Ultrasonik Ekstraksiyon ve Koruma
Ultrasonik ekstraksiyon ve koruma, hücre yapılarının parçalanması (lizis) için güç ultrasonu kullanır. Ultrasonik ile hücrelerin kırılması, hücre içi bileşiklerin yüksek verimli ekstraksiyonunun yanı sıra mikrobiyal inaktivasyonda da rol oynar. Çok sayıda avantajı nedeniyle, ultrasonikasyon gıda endüstrisinde ekstraksiyon ve koruma için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrasonik ekstraksiyon ve gıda işlemenin faydaları hakkında daha fazla bilgi edinin!
Gıda ve botaniklerin çıkarılması ve korunması için güçlü ultrason
Ultrasonik Ekstraksiyon: Ultrasonik ekstraksiyon, bitkiler, meyveler ve sebzeler gibi çeşitli malzemelerden bileşikleri çıkarmak için yüksek frekanslı ses dalgaları kullanan bir işlemdir. İşlem, sıvı veya yarı katı bir malzemede hızla çöken, malzemenin hücre duvarlarını bozan ve istenen bileşikleri serbest bırakan yoğun ısı ve basınç üreten yüksek basınçlı kabarcıklar oluşturmak için ultrasonik dalgaların kullanılmasını içerir.
Ultrasonik ekstraksiyon ve korumanın çalışma prensibi
Ultrasonik ekstraksiyonun arkasındaki temel prensip, akustik kavitasyon olarak bilinen fenomene dayanmaktadır. Bir sıvı, yüksek yoğunluklu ve düşük frekanslı (yaklaşık 20 kHz) ultrasonik dalgalara maruz kaldığında, sıvıda küçük vakum kabarcıkları oluşturan basınç dalgaları üretir. Bu kabarcıklar, ultrasonun yoğunluğu arttıkça boyut olarak büyür ve belirli bir boyuta ulaştıklarında aniden ve şiddetli bir şekilde çökerler, bir şok dalgası oluştururlar ve ısı ve basınç şeklinde enerji açığa çıkarırlar.
Bu işlem, hücre duvarlarının mekanik olarak bozulmasına neden olur ve istenen bileşikleri malzemeden sıvı çözücüye salır. Serbest bırakılan bileşikler daha sonra filtrasyon veya santrifüjleme gibi standart ayırma teknikleri kullanılarak çözücüden ayrılabilir.

ultrasonikatör UP400St Bitki materyalinin verimli bir şekilde termal olmayan ekstraksiyonu için.
Ultrasonik Koruma: Ultrasonik koruma, ultrasonik ekstraksiyon ile aynı kavitasyonel etkilere dayanır. Koruma için, bozulmaya neden olan mikroorganizmaların büyümesini engellemek için yüksek frekanslı ses dalgaları kullanarak bozulabilir gıdaların raf ömrünü uzatmak için güç ultrasonu uygulanır. İşlem, gıdanın bakteri, maya ve küflerin hücre duvarlarını bozan ve bunların yok olmasına veya inhibisyonuna yol açan ultrasonik dalgalara maruz bırakılmasını içerir.
Bu işlem, mikroorganizmaların hücre duvarlarının mekanik olarak bozulmasına neden olarak onların yok olmasına veya inhibisyonuna yol açar. Ultrasonik dalgalar ayrıca hücre zarlarının geçirgenliğini artırabilir, koruyucuların ve diğer antimikrobiyal ajanların mikroorganizmalara daha etkili bir şekilde nüfuz etmesine ve öldürmesine izin verir.
Ultrasonik koruma, geleneksel koruma yöntemlerine göre tercih edilir, çünkü daha kısa işlem süresi, daha yüksek verimlilik ve gıdanın doğal özelliklerini ve lezzetlerini koruma yeteneği gibi çeşitli avantajlar sunar. Soslar, meyve suları, süt ürünleri, yumurta ve et gibi çok çeşitli gıda ürünlerinde raf ömrünü uzatmak ve güvenliklerini sağlamak için kullanılır.
