Ultrasonik Ekstraksiyon ve Koruma
Ultrasonik ekstraksiyon ve koruma, hücre yapılarının parçalanması (lizis) için güç ultrasonu kullanarak kullanır. Ultrasonik rersults ile hücrelerin kırılması, hücre içi bileşiklerin yanı sıra mikrobiyal inaktivasyonun yüksek verimli ekstraksiyonunda da bulunur. Çok sayıda avantajı nedeniyle, ultrasonication gıda endüstrisinde ekstraksiyon ve koruma için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrasonik ekstraksiyon ve gıda işleme faydaları hakkında daha fazla bilgi edinin!
Gıda ve Botaniklerin Çıkarılması ve Korunması için Güç Ultrasonu
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 yüksek basınçlı kabarcıklar oluşturmak için ultrasonik dalgaların kullanılmasını içerir, bu da hızla çöker, malzemenin hücre duvarlarını bozan ve istenen bileşikleri serbest bırakan yoğun ısı ve basınç üretir.
Ultrasonik Ekstraksiyon ve Koruma 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 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 bırakır. Salınan bileşikler daha sonra filtrasyon veya santrifüjleme gibi standart ayırma teknikleri kullanılarak çözücüden ayrılabilir.
Ultrasonik Koruma: Ultrasonik koruma, ultrasonik ekstraksiyon ile aynı kavitasyonel etkilere dayanmaktadır. Koruma için, bozulmaya neden olan mikroorganizmaların büyümesini engellemek için yüksek frekanslı ses dalgaları kullanarak bozulabilir gıdaların raf ömrünü uzatmak için güç ultrasonu uygulanır. İşlem, yiyeceğin bakteri, maya ve küflerin hücre duvarlarını bozan ultrasonik dalgalara maruz bırakılmasını ve bunların tahrip edilmesine veya inhibisyonuna yol açmasını içerir.
Bu işlem, mikroorganizmaların hücre duvarlarının mekanik olarak bozulmasına neden olarak tahrip olmalarına veya inhibisyonlarına yol açar. Ultrasonik dalgalar ayrıca hücre zarlarının geçirgenliğini artırabilir, koruyucu 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, yumurtalar ve et gibi çok çeşitli gıda ürünlerinde raf ömrünü uzatmak ve güvenliklerini sağlamak için kullanılır.
Ultrasonik ekstraksiyon ve koruma tekniği, geleneksel ekstraksiyon ve muhafaza yöntemlerine göre tercih edilir, çünkü daha hızlı ekstraksiyon oranları, mükemmel ürün kalitesi, daha yüksek verim, tamamen mekanik olmayan termal işlem ve daha geniş bir bileşik yelpazesini çıkarma yeteneği gibi çeşitli avantajlar sunar. Yiyecek ve içecek, ilaç ve kozmetik gibi çok çeşitli endüstrilerde kullanılır.
Ultrasonik Protein ve Enzim Ekstraksiyonu
Özellikle, hücrelerde ve hücre altı parçacıklarda depolanan enzimlerin ve proteinlerin ekstraksiyonu, yüksek yoğunluklu ultrasonun benzersiz ve etkili bir uygulamasıdır, çünkü bitkilerin ve tohumların vücudunda bulunan organik bileşiklerin bir çözücü tarafından ekstraksiyonu önemli ölçüde geliştirilebilir. Bu nedenle ultrason, potansiyel olarak biyoaktif yeni 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 azaltır veya ekstrakte edilebilir ilgili bileşiklerin verimini arttırır.
Lipitlerin ve proteinlerin ultrasonik ekstraksiyonu
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 dağınık protein verimine etkisi Moulton ve ark. Sonikasyon, pul / çözücü oranı 1: 10'dan 1: 30'a değiştiği için dağılmış proteinin geri kazanımını kademeli 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 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.
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. “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.” (Bkz. Mokkila ve ark., 2004)
Mikrobiyal ve Enzim İnaktivasyonu
Mikrobiyal ve enzim inaktivasyonu (koruma), örneğin meyve sularında ve soslarda, gıda işlemede ultrasonun başka bir uygulamasıdır. Günümüzde, sıcaklığın kısa süreler için yükseltilmesiyle korunması (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 genellikle gıda ürünleri için dezavantajlar getirir.
