Hielscher ультразвукова технологія

Ультразвукове витягування та збереження

Розпад клітинних структур (лізис) за допомогою ультразвуку використовується для видобування внутрішньоклітинних сполук або для інактивації мікроорганізмів.

фон

В області мікробіології, ультразвук в першу чергу пов'язаний з руйнування клітин (лізис) або Дезінтеграція (Allinger 1975). При обробці ультразвуком рідин при високій інтенсивності, звукові хвилі, що поширюються в рідких середовищах в результаті змінного високого тиску (стиснення) і низького тиску (розрідження) циклів, з частотою в залежності від частоти.
Під час циклу низького тиску, високої інтенсивності ультразвукові хвилі створюють маленькі бульбашки вакууму або порожнеч в рідині. Коли бульбашки досягають обсягу, при якому вони більше не можуть поглинати енергію, вони руйнуються бурхливо під час циклу високого тиску. Це явище називається кавітацією. Під час імплозіі дуже високих температур (прибл. 5,000K) і тисків (прибл. 2,000atm) досягаються на місцевому рівні. Розпад кавітаційного пухирця також призводить до рідкої струменя до 280m швидкості / с Результуючі сили зсуву розірвати конверт клітин механічно і поліпшити передачу матеріалу. Ультразвукове дослідження може мати або руйнівні або конструктивні наслідки для клітин в залежності від параметрів, використовуваних ультразвуку.

стільниковий Розпад

Під сильним ферментів ультразвуком або білки можуть бути звільнені від клітин або субклітиннихорганел в результаті стільниковий Розпад, У цьому випадку з'єднання, щоб бути розчинені в розчиннику, укладена в нерозчинної структурі. Для того, щоб витягти його, клітинна мембрана повинна бути зруйнована. Руйнування клітин є чутливим процесом, оскільки можливості клітинної стінки, щоб витримувати високий осмотичний тиск всередині. Хороший контроль за руйнування клітин потрібно, щоб уникнути безперешкодного вивільнення всіх внутрішньоклітинних продуктів, в тому числі клітинних залишків і нуклеїнових кислот, або денатурації продукту.
Ultrasonication служить в якості добре контрольованих засобів для клітинного розпаду. Для цього, механічні впливу ультразвуку забезпечити більш швидке і повне проникнення розчинника в клітинних матеріалів і поліпшення масообміну. Ультразвукове досягає більшого проникнення розчинника в рослинної тканини і покращує массоперенос. Ультразвукові хвилі генерації кавітації руйнують клітинні стінки і полегшують вивільнення матричних компонентів.

массообмен

Загалом, ультразвук може привести до проникності клітинних мембран для іонів (лицедійство 1978), І це може знизити селективність мембран клітин значно. Механічна активність ультразвуку підтримує дифузію розчинників в тканину. Як ультразвук руйнує клітинну стінку з механічним приводом від кавітації сил зсуву, воно полегшує перехід від клітини в розчинник. Зменшення розміру часток за допомогою ультразвукової кавітації збільшує площу поверхні в контакті між твердої і рідкої фази.

Білок і Фермент Extraction

Зокрема, витяг ферментів і білків зберігається в клітинах і субклітинних частинок є унікальним і ефективним застосуванням ультразвуку високої інтенсивності (Кім +1989), А витяг органічних сполук, що містяться в організмі рослин і насіння розчинника може бути значно покращено. Тому ультразвук має потенційне перевагу в екстракції і виділення нових потенційно біологічно активних компонентів, наприклад від не використовуються побічним продуктом потоків, сформованих в поточних процесах. Ультразвук може також допомогти посилити ефект ферментної обробки, і тим самим зменшити кількість ферменту, необхідного або збільшити вихід екстрагуються відповідних з'єднань.

Ліпіди і білки

Ultrasonication часто використовується для поліпшення екстракції ліпідів і білків з насіння рослин, таких як соєві боби (наприклад, борошна або знежирених соєвих бобів) або інших олійного насіння. В цьому випадку руйнування клітинних стінок полегшує пресування (холодної або гарячої) і тим самим зменшує залишкове масло або жир в пресують пирога.

Вплив безперервної ультразвукової екстракції на вихід дисперсного білка було продемонстровано Моултон і ін, Обробка ультразвуком збільшила відновлення дисперсного білка поступово як відношення лускатого / розчинник змінилося від 1:10 до 1:30. Він показав, що ультразвук здатний пептізаціі соєвий білок в практично будь-якої комерційної пропускної здатності і що енергія необхідна обробка ультразвуком була найнижчою, коли були використані товщі шламів. (Моултон і ін. +1982)

Застосовується до: цитрусове масло з плодів, видобутку нафти з землі гірчиці, арахісу, рапсу, трави ехінацеї масла (), ріпаку, сої, кукурудзи

Звільнення фенольних сполук і антоціанового

Ферменти, такі як пектиназу, целюлази і гемицеллюлазу широко використовуються в обробці соку для того, щоб руйнувати стінки клітин і поліпшити сік екстрагуються. Руйнування матриці клітинної стінки також випускає компоненти, такі як фенольні сполуки в соку. Ультразвук покращує процес екстракції і, отже, може привести до збільшення фенольних сполук, алкалоїди та сік виходу, зазвичай залишається в макусі.

