Khai thác và bảo quản siêu âm

Khai thác và bảo quản siêu âm sử dụng siêu âm điện cho sự tan rã của cấu trúc tế bào (ly giải). Phá vỡ các tế bào với rersults siêu âm trong khai thác hiệu quả cao của các hợp chất nội bào cũng như bất hoạt vi sinh vật. Do nhiều lợi thế, ultrasonication được sử dụng rộng rãi để khai thác và bảo quản trong ngành công nghiệp thực phẩm. Tìm hiểu thêm về lợi ích của khai thác siêu âm và chế biến thực phẩm!

Siêu âm điện để khai thác và bảo quản thực phẩm và thực vật

Khai thác siêu âm: Khai thác siêu âm là một quá trình sử dụng sóng âm thanh tần số cao để chiết xuất các hợp chất từ nhiều loại vật liệu như thực vật, trái cây và rau quả. Quá trình này liên quan đến việc sử dụng sóng siêu âm để tạo ra bong bóng áp suất cao trong vật liệu lỏng hoặc bán rắn, sụp đổ nhanh chóng, tạo ra nhiệt và áp suất cao phá vỡ thành tế bào của vật liệu và giải phóng các hợp chất mong muốn.

Nguyên tắc làm việc của khai thác và bảo quản siêu âm

Nguyên tắc cơ bản đằng sau khai thác siêu âm dựa trên hiện tượng được gọi là cavitation âm thanh. Khi một chất lỏng tiếp xúc với sóng siêu âm có cường độ cao và tần số thấp (khoảng 20 kHz), nó tạo ra sóng áp suất tạo ra các bong bóng chân không nhỏ trong chất lỏng. Những bong bóng này phát triển kích thước khi cường độ siêu âm tăng lên, và khi chúng đạt đến một kích thước nhất định, chúng sụp đổ đột ngột và dữ dội, tạo ra sóng xung kích và giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt và áp suất.
Quá trình này gây ra sự gián đoạn cơ học của thành tế bào, giải phóng các hợp chất mong muốn từ vật liệu vào dung môi lỏng. Các hợp chất được giải phóng sau đó có thể được tách ra khỏi dung môi bằng các kỹ thuật tách tiêu chuẩn như lọc hoặc ly tâm.

 
Bảo quản siêu âm: Bảo quản siêu âm dựa trên các hiệu ứng cavitational tương tự như khai thác siêu âm. Để bảo quản, siêu âm điện được áp dụng để kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm dễ hỏng bằng cách sử dụng sóng âm thanh tần số cao để ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng. Quá trình này liên quan đến việc phơi bày thực phẩm với sóng siêu âm phá vỡ thành tế bào của vi khuẩn, nấm men và nấm mốc, dẫn đến sự phá hủy hoặc ức chế của chúng.
Quá trình này gây ra sự gián đoạn cơ học của thành tế bào của vi sinh vật, dẫn đến sự phá hủy hoặc ức chế của chúng. Sóng siêu âm cũng có thể làm tăng tính thấm của màng tế bào, cho phép chất bảo quản và các chất kháng khuẩn khác xâm nhập và tiêu diệt vi sinh vật hiệu quả hơn.
Bảo quản siêu âm được ưa thích hơn các phương pháp bảo quản truyền thống vì nó cung cấp một số lợi thế như thời gian xử lý ngắn hơn, hiệu quả cao hơn và khả năng bảo quản các đặc tính tự nhiên và hương vị của thực phẩm. Nó được sử dụng trong một loạt các sản phẩm thực phẩm như nước sốt, nước trái cây, các sản phẩm từ sữa, trứng và thịt để kéo dài thời hạn sử dụng và đảm bảo an toàn.

Kỹ thuật khai thác và bảo quản siêu âm được ưa thích hơn các phương pháp khai thác và bảo quản truyền thống vì nó cung cấp một số lợi thế như tốc độ khai thác nhanh hơn, chất lượng sản phẩm tuyệt vời, năng suất cao hơn, xử lý hoàn toàn không nhiệt cơ học và khả năng chiết xuất một loạt các hợp chất. Nó được sử dụng trong một loạt các ngành công nghiệp như thực phẩm và đồ uống, dược phẩm và mỹ phẩm.