Ultrasonik ekstraksiyon ve koruma tekniği, geleneksel ekstraksiyon ve koruma yöntemlerine göre tercih edilir, çünkü daha hızlı ekstraksiyon oranları, mükemmel ürün kalitesi, daha yüksek verim, tamamen mekanik ısıl olmayan işlem ve daha geniş bir bileşik yelpazesini çıkarma yeteneği gibi çeşitli avantajlar sunar. Yiyecek ve içecek, ilaç ve kozmetik gibi çok çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır.

Güçlü ultrasonik kavitasyon Hielscher UIP1000hdT Cascatrode
Ultrasonik Protein ve Enzim Ekstraksiyonu
Özellikle, hücrelerde ve hücre altı partiküllerde depolanan enzimlerin ve proteinlerin ekstraksiyonu, yüksek yoğunluklu ultrasonun benzersiz ve etkili bir uygulamasıdır, çünkü bitkilerin ve tohumların vücudunda bulunan organik bileşiklerin bir çözücü ile ekstraksiyonu önemli ölçüde geliştirilebilir. Bu nedenle ultrason, yeni potansiyel olarak biyoaktif bileşenlerin, örneğin mevcut süreçlerde oluşan kullanılmayan yan ürün akışlarından ekstraksiyonu ve izolasyonunda potansiyel bir faydaya sahiptir. Ultrason ayrıca enzim tedavisinin etkilerini yoğunlaştırmaya yardımcı olabilir ve bu sayede ihtiyaç duyulan enzim miktarını azaltabilir veya ekstrakte edilebilir ilgili bileşiklerin verimini artırabilir.
Lipitlerin ve proteinlerin ultrasonik ekstraksiyonu
Ultrasonikasyon genellikle soya fasulyesi (örneğin un veya yağı alınmış soya fasulyesi) veya diğer yağlı tohumlar gibi bitki tohumlarından lipitlerin ve proteinlerin ekstraksiyonunu geliştirmek için kullanılır. Bu durumda, hücre duvarlarının tahrip olması, preslemeyi (soğuk veya sıcak) kolaylaştırır ve böylece presleme kekinde kalan yağı veya katı yağı azaltır.
Sürekli ultrasonik ekstraksiyonun dağınık protein verimine etkisi Moulton ve ark. tarafından gösterilmiştir. Sonikasyon, pul / çözücü oranı 1: 10'dan 1: 30'a değiştikçe dağılmış proteinin geri kazanımını aşamalı olarak arttırdı. Ultrasonun soya proteinini hemen hemen her ticari verimde peptize edebildiğini ve daha kalın bulamaçlar kullanıldığında gereken sonikasyon enerjisinin en düşük olduğunu gösterdi.
Fenolik Bileşiklerin ve Antosiyaninlerin Ultrasonik İzolasyonu
Pektinazlar, selülazlar ve hemiselülazlar gibi enzimler, hücre duvarlarını parçalamak ve meyve suyunun ekstrakte edilebilirliğini iyileştirmek için meyve suyu işlemede yaygın olarak kullanılmaktadır. Hücre duvarı matrisinin bozulması, fenolik bileşikler gibi bileşenleri de meyve suyuna bırakır. Ultrason, ekstraksiyon işlemini iyileştirir ve bu nedenle, genellikle pres kekinde kalan fenolik bileşik, alkaloidler ve meyve suyu veriminde bir artışa yol açabilir.
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 tedavisi, yaban mersini suyunun fenolik bileşiklerinin konsantrasyonunu% 15'ten fazla arttırır. […] US'nin (ultrason) etkisi, yüksek pektin içeriği ve farklı hücre duvarı mimarisi nedeniyle meyve suyu işlemede yaban mersininden daha zorlu meyveler olan siyah kuş üzümü ile daha önemliydi. […] meyve suyundaki fenolik bileşiklerin konsantrasyonu, enzim inkübasyonundan sonra US (ultrason) tedavisi kullanılarak% 15-25 oranında artmıştır.” (bkz. Mokkila ve diğerleri, 2004)

Ultrasonicator UIP6000hdT sürekli ekstraksiyon endüstriyel bir tesiste.
Mikrobiyal ve Enzim İnaktivasyonu
Mikrobiyal ve enzim inaktivasyonu (muhafazası), örneğin meyve suları ve soslarda, gıda işlemede ultrasonun başka bir uygulamasıdır. Günümüzde, kısa süreler için sıcaklığın yükseltilmesiyle koruma (Pastörizasyon), daha uzun raf ömrüne (koruma) yol açan mikrobiyal veya enzim inaktivasyonu için hala en yaygın işleme yöntemidir. Yüksek sıcaklığa maruz kalma nedeniyle, geleneksel termal pastörizasyon, gıda ürünleri için genellikle dezavantajlar getirir.
Isı katalizli reaksiyonlardan yeni maddelerin üretilmesi ve makromoleküllerin modifikasyonunun yanı sıra bitki ve hayvan yapılarının deformasyonu kalite kaybına neden olabilir. Bu nedenle, ısıl işlem, doku, tat, renk, koku ve beslenme nitelikleri, yani vitaminler ve proteinler gibi duyusal özelliklerde istenmeyen değişikliklere neden olabilir. Ultrason, verimli bir termal olmayan (minimal) işleme alternatifidir.
Geleneksel ısıl işlemlerin aksine, ultrasonik koruma, enzimleri etkisiz hale getirmek için akustik kavitasyonun enerji ve kesme kuvvetlerini kullanır. Yeterince düşük sonikasyon seviyelerinde, hücrelerde yıkımları olmadan yapısal ve metabolik değişiklikler meydana gelebilir. Çiğ ve beyazlatılmamış meyve ve sebzelerin çoğunda bulunan ve özellikle kötü tatların ve esmerleşme pigmentlerinin gelişimi ile ilişkili olabilen Peroksidazın aktivitesi, ultrason kullanımıyla önemli ölçüde azaltılabilir. Ultra yüksek sıcaklıkta işleme dayanabilen ve ısıl işlem görmüş süt ve diğer süt ürünlerinin kalitesini ve raf ömrünü azaltabilen lipaz ve proteaz gibi ısıya dirençli enzimler, ultrason, ısı ve basıncın (MTS) aynı anda uygulanmasıyla daha etkili bir şekilde etkisiz hale getirilebilir.
Ultrason, E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium kistleri ve Poliovirüs gibi gıda kaynaklı patojenlerin yok edilmesindeki potansiyelini göstermiştir.
Uygulanabilirlik: reçel, marmelat veya sosların, meyve sularının ve sosların, et ürünlerinin, süt ürünlerinin ve dondurmanın korunması.
Ultrasonun Sıcaklık ve Basınç ile Sinerjileri
Ultrasonication genellikle diğer anti-mikrobiyal yöntemlerle kombine edildiğinde daha etkilidir, örneğin:
- termo-sonikasyon, yani ısı ve ultrason
- mano-sonikasyon, yani basınç ve ultrason
- Mano-termo-sonikasyon, yani basınç, ısı ve ultrason
Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae ve Aeromonas hydrophila için ultrasonun ısı ve/veya basınçla birlikte uygulanması önerilir.
Ultrasonik ve Diğer Gıda Koruma Teknikleri
Yüksek basınçlı homojenizasyon, ısı pastörizasyonu, yüksek basınçlı işleme (HPP), sıkıştırılmış karbondioksit (cCO2) ve süperkritik karbon dioksit (ScCO2), yüksek elektrik alan darbeleri (HELP) veya mikrodalga gibi diğer termal ve termal olmayan işlemlerin aksine, ultrason laboratuvarda veya tezgah üstü ölçekte kolayca test edilebilir – ölçek büyütme için tekrarlanabilir sonuçlar üretme. Yoğunluk ve kavitasyon özellikleri, belirli hedefleri hedeflemek için özel ekstraksiyon işlemine kolayca uyarlanabilir. Genlik ve basınç, örneğin enerji açısından en verimli ekstraksiyon kurulumunu belirlemek için geniş bir aralıkta değiştirilebilir.
