Ultrasəs ekstraksiyası ilə daha yüksək pektin çıxımı

Ultrasəs ekstraksiyası üstün keyfiyyətli pektinlərin yüksək çıxımını təmin edir. Ultrasəs emalı ilə meyvə tullantılarından (məsələn, şirə emalının əlavə məhsullarından) və digər bioloji xammaldan qiymətli pektinlər səmərəli şəkildə istehsal edilə bilər. Ultrasəslə pektin ekstraksiyası daha yüksək çıxım, üstün pektin keyfiyyəti və sürətli ekstraksiya proseduru təmin etməklə digər ekstraksiya üsullarını üstələyir.

Ultrasəs emalı ilə intensivləşdirilmiş pektin ekstraksiyası

Pektin çoxsaylı qida məhsullarında gel əmələgətirici, emulsiya əmələgətirici və qatılaşdırıcı maddə, həmçinin kosmetik və əczaçılıq məhsullarında inqrediyent kimi istifadə olunur. Ənənəvi sənaye pektin ekstraksiyası isti su ilə ekstraksiya vasitəsilə aparılır; bu zaman sitrus qabıqları, alma cecəsi və digər meyvə tullantıları kimi xammal aşağı pH-da (təqribən pH 1,5 – 3,5) 60–100°C isti suda uzun müddət isladılır. Bu, ənənəvi isti su ekstraksiyasını vaxt və enerji tələb edən prosesə çevirir; bu proses çox vaxt xammalda mövcud olan pektinlərin hamısını ayırmaq üçün belə kifayət qədər səmərəli olmur.
Ənənəvi istehsal üsulunun səmərəsizliyini aradan qaldırmaq üçün ultrasəs ekstraksiyası prosesi intensivləşdirən üsul kimi tətbiq olunur və ənənəvi isti su ekstraksiyası ilə müqayisədə ekstraksiya müddətini azaldır, pektin çıxımını isə əhəmiyyətli dərəcədə maksimuma çatdırır.

Ultrasəslə pektin ekstraksiyasının üstünlüyü

Ultrasəs ekstraksiyası ekstrakt istehsalının bir çox sahəsində, məsələn, qidalar, əlavələr, əczaçılıq və kosmetik məhsullar üçün botaniki və dərman bitkisi ekstraktlarının istehsalında tətbiq olunur. Ultrasəs ekstraksiyasının çox tanınmış nümunələrindən biri kannabis bitkisindən kannabidiolun (CBD) və digər birləşmələrin ekstraksiyasıdır.
Ultrasəs ekstraksiyası qeyri-termik ekstraksiya üsuludur və bununla bioaktiv birləşmələri termik parçalanmadan qoruyur. Amplituda, intensivlik, müddət, temperatur və təzyiq kimi bütün ultrasəs prosesi parametrləri dəqiq idarə oluna bilər. Bu, prosesə və keyfiyyətə dəqiq nəzarət etməyə imkan verir və bir dəfə əldə edilmiş ekstraksiya nəticələrinin təkrarlanmasını və yenidən əldə olunmasını asanlaşdırır. Ekstrakt istehsalçıları ultrasəs emalını prosesin etibarlı təkrarlanmasını təmin etdiyinə görə qiymətləndirirlər; bu xüsusiyyət proseslərin və məhsulların standartlaşdırılmasına kömək edir.

 
Yuxarıdakı videoda nümayiş etdirilən qreypfrut qabığından ultrasəslə pektin ekstraksiyası protokolunu burada tapın!
 

Müvafiq proses parametrlərinin müəyyənləşdirilməsi ultrasəs ekstraksiyası prosesini ən yüksək səmərəlilik və üstün ekstrakt keyfiyyəti üçün optimallaşdırmağa imkan verir.
Məsələn, xammalın (məsələn, sitrus qabıqlarının) hissəcik ölçüsü mühüm amildir: daha kiçik hissəcik ölçüsü ultrasəs dalğalarının təsir göstərə biləcəyi daha böyük səth sahəsi deməkdir. Buna görə kiçik hissəcik ölçüsü daha yüksək pektin çıxımına, daha aşağı metilləşmə dərəcəsinə və ramnoqalakturonan bölgələrinin daha böyük payına səbəb olur.
Ekstraksiya həlledicisinin (yəni su + turşu) pH dəyəri digər mühüm parametrdir. Pektin turş mühitdə ekstraksiya edildikdə polimerin bir çox şaxələnmiş ramnoqalakturonan bölgəsi parçalanır və nəticədə əsasən əsas xətti zəncirə və ya onun daxilinə birləşmiş bir neçə neytral şəkər molekulu olan homoqalakturonanın “düz” bölgələri qalır.
Ultrasəslə pektin ekstraksiyası ekstraksiya müddətini qısaldır və tələb olunan proses temperaturunu aşağı salır; bu isə turşuların pektini arzuolunmaz şəkildə modifikasiya etməsi ehtimalını azaldır. Bu, pektinləri məhsul tələblərinə dəqiq uyğunlaşdırmaq üçün turşulardan məhdudlaşdırılmış şəraitdə istifadə etməyə imkan verir.