Siêu âm Protein và khai thác enzyme

Đặc biệt, việc chiết xuất enzyme và protein được lưu trữ trong tế bào và các hạt dưới tế bào là một ứng dụng độc đáo và hiệu quả của siêu âm cường độ cao, vì việc chiết xuất các hợp chất hữu cơ có trong cơ thể thực vật và hạt giống bằng dung môi có thể được cải thiện đáng kể. Do đó, siêu âm có lợi ích tiềm năng trong việc chiết xuất và cô lập các thành phần hoạt tính sinh học tiềm năng mới, ví dụ như từ các dòng sản phẩm phụ không được sử dụng được hình thành trong các quy trình hiện tại. Siêu âm cũng có thể giúp tăng cường tác dụng của điều trị enzyme, và bằng cách này làm giảm lượng enzyme cần thiết hoặc tăng năng suất của các hợp chất có liên quan có thể chiết xuất.

Khai thác siêu âm lipid và protein

Ultrasonication thường được sử dụng để cải thiện việc khai thác lipid và protein từ hạt giống cây trồng, chẳng hạn như đậu nành (ví dụ như bột hoặc đậu nành defatted) hoặc hạt có dầu khác. Trong trường hợp này, sự phá hủy các thành tế bào tạo điều kiện cho việc ép (lạnh hoặc nóng) và do đó làm giảm dầu hoặc chất béo còn sót lại trong bánh ép.

Ảnh hưởng của khai thác siêu âm liên tục đến năng suất của protein phân tán đã được chứng minh bởi Moulton et al. Sonication làm tăng sự phục hồi của protein phân tán dần dần khi tỷ lệ mảnh / dung môi thay đổi từ 1:10 đến 1:30. Nó cho thấy siêu âm có khả năng peptize protein đậu nành ở hầu hết các thông lượng thương mại và năng lượng sonication cần thiết là thấp nhất, khi bùn dày hơn được sử dụng.

Cách ly siêu âm các hợp chất phenolic và anthocyanin

Các enzyme, chẳng hạn như pectinase, cellulase và hemicellulases được sử dụng rộng rãi trong chế biến nước ép để làm suy giảm thành tế bào và cải thiện khả năng chiết xuất nước ép. Sự gián đoạn của ma trận thành tế bào cũng giải phóng các thành phần, chẳng hạn như các hợp chất phenolic vào nước ép. Siêu âm cải thiện quá trình khai thác và do đó có thể dẫn đến sự gia tăng hợp chất phenolic, ancaloit và năng suất nước ép, thường được để lại trong bánh ép.

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. “Điều trị tại Hoa Kỳ làm tăng nồng độ các hợp chất phenolic của nước ép bilberry hơn 15%. […] Ảnh hưởng của Hoa Kỳ (siêu âm) có ý nghĩa hơn với nho đen, là loại quả mọng khó chế biến hơn trong chế biến nước ép so với quả việt quất do hàm lượng pectin cao và cấu trúc thành tế bào khác nhau. […] nồng độ các hợp chất phenolic trong nước ép tăng 15-25% bằng cách sử dụng phương pháp điều trị (siêu âm) của Hoa Kỳ sau khi ủ enzyme.” (xem Mokkila và cộng sự, 2004)
 

Bất hoạt vi khuẩn và enzyme

Bất hoạt vi sinh vật và enzyme (bảo quản), ví dụ như trong nước ép trái cây và nước sốt là một ứng dụng khác của siêu âm trong chế biến thực phẩm. Ngày nay, bảo quản bằng cách nâng cao nhiệt độ trong thời gian ngắn (Thanh trùng) vẫn là phương pháp xử lý phổ biến nhất để bất hoạt vi sinh vật hoặc enzyme dẫn đến thời hạn sử dụng (bảo quản) lâu hơn. Do tiếp xúc với nhiệt độ cao, quá trình thanh trùng nhiệt thông thường thường gây bất lợi cho các sản phẩm thực phẩm.
Việc sản xuất các chất mới từ các phản ứng xúc tác nhiệt và sửa đổi các đại phân tử cũng như sự biến dạng của cấu trúc thực vật và động vật có thể làm giảm chất lượng. Do đó, xử lý nhiệt có thể gây ra những thay đổi không mong muốn về các thuộc tính cảm giác, tức là kết cấu, hương vị, màu sắc, mùi và chất lượng dinh dưỡng, tức là vitamin và protein. Siêu âm là một giải pháp thay thế xử lý không nhiệt (tối thiểu) hiệu quả.

