Ultralydudtrækning resulterer i høje udbytter af overlegen kvalitet pektiner. Ved hjælp af sonikering kan værdifulde pektiner fremstilles effektivt af frugtaffald (f.eks. biprodukter fra juiceforarbejdning) og andre biologiske råvarer. Ultralyd pektin ekstraktion excellerer andre ekstraktionsteknikker ved at producere højere udbytter, hvilket giver overlegen pektinkvalitet og en hurtig ekstraktionsprocedure.

Intensiveret Pektinekstraktion ved sonikering

Pektin anvendes som et gelerings-, emulgerings- og fortykningsmiddel i mange fødevarer samt en ingrediens i kosmetik og lægemidler. Konventionel industriel pektinekstraktion sker via varmtvandsudvinding, hvor råmaterialet som citrusskaller, æblepresserester og andet frugtaffald gennemblødes i 60-100 °C varmt vand ved lav pH (ca. pH 1,5 – 3,5) i lang tid. Dette gør konventionel varmtvandsudvinding til en tids- og energiforbrugende proces, der ofte ikke engang er effektiv nok til at frigive den komplette mængde pektiner, der er tilgængelige i råmaterialet.
For at overvinde ineffektiviteten af den konventionelle produktionsmetode anvendes ultralydsekstraktion som en process intensivereteknik, der reducerer ekstraktionstiden og maksimerer pektinudbyttet betydeligt sammenlignet med den traditionelle varmtvandsekstraktion.

Fordelen ved ultralyd pektin ekstraktion

Ultralydekstraktion anvendes på mange områder af ekstraktproduktion, fx botaniske og urteekstrakter til fødevarer, kosttilskud, lægemidler og kosmetik. Et meget fremtrædende eksempel på ultralydsekstraktion er udvinding af cannabidiol (CBD) og andre forbindelser fra cannabisplanten.
Ultralydekstraktion er en ikke-termisk ekstraktionsteknik, som derved forhindrer de bioaktive forbindelser mod termisk nedbrydning. Alle ultralydsprocesparametre, såsom amplitude, intensitet, tid, temperatur og tryk, kan styres nøjagtigt. Dette giver mulighed for præcis proces- og kvalitetskontrol og gør det nemt at gentage og reproducere, når de opnåede ekstraktionsresultater er opnået. Ekstrakt producenter værdi ultralydbehandling for den pålidelige proces repeterbarhed, som hjælper med at standardisere processer og produkter.

Bestemmelsen af relevante procesparametre gør det muligt at optimere ultralydsekstraktionsprocessen til højeste effektivitet og overlegen ekstraktkvalitet.
For eksempel er partikelstørrelsen af råmaterialet (fx citrusskaller) en vigtig faktor: En mindre partikelstørrelse betyder et højere overfladeareal for ultralydbølgerne at virke på. En lille partikelstørrelse resulterer derved i højere pektinudbytter, en lavere grad af methylering og større forhold mellem rhamnogalacturonan regioner.
PH-værdien af ekstraktionsmidlet (dvs. vand + syre) er en anden væsentlig parameter. Når pektin ekstraheres under sure forhold, nedbrydes mange rhamnogalacturonan forgrenede områder af polymeren, således at hovedsageligt homogalacturonan "lige" regioner med nogle få neutrale sukkermolekyler bundet på eller i den lineære hovedkæde forbliver.
Ultralyd pektin ekstraktion reducerer ekstraktionstiden og sænker den nødvendige procestemperatur, hvilket reducerer risikoen for uønsket pektin modifikation af syrer. Dette gør det muligt at anvende syrer under begrænsede forhold for at ændre pektins præcist til produktkrav.

Hvad gør Ultralyd Pektin Extraction så effektiv?

Virkningen af ultralydsekstraktion påvirker direkte hævelse, perforering og brud på cellevægge. Ultralyd induceret masseoverførsel forårsager hydrering af pektinøst materiale i midten lamella fører til opløsning af vegetabilske væv. Ultralydkavitation og forskydning tvinger direkte indvirkning cellevægge og bryde dem åbne. Disse mekanismer resulterer i de meget effektive resultater af ultralydsekstraktion.

