Die Nachfrage nach nur wenig behandelten, frischen Lebensmitteln mit hoher sensorischer und nährstoffreicher Qualität ist bei Konsumenten hoch. Daher gewinnt die nicht-thermische Behandlung und Konservierung von Lebensmitteln zunehmend an Bedeutung. Ultraschall ist vermutlich die einfachste und flexibelste Methode für den Zellaufschluss und für die Herstellung von Extrakten. Hielscher Ultrasonics liefert effiziente und leistungsfähige Ultraschallprozessoren, die gänzlich nach industriellen Standards gefertigt werden.
Heutzutage ist das thermische Behandeln die gängigste Methode für die Lebensmittelextraktion oder die mikrobielle Inaktivierung, welche dazu führt, dass Lebensmittel länger haltbar sind (Konservierung). Allerdings ergeben sich bei dieser Methode bei vielen Lebensmitteln häufig Nachteile, da sie sehr hohen Temperaturen ausgesetzt werden müssen. Die thermische Behandlung kann eine unerwünschte Steigerung der sensorischen Eigenschaften verursachen, von denen z.B. die Textur, der Geschmack, die Farbe, der Geruch und die Nährwertqualität (Vitamine, Proteine etc.) betroffen sind.
Ultraschall bietet eine effiziente nicht-thermische Alternative zur Behandlung von Lebensmitteln: Ultraschallkavitation erzeugt hohe Scherkräfte, welche die Zellwände mechanisch aufbrechen und den Masseaustausch steigern. Dieser Effekt ist vor allem hilfreich bei der Extraktion von flüssigen Bestandteilen aus festen Zellen (Fest-Flüssig Extraktion). In diesem Fall ist der Bestandteil, der in einem Lösungsmittel gelöst werden soll, in einer unlöslichen Struktur eingeschlossen. Um den gewünschten Bestandteil zu extrahieren, muss die Zellmembran zerstört werden. Mittels Ultraschall lässt sich dies schneller und vollständiger erreichen als mittels Mazeration oder Rühren. Die Partikelgrößenreduktion, die durch Ultraschallkavitation erreicht wird, vergrößert die Kontaktoberfläche zwischen der festen und der flüssigen Phase erheblich. Außerdem fördert die mechanische Aktivität des Ultraschalls die Verteilung des Lösungsmittels im Gewebe. Werden die Zellwände mechanisch durch die Kavitationsscherkräfte des Ultraschalls aufgebrochen, so wird dadurch auch gleichzeitig der Transfer von der Zelle in das Lösungsmittel vereinfacht.
Anwendungsbeispiele:
* Ultraschallextraktion von phenolischen Bestandteilen aus vakuolaren Strukturen, indem das Pflanzengewebe aufgebrochen wird
* Ultraschallextraktion von Betacyanin (rote Pigmente, z.B. aus Roter Beete) und Betaxanthin (gelbe Pigmente)
* Ultraschallextraktion von Lipiden und Proteinen aus Pflanzensaaten, z.B. Sojabohnen
* Permeabilisierung der Zellmembran von Früchten, z.B. Trauben, Pflaumen, Mango
* ultraschallgestützte Behandlung von
• Fruchtsäften, z.B. Orangen-, Grapefruit-, Mango-, Trauben-, Pflaumensaft
• Pürees
• Saucen, z.B. Tomaten-, Spargel-, Paprika-, Champignonsaucen und -suppen
• Milchprodukten
* Verbesserung der Stabilität von Dispersionen, wie bei Orangensaft, z.B. um das Absetzen (Fruchtfleisch) zu reduzieren
Im Gegensatz zu anderen nicht-thermischen Prozessen, z.B. hydrostatischer Druck (HP), komprimiertes Kohlenstoffdioxid (cCO2), überkritisches Kohlenstoffdioxid (ScCO2) und pulsierende, hochenergetische elektrische Felder (HELP), können Hielscher Ultraschallprozessoren einfach und problemlos im Labor oder im Bench-top-Verfahren/ Technikums-Maßstab getestet werden – dabei werden reproduzierbare Ergebnisse für ein Scale-up erreicht. Die Intensität und die Kavitationseigenschaften können einfach auf den spezifischen Extraktionsprozess übertragen werden, um bestimmte Zielwerte zu erreichen. Die Amplitude und der Druck können vielfältig variiert werden, um beispielsweise die energieeffizienteste Extraktionseinstellung zu finden.
Die mikrobielle und enzymatische Inaktivierung (Konservierung) ist eine weitere Ultraschallanwendung für die Lebensmittelindustrie. In diesem Fall ist Ultraschall oft effektiver, wenn er mit anderen anti-mikrobiellen Methoden kombiniert wird. Es bieten sich beispielsweise folgende Kombinationsmöglichkeiten an:
• Thermo-Sonication, z.B. Hitze und Ultraschall
• Mano-Sonication, z.B. Druck und Ultraschall
• Mano-Thermo-Sonication, z.B. Druck, Hitze und Ultraschall
Diese kombinierten Verfahren eignen sich z.B. für die Inaktivierung von Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae, Aeromonas hydrophila.
Weitere Einsatzbereiche für Ultraschall sind das Emulgieren, Dispergieren und Homogenisieren. Durch das Beschallen mit Ultraschall können auch chemische Reaktionen und die Oberflächenchemie (Sonochemie) verbessert werden oder Kristallisationsprozesse beeinflusst werden.
Weitere Informationen finden Sie unter: http://www.hielscher.com/ultraschall/extraction_01.htm
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