Ultrazvuková extrakce Pectin z ovoce a bioodpadu

• Pectiny jsou velmi často používané potravinářské přídatné látky, které se přidávají hlavně pro želírující účinky.
• Ultrazvuková extrakce významně zvyšuje výtěžnost a kvalitu pektin extraktů.
• Sonikace je známá pro své zesilovací efekty procesu, které jsou již používány v technologických procesech.

Extrakce pectinů a pektin

Pectin je přírodní komplex polysacharidů (heteropolysacharid), který se vyskytuje zejména v buněčných stěnách, zejména u citrusových plodů a jablečných výlisků. Vysoký obsah pektin se vyskytuje v ovocných petelech z jablek a citrusových plodů. Jablečný pomník obsahuje 10-15% peccínu na bázi sušiny, zatímco slupka citrusových plodů obsahuje 20-30%. Pectiny jsou biokompatibilní, biologicky rozložitelné a obnovitelné a vykazují velké želírování a zahnutí, které z nich činí vysoce hodnotnou doplňkovou látku. Pectiny se široce používají v potravinách, kosmetických prostředcích a farmaceutických výrobcích jako reologické modifikátory, jako je emulgátor, želírující činidlo, Glazovací činidlo, stabilizátor a zahušťovač.
Konvenční extrakce pektin pro průmyslové aplikace se provádí pomocí kyselých katalyzované manipulace (s použitím dusičnanového, chlorovodíkovou nebo kyseliny sírové). Extrakcí katalyzovaná kyselinou je nejčastěji navštěvovaný proces průmyslové výroby pektin, protože ostatní extrakční techniky jako je přímé vaření (60 º C-100 oC) pro až 24 hodin a nízké pH (1,0-3.0) jsou pomalé a nízké a mohou způsobit tepelnou degradaci vytěžené vlákno a výnos pectinu je někdy omezen podmínkami zpracování. Avšak kyselina-katalyzovaná extrakce se dodává s jejími nevýhodami: drsná kyselá léčba způsobuje depolymerizaci a deesterifikace pektin řetězců, což negativně ovlivňuje kvalitu pektin. Výroba velkých objemů kyselých odpadních vod vyžaduje následné zpracování a nákladnou recyklační léčbu, což činí proces zátěží životního prostředí.

Extrakce ultrazvukem

Ultrazvuková extrakce je mírné, netepelné ošetření, které se aplikuje na proces zpracování potravin. Pokud jde o extrakci pectinů z ovoce a zeleniny, vzniká v důsledku ultrazvuku pektin vysoké kvality. Ultrasonicky extrahované pectiny s obsahem kyseliny anhydrouronové, methoxyl a vápníku a také stupeň esterifikace. Slabé podmínky ultrazvukové extrakce zabraňují tepelnému rozkladu pecinek citlivých na teplo.
Pectin jakost a čistota se může lišit v závislosti na kyselině anhydrogalakturonové, stupni esterifikace, obsahu popela extrahovaného pectinu. Pektin s vysokou molekulovou hmotností a nízkým popelem (méně než 10%) obsah s vysokoanhydrogalakturonovou kyselinou (nad 65%) jsou označovány jako kvalitní pectin. Vzhledem k tomu, že intenzita ultrazvukové léčby může být velmi přesně řízena, mohou být vlastnosti pectinu extraktu ovlivněny nastavováním amplitudy, teplotou extrakce, tlakem, retenčním časem a rozpouštědlem.

Ultrazvuková extrakce může být spuštěna pomocí různých rozpouštědla například voda, kyselina citronová, roztok kyseliny dusičné (HNO₃, pH 2,0) nebo kyseliny šťavelanu amonného, která umožňuje také integrovat sondizaci do stávajících extrakčních linií (retro-fitink).

Ovocný odpad jako zdroj: Vysoce výkonný ultrazvuk již byl úspěšně aplikován na izolaci pectinů z jablečného výlisků, citrusových petelech (jako pomeranč, citrón, grapefruit), hroznová pomazána, granátové řízky, cukrová řepa, kůra dračí plody slupka a mango peely.

Vysoce výkonné Ultrasoniátory

Hielscher Ultrazvuk je váš partner pro extrakční procesy z rostlinných látek. Ať už chcete extrahovat malé částky na výzkum a analýzy nebo zpracovávat velké objemy pro komerční produkci, máme vhodnou ultrazvukovou odsávání pro vás. Náš ultrazvukové laboratorní procesory stejně jako naše bench-top a průmyslové ultrasonicators jsou robustní a snadno použitelný a postavený na 24/7 provoz při plném zatížení. Široká škála Příslušenství jako je sonotrody (ultrazvukové sondy / rohy) s různou velikostí a tvarů, průtokové komůrky a reaktorů a posilovače dovolí optimální nastavení pro SPECIFICKÁ extrakčního procesu.
Všechny digitální ultrazvukové stroje jsou vybaveny barevným dotykovou displejí, integrovanou SD kartou pro automatické protokolování dat a dálkovým ovládáním prohlížeče pro komplexní sledování procesů. Při Hielscherových sofistikovaných ultrazvukových systémech je velmi jednoduchá standardizace procesů a kontrola kvality.
Kontaktujte nás ještě dnes diskutovat požadavky vašeho procesu extrakce! Budeme rádi pomůžeme s našimi dlouholetými zkušenostmi v botanické extrakcí!
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Výsledky výzkumu ultrazvukové extrakce pektin

Odpad z rajčat: Aby nedocházelo k dlouhým extrakčním dávacím (12 – 24 h) v přetěžování, bylo použito ultrazvuku pro intenzifikaci extrakčního procesu z hlediska času (15, 30, 45, 60 a 90 min). V závislosti na době extrakce se získaný výnos pectinu pro první stupeň ultrazvukového extrakce, při teplotách 60 °C a 80 °C, 15.2 – 17.2% a 16.3 – 18.5%. Při použití druhého stupně ultrazvukové extrakce byl výnos pectinů z rajčatového odpadu zvýšen na 34 – 36% v závislosti na teplotách a časech). Samozřejmě, Ultrazvuková extrakce zesiluje prasknutí buněčné matrice rajčatové stěny, což vede k lepší interakci mezi rozpouštědlem a extrahovaným materiálem.
Ultraultrasonicky extrahované pectiny mohou být zařazeny do kategorií vysoké methoxyl pektiny (hm-pectin) s rychlonabíjejícími vlastnostmi (de > 70%) a esterifikací stupeň 73.3 – 85.4%. n obsah vápníku v ultrateplotním Extrém se měří mezi 41,4% až 97,5% podle parametrů extrakce (teplota a čas). Při vyšší teplotě ultrazvukové extrakce je obsah pecnanu vápenatého vyšší (91 – 97%). a jako takový je tento důležitý parametr pro želírující schopnost pektin ve srovnání s konvenčním extrakcí.
Konvenční extrakce rozpouštědel po dobu 24 hodin dává podobné výnosy pectinu ve srovnání s 15 minutou ultrazvukové extrakce. S ohledem na dosažené výsledky lze vyvodit závěr, že ultrazvuková léčba znatelně snižuje dobu extrakce. Spektroskopie NMR a FTIR potvrzují existenci převážně esterifikovaného pectinu ve všech zkoumaných vzorcích. [Travino et al. 2016]

Ovocná slupka: Jako indikátory účinnosti extrakce byly považovány výnosy z extrakčního, galakturonové kyseliny a esterifikace. nejvyšší výtěžek pectinu získaného extrakcí s ultrazvukem byl 12,67% (extrakční podmínky 85 º C, 664 W/cm2, pH 2,0 a 10 min.). Za stejných podmínek byla provedena konvenční extrakce tepla a výsledek byl 7,95%. Tyto výsledky jsou v souladu s jinými studiemi, které hlásí krátkou dobu pro účinnou extrakci polysacharidů, včetně pectin, hemicelluzů a dalších vodorozpustných polysacharidů, asistovaných ultrazvukem. Bylo také zjištěno, že výnos extrakčního výnosu vzrostl o 1,6, když byla extrakce poskytnuta ultrazvukem. Získané výsledky prokázaly, že ultrazvuk byl účinný a časově úsporný postup pro extrakci pectinu z ovocné kůry. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Poickly hruškovité Kladody: Při pokusu o odstranění sliznicového systému byl proveden pokus o extrakci ultrazvukové asistované extrakce (UAE) pectinu z Opuntia Ficus Indica (OFI). Proměnné procesu byly optimalizovány isovariantní centrální kompozitním designem, aby se zlepšil výnos z extrakce pectinu. Dosažzískaná optimální podmínkou byla: doba sonikace 70 min, teplota 70, pH 1,5 a poměr vodního materiálu 30 ml/g. Tato podmínka byla ověřena a výkonnost experimentální extrakce byla 18,14% ± 1,41%, což bylo úzce spojeno s předpovězenou hodnotou (19,06%). Ultrazvuková extrakce tedy představují slibnou alternativu konvenčního procesu extrakce díky vysoké účinnosti, jíž bylo dosaženo v kratší době a při nižších teplotách. Pektin získaný ultrazvukovou extrakcí z ofi fylokladií (uaepc) má nízký stupeň esterifikace, vysoký obsah kyseliny uronové, důležité funkční vlastnosti a dobrou anti-radikální aktivitu. Tyto výsledky jsou ve prospěch použití UAEPC jako potenciální přísady v potravinářském průmyslu. [Bayar et al. 2017]

Hroznová Pomace: Ve výzkumném dokumentu "Ultrazvukový, asistované extrakci pectinů z hroznové výkovky pomocí kyseliny citronové: metoda reakce na povrch odpovědi", Ultrazvuk se používá k extrakci pectinů z hroznové kyseliny s kyselinou citronovou jako extrakční činidlo. Podle metodiky povrchové reakce nejvyšší výnos pectinu (∼ 32,3%) lze dosáhnout, když se proces ultrazvukové extrakce provádí při 75 °c za 60 min pomocí roztoku kyseliny citronové s pH 2,0. Tyto pectické polysacharidy, složené hlavně z galaktických kyselých jednotek (∼ 97% celkových cukrů), mají průměrnou molekulovou hmotnost 163.9 kDa a stupeň esterifikace (DE) 55,2%.
Povrchová morfologie z hroznových vinných pokrutin ukazuje, že ultrazvuk hraje důležitou roli při rozbíjení vegetální tkáně a při zvyšování extrakčních výnosů. Výnos získaný po ultrazvukové extrakci pectinů za použití optimálních podmínek (75 °C, 60 min, pH 2,0) byl o 20% vyšší než výnos získaný při extrakci při použití stejných podmínek teploty, času a pH, avšak bez ultrazvukové Pomoc. Kromě toho pectiny z ultrazvukové extrakce také vykazovaly vyšší průměrnou molekulovou hmotnost. [Minjares-Fuentes et al. 2014]