Сприятливий вплив ультразвукової обробки на звільнення фенольних сполук і антоціанів з винограду і ягід матрицю, зокрема з чорниці (Уасстшт Myrtillus) І чорна смородина (Ribes) У сік, був досліджений VTT біотехнології, Фінляндія (MAXFUN ЄС-проект) використовуючи Ультразвуковий процесор UIP2000hd після відтавання, затирання і ферменту інкубації. Руйнування клітинних стінок шляхом ферментативної обробки (Pectinex BE-3L для чорниці та біопектіназа СКК чорної смородини) був поліпшений в поєднанні з ультразвуком. “Лікування США збільшують концентрацію фенольних сполук чорничного соку більш ніж на 15%. […] Досліджено вплив (ультразвукові) США було більш значним з чорною смородиною, які є більш складними в обробці ягід соку, ніж чорниця в зв'язку з їх високим вмістом пектину і різною архітектурою клітинної стінки. […] Концентрація фенольних сполук в соку збільшилася на 15-25% за допомогою обробки ультразвуку (США) після інкубації ферменту.” (Mokkila і ін. 2004)

Мікробні і інактивації ферментів

Іншою програмою ультразвуку в харчовій промисловості є інактивація (збереження) мікроорганізмів та ферментів, наприклад, у фруктових соках та соусах. Сьогодні зберігання при підвищенні температури на короткий проміжок часу (пастеризація) до цих пір є найбільш поширеним методом обробки мікроорганізмом або інактивацією ферментів, що призводить до більш тривалого терміну зберігання (збереження). Через вплив високої температури цей термічний метод часто має недоліки для багатьох продуктів харчування.
Виробництво нових речовин від джерел тепла каталізуються реакцій і модифікації макромолекул, а також деформація рослин і тварин структури можуть зменшити у втраті якості. Таким чином, теплова обробка може викликати небажані зміни сенсорних атрибутів, тобто текстуру, смак, колір, запах і поживних якостей, тобто вітамінів і білків. Ультразвук є ефективним нетепловий (мінімальний) обробка альтернативи.

Тепло, що генерується локально кавітації і створених радикалів може привести до інактивації ферментів шляхом обробки ультразвуком (El'piner 1 964). При досить низьких рівнях ультразвуком структурні та метаболічні зміни можуть відбуватися в клітинах без їх руйнування. Активність пероксидази, яка знаходиться в більшості сирих і невибілений фруктів і овочів, і може бути особливо пов'язаного з розвитком присмаків і потемніння пігментів може бути істотно зменшена за рахунок використання ультразвуку. Термостійкі ферменти, такі як ліпаза і протеаза, які витримують обробку надвисокої температури і який може знизити якість і термін придатності термообробленого молока та інших молочних продуктів можуть бути інактивовані більш ефективно шляхом одночасного застосування ультразвуку, високої температури і тиску (МТС).

Ультразвук продемонструвала свій потенціал у знищенні харчових патогенів, як Е. coli, сальмонели, аскарида, Джіардія, Cryptosporidium кістІ поліовірусу.

Застосовується до: збереження джем, мармелад або начинками, наприклад, для МОРОЗИВА, фруктових соків і соусів, м'ясних продуктів, молочних

Синергізм ультразвуку з температурою і тиском

Ultrasonication часто є більш ефективним, коли в поєднанні з іншими антимікробними методами, такими як:

  • термо-ультразвуком, тобто тепло і ультразвук
  • мано-ультразвук, тобто тиск і ультразвук
  • мано-термо-ультразвуком, тобто тиск, тепло і ультразвук

Комбіноване застосування ультразвуку з теплом і / або тиском рекомендується для Сінна паличка, Bacillus coagulans, Bacillus Cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces CEREVISIAE і Aeromonas hydrophila.

процес розробки

На відміну від іншого не-термічних процесів, таких як високого гідростатичного тиску (HP), стисненого діоксиду вуглецю (cCO2) і сверхкритического діоксиду вуглецю (ScCO2) і високих імпульсів електричного поля (HELP), ультразвук може бути легко перевірені в лабораторії або настільному масштабі – генерування відтворюваних результатів для розширення масштабів. Інтенсивність і кавитационні характеристики можуть бути легко адаптовані до конкретного процесу екстракції для вирішення конкретних завдань. Амплітуда і тиск може змінюватися в широкому діапазоні, наприклад, визначити найбільш енергетично ефективну установку екстракції. Жорсткі тканини повинні проходити мацерацию, шліфування або подрібнення до обробки ультразвуку.