Ultrasəslə pektin ekstraksiyasını bu qədər səmərəli edən nədir?

Ultrasəs ekstraksiyasının təsiri hüceyrə divarlarının şişməsinə, deşilməsinə və parçalanmasına birbaşa təsir göstərir. Ultrasəsin yaratdığı kütlə ötürülməsi orta lamelladakı pektinli materialın hidratlaşmasına səbəb olur və bu, bitki toxumalarının parçalanmasına gətirib çıxarır. Ultrasəs kavitasiyası və kəsilmə qüvvələri hüceyrə divarlarına birbaşa təsir edərək onları parçalayır və açır. Bu mexanizmlər ultrasəs ekstraksiyasının yüksək səmərəli nəticələrini təmin edir.

Kimyəvi və FT-IR analizlərinə əsasən, ultrasəslə ekstraksiya edilmiş pektin (həmçinin akustik kavitasiyanın köməyi ilə ekstraksiya edilmiş pektin, qısaltması ACAE) daha aşağı molekulyar kütləyə və metoksilləşmə dərəcəsinə malik olmuş və ənənəvi istilik ekstraksiyası ilə əldə edilmiş pektinlə müqayisədə uzun yan zəncirləri olan ramnoqalakturonan-I bölgəsi ilə daha zəngin olmuşdur. Ultrasəslə pektin ekstraksiyası üçün enerji sərfi ənənəvi qızdırma üsulundan əhəmiyyətli dərəcədə aşağı olmuşdur; bu isə onun sənaye istehsalı miqyasında perspektivli tətbiqini göstərir.
(bax: Wang və b., 2017)
Wang və həmkarları (2017) həmçinin vurğulayırlar ki, ultrasəs dəstəkli ekstraksiyanın ənənəvi qızdırma ilə ekstraksiyaya nisbətən daha yüksək səmərəliliyə və daha az xərcə malik, daha qənaətli və ekoloji cəhətdən daha əlverişli proses olduğu sübut edilmişdir.
 

Qalıq şəkər çuğunduru pulpasının 1000x böyütmədə SEM görüntüləri: (a) ekstraksiyadan əvvəl və (b) Xylanasae (250 U/g), (c) Cellulase (300 U/g), (d) Xylanasae+Cellulase (1:1), (e) Xylanasae+Cellulase (1:1,5) və (f) Xylanasae+Cellulase (1:2) istifadə edilərək pektin ekstraksiyasından sonra.
(tədqiqat və şəkillər: Abou-Elseoud və b., 2021)

Ultrasəslə pektin ekstraksiyası necə işləyir?