Ultrasonik prob tipi ekstraksiyonun kullanımıyla bağlantılı diğer avantajlar, ekstraktın kolay kullanımı, hızlı uygulama, kalıntı bırakmama, yüksek verim, çevre dostu, gelişmiş kalite ve ekstrakt bozulmasının önlenmesidir.
(bkz. Chemat ve diğerleri, 2011)
- Daha eksiksiz ekstraksiyon
- Termal olmayan koruma
- daha yüksek verim
- Yüksek besin maddeleri, birinci sınıf gıda kalitesi
- Hızlı Süreç
- Soğuk / termal olmayan işlem
- Kullanımı kolay ve güvenli
- Az bakım gerektirir
Ekstraksiyon ve Preseravasyon için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler
Hielscher Ultrasonics, verimli ekstraksiyon ve koruma için yüksek performanslı ultrasonicators tasarlar, üretir ve dağıtır. Ekstraksiyon ve gıda koruma için Hielscher ultrasonik ekipman kullanmak, sadece güvenli ve çevre dostu değil, aynı zamanda verimli ve ekonomik olarak uygulanabilen güçlü bir işleme teknolojisidir. Homojenleştirici ve koruyucu etki, meyve suları ve püreleri (örn. portakal, elma, greyfurt, mango, üzüm, erik) dahil olmak üzere herhangi bir sıvı veya macun benzeri gıda ürününün yanı sıra sebze sosları ve çorbalar (örn. domates sosu veya kuşkonmaz çorbası), süt ürünleri, yumurtalar ve et için kolayca kullanılabilir.
Ultrasonik homojenizatörler ve çıkarıcılar portföyümüz, ticari ölçekte büyük hacimlerin hat içi işlenmesi için elde taşınan, taşınabilir cihazlardan tamamen endüstriyel üretim sistemlerine kadar uzanmaktadır.
Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite
Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.
Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
---|---|---|
0,5 - 1,5 mL | n.a. | VialTweeter | 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
15 ila 150L | 3 ila 15L/dk | UIP6000hdT |
n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Literatür / Referanslar
- 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.
Bilmeye Değer Gerçekler
Ultrasonik Hücre Parçalanması
Yoğun sonikasyon altında, enzimler veya proteinler, hücre parçalanmasının bir sonucu olarak hücrelerden veya hücre altı organellerden salınabilir. Bu durumda, bir çözücü içinde çözülecek bileşik, çözünmeyen bir yapı içine alınır. Onu çıkarmak için hücre zarının tahrip edilmesi gerekir. Hücre bozulması hassas bir süreçtir, çünkü hücre duvarının içerideki yüksek ozmotik basınca dayanma kabiliyeti vardır. Hücre kalıntıları ve nükleik asitler dahil olmak üzere tüm hücre içi ürünlerin engellenmeden salınmasını veya ürün denatürasyonunu önlemek için hücre bozulmasının iyi bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
Ultrasonikasyon, hücre parçalanması için iyi kontrol edilebilir bir araç olarak hizmet eder. Bunun için, ultrasonun mekanik etkileri, çözücünün hücresel malzemelere daha hızlı ve daha tam nüfuz etmesini sağlar ve kütle transferini iyileştirir. Ultrason, bir çözücünün bir bitki dokusuna daha fazla nüfuz etmesini sağlar ve kütle transferini iyileştirir. Kavitasyon oluşturan ultrasonik dalgalar hücre duvarlarını bozar ve matris bileşenlerinin salınmasını kolaylaştırır.