Е. coli

Для отримання невеликих кількостей рекомбінантних білків для вивчення і опису їх біологічних властивостей, Е. coli є бактерія вибору. Очисні мітки, наприклад, полігістідіном хвіст, бета-галактозидази, або мальтоза-зв'язуючий
білки, які зазвичай приєднані до рекомбінантним білків для того, щоб зробити їх відокремити від клітинних екстрактів з чистотою, достатньою для більшості аналітичних цілей. Ultrasonication дозволяє максимізувати вивільнення білка, зокрема, коли вихід продукції є низьким, і зберегти структуру і активність рекомбінантного білка.

порушення Е. coli клітини для того, щоб витягти загальні білка химозина була вивчена Кім і Zayas.

шафран Extraction

Шафран відомий як найбільш дорогий спецій на світовому ринку і відрізняється його ніжним ароматом, гірким смаком і привабливим жовтим кольором. Шприц з шафрану отриманий з червоної гальки квітки шафранових крокусів. Після сушіння ці частини використовуються як приправи у кухні або як барвник. Інтенсивний характерний аромат шафранів, зокрема, отримують з трьох сполук: крокінів, пікрококрину та сафранали.

Kadkhodaee і Хемматьте-Kakhki показали в дослідженні, що ультразвукова збільшення виходу екстракції значно і скоротити час обробки значно. Справді, знайдені по екстракції ультразвуку були помітно краще, ніж за допомогою традиційної екстракції з холодною водою, яку пропонується ІСО. Для їх дослідження, Kadkhodaee і Хемматі-Kakhki використовували Хільшер-х ультразвуковий пристрій UP50H, Найкращі результати були досягнуті при використанні імпульсного ультразвуку. Це означає, що короткі інтервали імпульсів були більш ефективними, ніж безперервна ультразвукова обробка.

оксидування

При контрольованих інтенсивності, застосування ультразвуку для біотрансформації і бродіння цілком може привести до підвищеної біопереробки, через індуковані біологічні ефекти, і в зв'язку з полегшеним стільниковим массопереносом. Вплив контрольованого застосування ультразвуку (20 кГц) на окисленні холестерину холестенонового покояться клітини Родококус еритрополіс АТСС 25544 (раніше Нокардія еритрополіс) Був досліджений бар.

Холестерин + O2 = Холест-4-ен-3-он + Н2О.2

Ця система є типовим мікробного перетворень стеринів і стероїдів в тому, що субстрат і продукти нерозчинних у воді твердих речовин. Таким чином, ця система досить унікальна тим, що як клітина, і тверді речовини можуть бути схильні до дії ультразвуку (Бар, 1987). При досить низької інтенсивності ультразвуку, який зберіг структурну цілісність клітин і підтримують їх метаболічної активності, Бар спостерігалося значне поліпшення в кінетичних швидкостей біотрансформації в мікробних суспензій 1,0 і 2,5 г / л холестерину, коли обробляють ультразвуком протягом 5 секунд кожні 10 млн з вихідна потужність 0,2 Вт / см. Ультразвук не показали ніякого впливу на ферментативну окислення холестерину (2,5 г / л) за допомогою оксидази холестерину.

вигідні технології

Використання ультразвукової кавітації для витягання і збереження їжі є новою потужною технології обробки, яка може не тільки безпечно застосовуватися і для навколишнього середовища, але також ефективно і економічно. Гомогенізація і зберігаючи ефект можуть бути легко використана для фруктових соків і пюре (наприклад, апельсин, яблуко, грейпфрут, манго, виноград, слива), а також для овочевих соусів і супів, як томатний соус або суп спаржі.

Запитати більше інформації!

Будь ласка, використовуйте форму нижче, якщо ви хочете запитати додаткову інформацію про використання ультразвуку для витягання і збереження.









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Література

Allinger, H. (1975): Американська лабораторія, 7 (10), 75 (1975).

Бар, R. (1987): Ультразвук Enhanced Біологічні процесиВ: біотехнології та інженерії, Vol. 32, стр. 655-663 (1987).

El'piner, С.І. (1964): Ультразвук: фізичні, хімічні та біологічні ефекти (Consultants Bureau, New York, 1964), 53-78.

Kadkhodaee, R.; Хемматі-Kakhki, А.: Ультразвукова Видобуток активних сполук з Saffron, в Інтернет-видання.

Кім, С. М. і Zayas, J.F. (1989): Параметр Обробка вилучення химозин ультразвуком; в J. Food Sci. 54: 700.

Mokkila, М., Mustranta, А., Buchert J., Поутанен, К (2004): Поєднання потужності ультразвуку з ферментами при обробці соку ягід, За адресою: 2-й Int. Conf. Біокаталізу продуктів харчування і напоїв, 19-22.9.2004, Штутгарт, Німеччина.

Мултон, K.J., Ван, L.C. (1982): Пілотний-завод Дослідження безперервної ультразвукової екстракції соєвого білка, в: Журнал Food Science, том 47, 1982.

Лицедійство, C.L. (1978): Вплив ультразвуку на фібробласти в пробірці, в: Ph.D. Дисертація, Лондонський університет, Лондон, Англія, 1978.