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.
Geleneksel ısıl işlemlerin aksine, ultrasonik koruma, enzimleri inaktive etmek için akustik kavitasyonun enerji ve kesme kuvvetlerini kullanır. Yeterince düşük sonikasyon seviyelerinde, hücrelerde yıkımları olmadan yapısal ve metabolik değişiklikler meydana gelebilir. Çoğu çiğ ve beyazlatılmamış meyve ve sebzede bulunan ve özellikle tatsız tatların ve kahverengileşen pigmentlerin gelişimi ile ilişkili olabilen Peroksidazın aktivitesi, ultrason kullanımı ile önemli ölçüde azaltılabilir. Ultra yüksek sıcaklık işlemine dayanabilen ve ısıl işlem görmüş süt ve diğer günlük ürünlerin kalitesini ve raf ömrünü azaltabilen lipaz ve proteaz gibi termodirençli enzimler, ultrason, ısı ve basıncın (MTS) eşzamanlı uygulanmasıyla daha etkili bir şekilde inaktive edilebilir.
Ultrason, E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, Cryptosporidium kistleri ve Poliovirüs gibi gıda kaynaklı patojenlerin yok edilmesindeki potansiyelini göstermiştir.
Şunlar için geçerlidir: reçel, marmelat veya soslar, meyve suları ve soslar, et ürünleri, süt ürünleri ve dondurmanın korunması.
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 Bacillus subtilis, Bacillus koagülanlar, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae ve Aeromonas hydrophila için önerilir.
Ultrasonik vs Diğer Gıda Koruma Teknikleri
Yüksek basınçlı homojenizasyon, ısı pastörizasyonu, yüksek hidrostatik basınç (HP), sıkıştırılmış karbondioksit (cCO2) ve süperkritik karbondioksit (ScCO2), yüksek elektrik alan darbeleri (HELP) veya mikrodalga gibi diğer termal ve termal olmayan süreçlerin aksine, ultrason laboratuarda veya tezgah üstü ölçekte kolayca test edilebilir – ölçek büyütme için tekrarlanabilir sonuçlar üretmek. Yoğunluk ve kavitasyon özellikleri, belirli hedefleri hedeflemek için spesifik ekstraksiyon işlemine kolayca uyarlanabilir. Genlik ve basınç, örneğin enerji açısından en verimli ekstraksiyon kurulumunu belirlemek için geniş bir aralıkta değiştirilebilir.
Ultrasonik prob tipi ekstraksiyon kullanımı ile bağlantılı diğer avantajlar, ekstraktın kolay kullanımı, hızlı yürütme, kalıntı yok, yüksek verim, çevre dostu, gelişmiş kalite ve ekstrakt bozulmasının önlenmesidir.
(Bkz. Chemat ve ark., 2011)
- daha tam bir ekstraksiyon
- Termal olmayan koruma
- Daha yüksek verimler
- Yüksek besin maddeleri, üstün gıda kalitesi
- hızlı işlem
- Soğuk / ısıl olmayan proses
- Kullanımı Kolay ve Güvenli
- Düşük bakım
Ekstraksiyon ve Preseravasyon için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler
Hielscher Ultrasonics tasarımları, üretir ve verimli ekstraksiyon ve koruma için yüksek performanslı ultrasonicators 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. Homojenleştirme ve koruma etkisi, meyve suları ve püreleri (örneğin portakal, elma, greyfurt, mango, üzüm, erik) dahil olmak üzere herhangi bir sıvı veya macun benzeri gıda ürününün yanı sıra sebze sosları ve çorbalar (örneğin, domates sosu veya kuşkonmaz çorbası), süt ürünleri, yumurta ve et için kolayca kullanılabilir.
Ultrasonik homojenizatörler ve çıkarıcılar portföyümüz, ticari ölçekte büyük hacimlerin satır içi işlenmesi için elde tutulan, taşınabilir cihazlardan tam endüstriyel üretim sistemlerine kadar uzanmaktadır.
Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite
Hielscher ultrasonicators iyi onların en yüksek kalite ve tasarım standartları için bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicator'larımızın endüstriyel tesislere sorunsuz entegrasyonunu sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar kolayca Hielscher ultrasonicators tarafından ele alınır.
Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve state-of-the-son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliğine sahip yüksek performanslı ultrasonicator'lara özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumlu ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılamak.
Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir:
|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||Uıp4000hdt|
|15 ila 150L||3 ila 15L/dak||UIP6000hdT|
|n.a.||10 - 100L/min||UIP16000|
|n.a.||daha büyük||grubu UIP16000|
Bizimle iletişime geçin! / Bize sor!
Edebiyat / 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.
Bilinmesi Gereken Gerçekler
Ultrasonik Hücre Parçalanma
Yoğun sonikasyon altında enzimler veya proteinler, hücre parçalanmasının bir sonucu olarak hücrelerden veya hücre altı organellerden salınabilir. Bu durumda, bir çözücü içinde çözülecek bileşik, çözünmez bir yapı içine alınır. Onu çıkarmak için, hücre zarı tahrip edilmelidir. Hücre bozulması hassas bir süreçtir, çünkü hücre duvarının içindeki yüksek ozmotik basınca dayanma kabiliyetine sahiptir. Hücre kalıntıları ve nükleik asitler veya ürün denatürasyonu dahil olmak üzere tüm hücre içi ürünlerin engellenmeden salınmasını önlemek için hücre bozulmasının iyi kontrolü gereklidir.
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.
Ultrasonik Geliştirilmiş Kütle Transferi Ekstraksiyonu Teşvik Eder
Genel olarak, ultrason hücre zarlarının iyonlara geçirgenleşmesine 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 transferi kolaylaştırır. Ultrasonik kavitasyon ile parçacık boyutu azaltma, katı ve sıvı faz arasındaki temas halindeki yüzey alanını arttırır.
Ultrasonik Lizis ve E.coli İnaktivasyonu
Biyolojik özelliklerinin incelenmesi ve karakterizasyonu için az miktarda 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 genellikle rekombinant proteinlere birleştirilir. Ultrasonikasyon, özellikle üretim verimi düşük olduğunda ve rekombinant proteinin yapısını ve aktivitesini korumak için protein salınımını en üst düzeye çıkarmaya izin verir.
Ultrasonik Oksidasyon
Kontrollü yoğunluklarda, ultrasonun biyotransformasyon ve fermantasyona uygulanması, indüklenmiş biyolojik etkiler ve kolaylaştırılmış hücresel kütle transferi nedeniyle gelişmiş bir biyoişleme ile sonuçlanabilir. Kontrollü ultrason uygulamasının (20kHz) Rhodococcus erythropolis ATCC 25544 (eski adıyla Nocardia erythropolis) hücrelerinin istirahat edilmesi ile kolesterolün koletonona oksidasyonu üzerindeki etkisi Bar (1987) tarafından araştırılmıştır.
Bu sistem, sterollerin ve steroidlerin mikrobiyal dönüşümlerinin tipik bir örneğidir, çünkü substrat ve ürünler suda çözünmeyen katılardır. Bu nedenle, bu sistem hem hücrelerin hem de katıların ultrasonun etkisine maruz kalabileceği için oldukça benzersizdir. Hücrelerin yapısal bütünlüğünü koruyan ve metabolik aktivitelerini koruyan yeterince düşük bir ultrasonik yoğunlukta, Bar, 0.2W / cm²'lik bir güç çıkışı ile her 10mn'de 5s için sonikleştirildiğinde 1.0 ve 2.5 g / L kolesterolün mikrobiyal bulamaçlarında biyotransformasyonun kinetik oranlarında önemli bir artış gözlemledi. Ultrason, kolesterolün (2.5g / L) kolesterol oksidaz tarafından enzimatik oksidasyonu üzerinde hiçbir etki göstermedi.