Ultrasonik Olarak Geliştirilmiş Kütle Transferi Ekstraksiyonu Teşvik Eder
Genel olarak, ultrason hücre zarlarının iyonlara geçirgenmesine yol açabilir ve hücre zarlarının seçiciliğini önemli ölçüde azaltabilir. Ultrasonun mekanik aktivitesi, çözücülerin dokuya difüzyonunu destekler. Ultrason, kavitasyon kesme kuvvetleri ile hücre duvarını mekanik olarak kırdığından, hücreden çözücüye geçişi kolaylaştırır. Ultrasonik kavitasyon ile parçacık boyutunun küçültülmesi, katı ve sıvı faz arasındaki temas halindeki yüzey alanını arttırır.
E.coli'nin Ultrasonik Lizisi ve İnaktivasyonu
Biyolojik özelliklerinin incelenmesi ve karakterizasyonu için küçük miktarlarda rekombinant protein üretmek için, E.coli tercih edilen bakteridir. Saflaştırma etiketleri, örneğin polihistidin kuyruğu, beta-galaktosidaz veya maltoz bağlayıcı proteinler, çoğu analitik amaç için yeterli saflıkta hücre ekstraktlarından ayrılabilir hale getirmek için yaygın olarak rekombinant proteinlere birleştirilir. Ultrasonikasyon, özellikle üretim verimi düşük olduğunda ve rekombinant proteinin yapısını ve aktivitesini korumak için protein salınımını maksimize etmeye izin verir.
Ultrasonik Oksidasyon
Kontrollü yoğunluklarda, ultrasonun biyotransformasyon ve fermantasyona uygulanması, indüklenen biyolojik etkiler ve kolaylaştırılmış hücresel kütle transferi nedeniyle gelişmiş bir biyoproses ile sonuçlanabilir. Kontrollü ultrason uygulamasının (20kHz) Rhodococcus erythropolis ATCC 25544'ün (eski adıyla Nocardia erythropolis) dinlenme hücreleri tarafından kolesterolün kolestenona oksidasyonu üzerindeki etkisi Bar (1987) tarafından araştırılmıştır.
Bu sistem, substratın ve ürünlerin suda çözünmeyen katılar olması nedeniyle sterollerin ve steroidlerin mikrobiyal dönüşümlerinin tipik bir örneğidir. Bu nedenle, bu sistem hem hücrelerin hem de katıların ultrasonun etkisine maruz kalabilmesi bakımından oldukça benzersizdir. Hücrelerin yapısal bütünlüğünü koruyan ve metabolik aktivitelerini koruyan yeterince düşük bir ultrasonik yoğunlukta Bar, her 10 dakikada bir 5 saniye boyunca sonikasyon yapıldığında 1.0 ve 2.5 g / L kolesterolün mikrobiyal bulamaçlarında biyodönüşümün kinetik oranlarında önemli bir artış gözlemledi 0.2W / cm²'lik bir güç çıkışı ile. Ultrason, kolesterolün (2.5 g / L) kolesterol oksidaz tarafından enzimatik oksidasyonu üzerinde hiçbir etki göstermedi.
Gıda Muhafazasında Yüksek Basınçlı İşleme Nedir?
Yüksek Basınçlı İşleme (HPP), ürünün duyusal ve besinsel niteliklerini korurken mikroorganizmaları ve enzimleri etkisiz hale getiren, termal olmayan bir gıda koruma tekniğidir. Paketlenmiş gıdaların saniyeler ila dakikalar boyunca tipik olarak 300 ila 600 MPa (megapaskal) arasında hidrostatik basınçlara maruz bırakılmasını içerir. Yüksek basınçlı işlemenin en büyük zorluğu, çok yüksek enerji tüketimidir. Sonikasyonun HPP'nin enerji talebini azaltmaya nasıl yardımcı olabileceği hakkında daha fazla bilgi edinin!

Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.