Ultrasəs ekstraksiyası yüksək intensivlikli ultrasəsin sonomexaniki təsirlərinə əsaslanır. Ultrasəs emalı vasitəsilə pektin ekstraksiyasını təşviq etmək və intensivləşdirmək üçün yüksək güclü ultrasəs dalğaları ultrasəs zondu (həmçinin ultrasəs buynuzu və ya sonotrod adlanır) vasitəsilə maye mühitə, yəni pektin tərkibli xammal və həlledicidən ibarət suspenziyaya ötürülür. Ultrasəs dalğaları mayedə yayılır və növbələşən aşağı təzyiq / yüksək təzyiq dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövrlərində çox kiçik vakuum qabarcıqları (kavitasiya qabarcıqları adlanan qabarcıqlar) yaranır və bir neçə təzyiq dövrü ərzində böyüyür. Qabarcıqların böyüdüyü bu dövrlərdə mayedə həll olmuş qazlar vakuum qabarcığına daxil olur və beləliklə, vakuum qabarcıqları böyüyən qaz qabarcıqlarına çevrilir. Müəyyən ölçüyə çatdıqda, qabarcıqlar daha çox enerji qəbul edə bilmədikdə, yüksək təzyiq dövründə şiddətlə içəriyə doğru çökür. Qabarcıqların bu çökməsi güclü kavitasiya qüvvələri, o cümlədən müvafiq olaraq 4000K və 1000atm-ə qədər çatan çox yüksək temperatur və təzyiq, eləcə də müvafiq yüksək temperatur və təzyiq fərqləri ilə xarakterizə olunur. Ultrasəsin yaratdığı bu turbulentlik və kəsilmə qüvvələri bitki hüceyrələrini parçalayır və hüceyrədaxili pektinləri su əsaslı həllediciyə buraxır. Ultrasəs kavitasiyası yüksək intensivlikli kütlə ötürülməsi yaratdığından, ultrasəs emalı çox qısa emal müddətində müstəsna dərəcədə yüksək çıxım təmin edir.
Ultrasəs emalı yalnız pektin ekstraksiyası üçün deyil, həm də meyvə cecəsindən, pulpasından, qabığından və toxumlarından polifenolların ayrılması üçün istifadə olunur. Daha ətraflı burada oxuyun!

Bitki hüceyrələrindən ultrasəs ekstraksiyası: mikroskopik eninə kəsik (TS) hüceyrələrdən ultrasəs ekstraksiyası zamanı təsir mexanizmini göstərir (böyütmə 2000x) [mənbə: Vilkhu və b. 2011]

Meyvə tullantılarından ekstraksiya edilmiş pektinlər

Qabıqlar, meyvə pulpasının qalıqları (meyvə şirəsi sıxıldıqdan sonra) və digər meyvə emalı əlavə məhsulları kimi meyvə tullantıları çox vaxt zəngin pektin mənbələridir. Meyvə tullantıları çox vaxt heyvan yemi kimi istifadə olunsa da, pektin ekstraksiyası meyvə tullantılarının daha dəyərli istifadəsidir.
Ultrasəslə pektin ekstraksiyası artıq sitrus qabıqları (məsələn, portağal, naringi, qreypfrut), yemiş qabıqları, alma cecəsi, şəkər çuğunduru pulpası, manqo qabıqları, pomidor tullantıları, həmçinin cekfrut, passiflora meyvəsi, əncir qabıqları və digər xammallarla uğurla həyata keçirilir.

Ultrasəslə pektin ekstraksiyasına dair nümunə tədqiqatlar

İstiliklə aparılan ənənəvi pektin ekstraksiyasının çatışmazlıqlarına görə tədqiqatçılar və sənaye artıq ultrasəs ekstraksiyası kimi innovativ alternativləri araşdırmışlar. Bunun nəticəsində müxtəlif xammallar üçün proses parametrlərinə dair geniş məlumat, həmçinin prosesin optimallaşdırılması üzrə məlumatlar mövcuddur.

Alma cecəsindən pektinin ultrasəs ekstraksiyası

Dranca və Oroian (2019) müxtəlif ultrasəs şəraitlərini tətbiq edərək və Box-Behnken cavab səthi planından istifadə edərək alma cecəsindən pektinin ultrasəs dəstəkli ekstraksiyası prosesini araşdırmışlar. Onlar müəyyən etmişlər ki, ultrasəs amplitudası ekstraksiya edilmiş pektinin çıxımına və esterləşmə dərəcəsinə güclü təsir göstərir, ekstraksiya pH-ı isə hər üç cavab göstəricisinə, yəni çıxıma, GalA miqdarına və esterləşmə dərəcəsinə böyük təsir göstərir. Ekstraksiya üçün optimal şərait 100% amplituda, 1,8 pH, 1:10 g/mL bərk-maye nisbəti və 30 min ultrasəs emalı olmuşdur. Bu şəraitdə pektin çıxımı 9,183%, GalA miqdarı 98,127 g/100 g və esterləşmə dərəcəsi 83,202% olmuşdur. Ultrasəslə ekstraksiya edilmiş pektinin nəticələrini kommersiya pektini ilə müqayisə etmək üçün optimal şəraitdə ultrasəs ekstraksiyası ilə əldə edilmiş pektin nümunəsi FT-IR, DSC, reoloji analiz və SEM vasitəsilə kommersiya sitrus və alma pektini nümunələri ilə müqayisə edilmişdir. İlk iki üsul ultrasəs ekstraksiyası ilə əldə edilmiş pektin nümunəsinin molekulyar kütləsinin daha dar paylanma diapazonu, nizamlı molekulyar düzülüşü və kommersiyada mövcud alma pektinlərininkinə oxşar yüksək esterləşmə dərəcəsi kimi bəzi xüsusiyyətlərini üzə çıxarmışdır. Ultrasəslə əldə edilmiş nümunənin morfoloji xüsusiyyətlərinin təhlili bir tərəfdən bu nümunənin fraqment ölçülərinin paylanması və GalA miqdarı, digər tərəfdən isə su udma qabiliyyəti arasında müəyyənedici əlaqə nümunəsi olduğunu göstərir. Ultrasəslə ekstraksiya edilmiş pektin məhlulunun özlülüyü kommersiya pektini ilə hazırlanmış məhlulların özlülüyündən xeyli yüksək olmuşdur; bu, qalakturon turşusunun yüksək konsentrasiyası ilə bağlı ola bilər. Yüksək esterləşmə dərəcəsi də nəzərə alındıqda, bu, ultrasəslə ekstraksiya edilmiş pektinin özlülüyünün niyə daha yüksək olduğunu izah edə bilər. Tədqiqatçılar belə nəticəyə gəlirlər ki, Malus domestica ‘Fălticeni’ alma cecəsindən ultrasəs ekstraksiyası ilə əldə edilmiş pektinin təmizliyi, strukturu və reoloji davranışı bu həll olan lifin perspektivli tətbiqlərini göstərir. (bax: Dranca & Oroian 2019)

Pektin istehsalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs ekstraktoru

Ultrasəs ekstraksiyası sitrus meyvələrinin əlavə məhsulları və qabıqları, alma cecəsi və bir çox digər xammaldan yüksək keyfiyyətli pektinlərin istehsalını asanlaşdıran və sürətləndirən etibarlı emal texnologiyasıdır. Hielscher Ultrasonics portfeli kompakt laboratoriya ultrasəs cihazlarından sənaye ekstraksiya sistemlərinə qədər bütün çeşidi əhatə edir. Bununla Hielscher olaraq nəzərdə tutduğunuz emal gücü üçün sizə ən uyğun ultrasəs cihazını təklif edə bilərik. Uzunillik təcrübəyə malik əməkdaşlarımız texniki mümkünlük sınaqlarından və prosesin optimallaşdırılmasından ultrasəs sisteminizin yekun istehsal səviyyəsində quraşdırılmasına qədər sizə kömək edəcəklər.
Ultrasəs ekstraktorlarımızın az yer tutması və quraşdırma variantlarının müxtəlifliyi onların hətta kiçik sahəli pektin emalı müəssisələrinə yerləşdirilməsinə imkan verir. Ultrasəs prosessorları bütün dünyada qida, əczaçılıq və qida əlavələri istehsalı müəssisələrində quraşdırılır.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:

Hielscher Ultrasonics – Təkmil ekstraksiya avadanlığı

Hielscher Ultrasonics məhsul portfeli kiçik miqyasdan böyük miqyasa qədər yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs ekstraktorlarının tam çeşidini əhatə edir. Əlavə aksesuarlar pektin ekstraksiyası prosesiniz üçün ən uyğun ultrasəs cihazı konfiqurasiyasını asanlıqla yığmağa imkan verir. Optimal ultrasəs qurğusu nəzərdə tutulan emal gücündən, həcmdən, xammaldan, partiyalı və ya axın xəttində aparılan prosesdən və vaxt qrafikindən asılıdır.

Partiyalı emal və axın xəttində emal

Hielscher ultrasəs cihazları partiyalı emal və fasiləsiz axınlı emal üçün istifadə oluna bilər. Ultrasəslə partiyalı emal proses sınaqları, optimallaşdırma və kiçikdən orta miqyasa qədər istehsal üçün idealdır. Böyük həcmdə pektin istehsalı üçün axın xəttində emal daha əlverişli ola bilər. Axın xəttində fasiləsiz qarışdırma prosesi nasosdan, şlanqlardan və ya borulardan və çənlərdən ibarət təkmil qurğu tələb edir, lakin yüksək səmərəlidir, sürətlidir və əhəmiyyətli dərəcədə daha az əmək tələb edir. Hielscher Ultrasonics ekstraksiya həcminiz və proses məqsədləriniz üçün ən uyğun ekstraksiya qurğusuna malikdir.

İstənilən istehsal gücü üçün ultrasəs ekstraktorları

Hielscher Ultrasonics məhsul çeşidi kompakt laboratoriya ultrasəs cihazlarından masaüstü və pilot sistemlərə, saatda yük maşınları dolusu materialı emal etmək gücünə malik tam sənaye ultrasəs prosessorlarına qədər bütün ultrasəs prosessorları spektrini əhatə edir. Tam məhsul çeşidi pektin tərkibli xammalınız, emal gücünüz və istehsal hədəfləriniz üçün sizə ən uyğun ultrasəs ekstraktorunu təklif etməyimizə imkan verir.
Ultrasəs masaüstü sistemləri texniki mümkünlük sınaqları və prosesin optimallaşdırılması üçün idealdır. Müəyyən edilmiş proses parametrlərinə əsaslanan xətti miqyaslandırma emal gücünü kiçik partiyalardan tam kommersiya istehsalına qədər artırmağı çox asanlaşdırır. Miqyasın artırılması ya daha güclü ultrasəs ekstraktoru qurğusunun quraşdırılması, ya da bir neçə ultrasəs cihazının paralel olaraq klaster şəklində birləşdirilməsi ilə həyata keçirilə bilər. UIP16000 ilə Hielscher dünyanın ən güclü ultrasəs ekstraktorunu təklif edir.

Optimal nəticələr üçün dəqiq idarə olunan amplitudalar

Bütün Hielscher ultrasəs cihazları dəqiq idarə olunur və buna görə istehsalda etibarlı iş vasitələridir. Amplituda meyvə və bioloji tullantılardan pektinin ultrasəs ekstraksiyasının səmərəliliyinə və effektivliyinə təsir edən həlledici proses parametrlərindən biridir.
Bütün Hielscher ultrasəs cihazları amplitudanın dəqiq təyin edilməsinə imkan verir. Sonotrodlar və amplituda gücləndirici buynuzlar amplitudanı daha da geniş diapazonda dəyişməyə imkan verən aksesuarlardır. Hielscher sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar və yüksək tələblər qoyulan tətbiqlər üçün tələb olunan ultrasəs intensivliyi təmin edə bilər. 200µm-ə qədər amplitudalarla 24/7 rejimində fasiləsiz işləmək asanlıqla mümkündür.
Amplitudanın dəqiq tənzimlənməsi və ağıllı proqram təminatı vasitəsilə ultrasəs prosesi parametrlərinin daimi monitorinqi xammalınızı ən effektiv ultrasəs şəraitində emal etməyə imkan verir. Ən yaxşı ekstraksiya nəticələri üçün optimal ultrasəs emalı!
Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş rejimində və çətin mühitlərdə 24/7 işləməyə imkan verir. Bu, Hielscher ultrasəs avadanlığını ekstraksiya tələblərinizi yerinə yetirən etibarlı iş vasitəsinə çevirir.

Asan, risksiz sınaq

Ultrasəs prosesləri tam xətti şəkildə miqyaslandırıla bilər. Bu o deməkdir ki, laboratoriya və ya masaüstü ultrasəs cihazı ilə əldə etdiyiniz hər bir nəticə tam eyni proses parametrlərindən istifadə etməklə tam eyni çıxış nəticəsini verəcək şəkildə miqyaslandırıla bilər. Bu, ultrasəs emalını risksiz texniki mümkünlük sınaqları, prosesin optimallaşdırılması və sonradan kommersiya istehsalına tətbiq üçün ideal edir. Ultrasəs emalının pektin ekstraktı istehsalınızı necə artıra biləcəyini öyrənmək üçün bizimlə əlaqə saxlayın.

Ən yüksək keyfiyyət – Almaniyada layihələndirilir və istehsal olunur

Ailəyə məxsus və ailə tərəfindən idarə olunan müəssisə kimi Hielscher ultrasəs prosessorları üçün ən yüksək keyfiyyət standartlarına üstünlük verir. Bütün ultrasəs cihazları Almaniyada, Berlin yaxınlığındakı Teltow şəhərində yerləşən baş qərargahımızda layihələndirilir, istehsal olunur və hərtərəfli sınaqdan keçirilir. Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi və etibarlılığı onu istehsalınızda etibarlı iş vasitəsinə çevirir. Tam yük altında və çətin mühitlərdə 24/7 işləmək Hielscher yüksək məhsuldarlıqlı qarışdırıcılarının təbii xüsusiyyətidir.