Trái ngược với phương pháp xử lý nhiệt thông thường, bảo quản siêu âm sử dụng năng lượng và lực cắt của xâm thực âm thanh để bất hoạt enzyme. Ở mức độ đủ thấp của sonication, thay đổi cấu trúc và trao đổi chất có thể xảy ra trong các tế bào mà không phá hủy chúng. Hoạt động của Peroxidase, được tìm thấy trong hầu hết các loại trái cây và rau quả sống và không chần và có thể đặc biệt liên quan đến sự phát triển của hương vị và sắc tố nâu có thể được giảm đáng kể bằng cách sử dụng siêu âm. Các enzyme chịu nhiệt, chẳng hạn như lipase và protease chịu được xử lý ở nhiệt độ cực cao và có thể làm giảm chất lượng và thời hạn sử dụng của sữa được xử lý nhiệt và các sản phẩm nhật ký khác có thể bị bất hoạt hiệu quả hơn bằng cách áp dụng đồng thời siêu âm, nhiệt và áp suất (MTS).

Siêu âm đã chứng minh tiềm năng của nó trong việc tiêu diệt các mầm bệnh truyền qua thực phẩm, như E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, u nang Cryptosporidium và Poliovirus.

Áp dụng cho: bảo quản mứt, mứt cam hoặc toppings, nước ép trái cây và nước sốt, các sản phẩm thịt, sữa và kem.
 

Sự phối hợp của siêu âm với nhiệt độ và áp suất

Ultrasonication thường hiệu quả hơn khi kết hợp với các phương pháp chống vi khuẩn khác, chẳng hạn như:

• nhiệt-sonication, tức là nhiệt và siêu âm
• mano-sonication, tức là áp lực và siêu âm
• mano-nhiệt-sonication, tức là áp suất, nhiệt và siêu âm

Khuyến cáo sử dụng kết hợp siêu âm với nhiệt và/hoặc áp suất đối với Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae và Aeromonas hydrophila.

Ultrasonics vs Kỹ thuật bảo quản thực phẩm khác

Không giống như các quá trình nhiệt và không nhiệt khác, chẳng hạn như đồng nhất áp suất cao, thanh trùng nhiệt, áp suất thủy tĩnh cao (HP), carbon dioxide nén (cCO2) và carbon dioxide siêu tới hạn (ScCO2), xung điện trường cao (HELP) hoặc lò vi sóng, siêu âm có thể dễ dàng kiểm tra trong phòng thí nghiệm hoặc quy mô băng ghế dự bị – tạo ra kết quả có thể tái tạo để mở rộng quy mô. Cường độ và đặc điểm xâm thực có thể dễ dàng thích nghi với quy trình khai thác cụ thể để nhắm mục tiêu các mục tiêu cụ thể. Biên độ và áp suất có thể thay đổi trong một phạm vi rộng, ví dụ: để xác định thiết lập khai thác năng lượng hiệu quả nhất.

Các ưu điểm khác liên quan đến việc sử dụng khai thác loại đầu dò siêu âm là dễ dàng xử lý chiết xuất, thực hiện nhanh chóng, không có dư lượng, năng suất cao, thân thiện với môi trường, nâng cao chất lượng và ngăn ngừa suy thoái chiết xuất.
(xem Chemat và cộng sự, 2011)

Ultrasonicators hiệu suất cao để khai thác và preseravation

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối ultrasonicators hiệu suất cao để khai thác hiệu quả và bảo quản. Sử dụng thiết bị siêu âm Hielscher để khai thác và bảo quản thực phẩm là một công nghệ chế biến mạnh mẽ không chỉ có thể được áp dụng một cách an toàn và thân thiện với môi trường mà còn hiệu quả và kinh tế. Hiệu quả đồng nhất và bảo quản có thể dễ dàng sử dụng cho bất kỳ sản phẩm thực phẩm dạng lỏng hoặc giống như bột nhão nào bao gồm nước ép trái cây và xay nhuyễn (ví dụ: cam, táo, bưởi, xoài, nho, mận) cũng như cho nước sốt rau và súp (ví dụ: sốt cà chua hoặc súp măng tây), sữa, trứng và thịt.
Danh mục đầu tư của chúng tôi về siêu âm homogenizers và máy vắt phạm vi từ cầm tay, thiết bị di động để hệ thống sản xuất công nghiệp đầy đủ để xử lý nội tuyến khối lượng lớn trên quy mô thương mại.

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: