yüksek basınçlı bir döngü sırasında şiddetli bir şekilde çökerler. Bu olguya kavitasyon denir. Patlama sırasında çok yüksek sıcaklıklar (yaklaşık 5.000K) ve basınçlar (yaklaşık 2.000atm) yerel olarak ulaşılır. Kavitasyon kabarcığının patlaması da 280m / s hıza kadar sıvı püskürtme ile sonuçlanır. Oluşan kesme kuvvetleri hücre zarfını mekanik olarak kırır ve malzeme transferini geliştirir. Ultrason, kullanılan sonikasyon parametrelerine bağlı olarak hücrelere yıkıcı veya yapıcı etkileri olabilir.

hücre parçalanması

Yoğun sonikasyon altında enzimler veya proteinler hücrelerin veya hücre içi organellerin bir sonucu olarak serbest bırakılabilir hücre parçalanması. Bu durumda, bir çözücü içine çözülecek olan bileşik, çözünmez bir yapıya eklenir. Ekstre etmek için hücre zarının imha edilmesi gerekir. Hücre kesintisi hassas bir süreçtir, çünkü hücre duvarının içindeki yüksek ozmotik basınca dayanabilme kapasitesi. Hücre kalıntıları ve nükleik asitler veya ürün denatürasyonu dahil olmak üzere tüm hücre içi ürünlerin engelsiz bir şekilde serbest bırakılmasını önlemek için hücre bozulmasının iyi bir şekilde kontrol edilmesi gerekmektedir.
Ultrasonication, hücre parçalanması için iyi kontrol edilebilir bir araç olarak hizmet vermektedir. Bunun için ultrasonun mekanik etkileri, çözücünün hücresel materyallere daha hızlı ve tam olarak nüfuz etmesini sağlar ve kütle transferini geliştirir. Ultrason, bir çözücünün bir bitki dokusuna daha fazla nüfuz etmesini sağlar ve kütle transferini geliştirir. Kavitasyon oluşturan ultrasonik dalgalar hücre duvarlarını bozar ve matris bileşenlerinin serbest kalmasını kolaylaştırır.

Kütle Transferi

Genel olarak, ultrason hücre zarlarının iyonlara permeabilizasyonuna yol açabilir (Mummery 1978) ve hücre zarlarının seçiciliğini önemli ölçüde azaltabilir. Ultrasonun mekanik aktivitesi, çözücülerin dokuya yayılmasını destekler. Ultrason, hücre duvarını kavitasyon kesme kuvvetleri tarafından mekanik olarak kırdığı için, hücreden çözücüye aktarılmasını kolaylaştırır. Ultrasonik kavitasyon ile partikül büyüklüğünün azaltılması, katı ve sıvı faz arasındaki temasta yüzey alanını arttırır.

Protein ve Enzim Ekstraksiyonu

Özellikle, hücreler ve hücre içi parçacıklarda depolanan enzimlerin ve proteinlerin ekstraksiyonu, yüksek yoğunluklu ultrasonun eşsiz ve etkili bir uygulamasıdır (Kim 1989) bitkilerin ve tohumların içinde bulunan organik bileşiklerin bir çözücü ile ekstraksiyonu önemli ölçüde iyileştirilebilir. Bu nedenle, ultrasonun, potansiyel olarak biyoaktif bileşenlerin, örneğin mevcut işlemlerde oluşturulmuş, kullanılmayan yan ürün akışlarından ekstraksiyon ve izolasyonunda potansiyel bir yararı vardır. Ultrason ayrıca enzim tedavisinin etkilerini yoğunlaştırmaya yardımcı olabilir ve bu sayede ihtiyaç duyulan enzim miktarını azaltır veya ekstrakte edilebilir ilgili bileşiklerin verimini arttırır.

Lipitler ve Proteinler

Ultrasonication genellikle soya fasulyesi (örneğin un veya defatted soya fasulyesi) veya diğer yağlı tohumlar gibi bitki tohumlarından lipit ve proteinlerin ekstraksiyonunu geliştirmek için kullanılır. Bu durumda, hücre duvarlarının tahrip edilmesi, preslemeyi (soğuk veya sıcak) kolaylaştırır ve böylece presleme keki içindeki artık yağı veya yağı azaltır.

Sürekli ultrasonik ekstraksiyonun dağılmış proteinin verimine etkisi gösterilmiştir. Moulton ve arkadaşları. Sonikasyon, çözülmüş proteinin geri kazanımını, pul / çözücü oranı 1:10 ila 1:30 arasında değiştikçe, artmış olarak arttırmıştır. Ultrasonun, soya proteini hemen hemen her ticari üründe peptize edebildiğini ve daha kalın bulamaçların kullanıldığı zaman gereken sonikasyon enerjisinin en düşük olduğunu göstermiştir. (Moulton ve diğ. 1982)

Uygulanabilir: Meyveli turunçgil yağı, yer hardalından yağ çıkarma, yer fıstığı, kolza, ot yağı (ekinezya), kanola, soya, mısır

Fenolik Bileşikler ve Antosiyaninlerin Kurtuluşu

Pektinazlar, selülazlar ve hemiselülazlar gibi enzimler, hücre duvarlarını bozmak ve meyve suyu ekstrakte edilebilirliğini geliştirmek için meyve suyu işlemede yaygın olarak kullanılmaktadır. Hücre duvarı matrisinin bozulması, ayrıca fenolik bileşikler gibi bileşenleri meyve suyuna salmaktadır. Ultrason, ekstraksiyon işlemini geliştirir ve bu nedenle pres kekinde genellikle bırakılan fenolik bileşik, alkaloid ve meyve suyu veriminde bir artışa yol açabilir.

Ultrasonik tedavinin fenolik bileşiklerin ve antosiyaninlerin üzüm ve meyve matriksinden, özellikle bilberries'den kurtulması üzerindeki yararlı etkileriVaccinium myrtillus) ve siyah kuş üzümü (kuşüzümü fidanı), içine su ile incelendi VTT Biyoteknoloji, Finlandiya (MAXFUN AB Projesi) kullanarak Ultrasonik İşlemci UIP2000hd çözdürme, ezme ve enzim inkübasyonundan sonra. Hücre duvarlarının enzimatik işlemle (bilberries için Pectinex BE-3L ve siyah kuş üzümü için Biopectinase CCM) bozulması, ultrasonla birleştirildiğinde geliştirilmiştir. “ABD tedavisi, yaban mersini suyundaki fenolik bileşiklerin konsantrasyonunu% 15'ten fazla artırır. […] ABD'nin (ultrases) etkisi, yüksek pektin içeriği ve farklı hücre duvarı mimarisi nedeniyle, bilhassa meyve suyunun işlenmesinde daha zorlu meyveler olan siyah kuş üzümü ile daha önemliydi. […Enzim inkübasyonundan sonra ABD (ultrason) tedavisi kullanılarak, meyve suyundaki fenolik bileşiklerin konsantrasyonu% 15-25 artmıştır.” (Mokkila ve diğ. 2004)

Mikrobiyal ve Enzim İnaktivasyonu

Mikrobiyal ve enzim inaktivasyonu (muhafaza), örneğin meyve suları ve soslar, gıda işlemede ultrasonun başka bir uygulamasıdır. Günümüzde, kısa süre boyunca sıcaklık artışıyla korunma (Pastörizasyon), daha uzun raf ömrüne (koruma) yol açan mikrobiyal veya enzim inaktivasyonu için hala en yaygın işlem yöntemidir. Yüksek sıcaklığa maruz kalma nedeniyle, bu termal yöntem çoğu gıda ürünleri için sıklıkla dezavantajlara sahiptir.
Isı katalizli reaksiyonlardan yeni maddelerin üretimi ve makromoleküllerin modifikasyonu, ayrıca bitki ve hayvan yapılarının deformasyonu, kalite kaybında azalabilir. Bu nedenle, ısıl işlem, duyusal özelliklerin, yani doku, lezzet, renk, koku ve beslenme özelliklerinin, yani vitaminlerin ve proteinlerin istenmeyen değişikliklerine neden olabilir. Ultrason verimli olmayan termal (minimal) bir işlem alternatifidür.

Kavitasyon ve oluşturulan radikaller tarafından lokal olarak üretilen ısı, sonikasyon ile enzimlerin inaktivasyonuna yol açabilir (El'piner 1964). Yeterince düşük seviyelerde sonikasyon yapıları ve yıkımı olmaksızın hücrelerde yapısal ve metabolik değişiklikler meydana gelebilir. Çoğu ham ve düzensiz meyve ve sebzelerde bulunan ve özellikle tat ve esmerleşme pigmentlerinin gelişimi ile ilişkili olan Peroksidaz'ın aktivitesi, ultrason kullanımı ile büyük ölçüde azaltılabilir. Ultra-yüksek sıcaklık işlemine dayanabilen ve ısıyla işlenmiş süt ve diğer günlük ürünlerin kalitesini ve raf ömrünü azaltabilen lipaz ve proteaz gibi termoreztant enzimler, aynı anda ultrason, ısı ve basınç uygulamasıyla daha etkin bir şekilde inaktive edilebilir. (MTS).

Ultrason, gıda kaynaklı patojenlerin yok edilmesindeki potansiyelini gösterdi, Coli, Salmonella, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium kistlerive Poliovirüs.

Uygulanabilme: reçel, marmelat veya tortuların korunması, örneğin dondurma, meyve suları ve soslar, et ürünleri, süt ürünleri

Ultrasonun Sıcaklık ve Basınçla Sinerjileri

Diğer anti-mikrobiyal yöntemler ile kombine edildiğinde ultrasonikasyon genellikle daha etkilidir:

  • termo-sonication, yani ısı ve ultrason
  • mano-sonication, yani basınç ve ultrason
  • mano-termo-sonication, yani basınç, ısı ve ultrason

Ultrasonun ısı ve / veya basınçla kombine uygulanması önerilir. Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae ve Aeromonas hydrophila.

Süreç geliştirme

Yüksek hidrostatik basınç (HP), sıkıştırılmış karbon dioksit (cCO2) ve süperkritik karbondioksit (ScCO2) ve yüksek elektrik alan darbeleri (HELP) gibi diğer termal olmayan işlemlerin aksine, ultrason laboratuvar veya tezgah üstü ölçekte kolayca test edilebilir – ölçek büyütmek için tekrarlanabilir sonuçlar üretmek. Yoğunluk ve kavitasyon özellikleri, spesifik hedefleri hedeflemek için spesifik ekstraksiyon işlemine kolayca adapte edilebilir. Genlik ve basınç geniş bir aralıkta değişebilir, örneğin en enerji verimli ekstraksiyon kurulumunu tanımlamak için. Sert dokular ultrasonikasyondan önce maserasyona, öğütme veya pulverizasyona maruz kalmalıdır.

Coli

Biyolojik özelliklerinin araştırılması ve karakterizasyonu için küçük miktarlarda rekombinant protein üretmek Coli tercih edilen bakteridir. Saflaştırma etiketleri, örneğin polihistidin kuyruğu, beta-galaktosidaz veya maltoz bağlanması
Proteinler, çoğu zaman, çoğu analitik amaç için yeterli bir saflıkla hücre özlerinden ayrılabilmeleri için rekombinant proteinlere birleştirilir. Ultrasonikasyon, özellikle üretim verimi düşük olduğunda ve rekombinant proteinin yapısını ve aktivitesini korumak için protein salımını maksimuma çıkarmaya izin verir.

Bozulma Coli Toplam Chymosin proteinini ekstrakte etmek için hücreler incelendi. Kim ve Zayas.

Safran Ekstraksiyonu

Safran dünya pazarında en pahalı baharat olarak bilinir ve onun narin lezzet, acı tadı ve çekici sarı renk ile ayırt edilir. Safran baharat safran çiçeği bitkisinin kırmızı lekesinden elde edilir. Kuruduktan sonra, bu parçalar mutfağında bir baharat olarak veya renklendirici olarak kullanılır. Safranın yoğun karakteristik lezzeti özellikle üç bileşenden kaynaklanır: kroninler, pikrokrosin ve safranal.

Kadhodaee ve Hemmati-Kakhki, ultrasonikasyonun ekstraksiyon verimini önemli ölçüde artırdığını ve işlem süresini önemli ölçüde azalttığını göstermiştir. Aslında, ultrasound ekstraksiyon sonuçları, ISO tarafından önerilen geleneksel soğuk su ekstraksiyonundan belirgin bir şekilde daha iyiydi. Araştırmaları için Kadhodaee ve Hemmati-Kakhki, Hielscher'i kullandılar. ultrasonik cihaz UP50H. En iyi sonuçlar, darbeli sonikasyon ile elde edildi. Bu kısa atım aralıklarının sürekli ultrasonik tedaviden daha etkili olduğu anlamına gelir.

Oksidasyon

Kontrollü yoğunluklarda, ultrasonun biyotransformasyona ve fermentasyona uygulanması, indüklenen biyolojik etkilere ve kolaylaştırılmış hücre kitle transferine bağlı olarak gelişmiş bir biyoprosesle sonuçlanabilir. Kolesterolün kolesterol oksidasyonu üzerindeki ultrasonik (20kHz) kontrollü uygulamasının, Rhodococcus erythropolfâfc ATCC 25544 (eskiden Nocardia erythropolfâfc) tarafından araştırıldı Bar.

Kolesterol + O2 = Kolest-4-en-3-on + H2O2

Bu sistem, substrat ve ürünlerin suda çözünmeyen katılar olduğu sterol ve steroidlerin mikrobik dönüşümlerinin tipik bir örneğidir. Bu nedenle, bu sistem, hem hücreler hem de katıların ultrason etkisine maruz kalabilmesi bakımından oldukça eşsizdir.Bar, 1987). Hücrelerin yapısal bütünlüğünü koruyan ve metabolik aktivitelerini koruyan yeterince düşük bir ultrasonik yoğunlukta, Bar, her 10mn ile her 5 saniyede sonlandığında 1.0 ve 2.5 g / L kolesterolün mikrobiyal bulamaçlardaki biyotransformasyonun kinetik hızlarında önemli bir artış gözlemlemiştir. 0.2W / cm²'lik bir güç çıkışı. Ultrason, kolesterolün (2.5g / L) kolesterol oksidaz tarafından enzimatik oksidasyonu üzerinde hiçbir etki göstermedi.

Avantajlı Teknoloji

Ekstraksiyon ve gıdaların korunması için ultrasonik kavitasyonun kullanımı, sadece güvenli ve çevre dostu olmakla kalmayıp aynı zamanda verimli ve ekonomik bir şekilde uygulanabilen yeni bir güçlü işleme teknolojisidir. Homojenizasyon ve koruyucu etki, meyve suları ve püreleri (örneğin portakal, elma, greyfurt, mango, üzüm, erik) ve domates sosları veya kuşkonmaz çorbası gibi sebze sosları ve çorbaları için kolaylıkla kullanılabilir.

Daha fazla bilgi talep et!

Ekstraksiyon ve koruma için ultrason kullanımı ile ilgili ek bilgi talep etmek istiyorsanız, lütfen aşağıdaki formu kullanın.









Lütfen dikkat Gizlilik Politikası.


Edebiyat

Allinger, H. (1975): Amerikan Laboratuvarı, 7 (10), 75 (1975).

Bar, R. (1987): Ultrason Enhanced Bioprocesses, in: Biyoteknoloji ve Mühendislik, Vol. 32, Pp. 655-663 (1987).

El'piner, IE (1964): Ultrason: Fiziksel, Kimyasal ve Biyolojik Etkiler (Danışmanlar Bürosu, New York, 1964), 53-78.

Kadhodaee, R .; Hemmati-Kakhki, A .: Safran'dan Aktif Bileşiklerin Ultrasonik Ekstraksiyonu, İnternet Yayını.

Kim, SM ve Zayas, JF (1989): Ultrason ile kimozin ekstraksiyonunun işlenmesi; J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, M. Mustranta, A., Buchert, J. Poutanen, K (2004): Meyve suyu işlemlerinde güç ultrasonu ile enzimlerin birleştirilmesi, at: 2. Uluslararası Konf. Gıda ve İçeceklerin Biyokatalizleri, 19-22.9.2004, Stuttgart, Almanya.

Moulton, KJ, Wang, LC (1982): Soya Proteinlerinin Sürekli Ultrasonik Ekstraksiyonu Üzerine Bir Pilot Bitki Çalışması, Gıda Bilimi Dergisi, Cilt 47, 1982.

Mummery, CL (1978): In vitro olarak ultrasonografinin fibroblastlar üzerindeki etkisi: Ph.D. Tezi, Londra Üniversitesi, Londra, İngiltere, 1978.