Ultralydekstraheret pektin (også akustisk kavitationsassisteret ekstraheret pektin, forkortet ACAE), som havde lavere molekylvægt og grad af methoxylation, var rigere i rhamnogalacturonan-I-regionen med lange sidekæder sammenlignet med konventionelt varmeekstraheret pektin fra kemisk og FT-IR-analyse. Energiforbruget til ulgtrasonic pektinekstraktion var signifikant lavere end den konventionelle opvarmningsmetode, hvilket indikerer dens lovende anvendelse til industriel produktionsskala.
(jf. Wang et al., 2017)
Wang og hans kolleger (2017) understøtter også, at ultralydassisteret ekstraktion har vist sig at være en mere økonomisk og miljøvenlig proces med højere effektivitet og mindre omkostninger sammenlignet med konventionel varmeudvinding.
 

SEM af restsukkerroepulp ved 1000x forstørrelse: a) før ekstraktion og efter ekstraktion af pektin med b) Xylanasae (250 E/g), c) cellulase (300 E/g), d) xylanasae+cellulase (1:1) og e) xylanasae+cellulase (1:1.5) og f) xylanasae+cellulase (1:1.5) og f) xylanasae+cellulase (1:2).
(undersøgelse og billeder: Abou-Elseoud et al., 2021)

Hvordan virker Ultralyd Pektin Ekstraktion arbejde?

Ultralydekstraktion er baseret på de sonomekaniske virkninger af højintensitets ultralyd. For at fremme og intensivere pektinekstraktion via ultralydsscanning kobles højeffekt ultralydbølger via en ultralydssonde (også kaldet ultralydshorn eller sonotrode) i det flydende medium, dvs. Ultralydbølgerne bevæger sig gennem væsken og skaber skiftevis lavtryks- eller højtrykscyklusser. Under lavtrykscyklusser skabes der små vakuumbobler (såkaldte kavitationsbobler), som vokser over flere trykcyklusser. Under disse cyklusser af boblevækst kommer de opløste gasser i væsken ind i vakuumboblen, så vakuumboblen omdannes til voksende gasbobler. På en vis størrelse, når boblerne ikke kan absorbere mere energi, de imploderer voldsomt under en højtrykscyklus. Boblen implosion er kendetegnet ved intense kavitationelle kræfter, herunder meget høj temperatur og tryk nå op til 4000K og 1000atm, henholdsvis; samt tilsvarende høje temperatur- og trykforskelle. Disse ultralydsgenererede turbulenser og forskydningskræfter bryder planteceller op og frigiver de intracellulære pektiner i det vandbaserede opløsningsmiddel. Da ultralydkavitation skaber meget intens masseoverførsel, resulterer sonikering i usædvanligt høje udbytter inden for en meget kort behandlingstid.

Ultralydsekstraktion fra planteceller: den mikroskopiske tværsnit (TS) viser mekanismen af handlinger under ultralydsekstraktion fra celler (forstørrelse 2000x) [ressource: Vilkhu et al. 2011]

Pektiner udvundet af frugtaffald

Frugtaffald såsom skræl, rester af frugtkød (efter presning af frugtsaft) og andre frugtsorteprodukter er ofte rige pektinkilder. Mens frugtaffaldsprodukter ofte anvendes som dyrefoder, er pektinekstraktion en mere værdifuld anvendelse af frugtaffald.
Ultralyd pektin ekstraktion er allerede med succes udført med citrusskaller (såsom appelsiner, mandariner, grapefrugt), melon skræl, æble pomace, sukkerroer pulp, mango skræl, tomataffald, samt jackfrugt, passionsfrugt, figen skræl blandt andre.

Casestudier af ultralyd pektin ekstraktion

På grund af ulemperne ved konventionel pektinudvinding ved varme har forskning og industri allerede undersøgt innovative alternativer såsom ultralydsekstraktion. Derved er der masser af oplysninger om procesparametre for forskellige råmaterialer samt procesoptimeringsdata tilgængelige.

Ultralydudtrækning af Pektin fra Apple Pomace

Dranca og Oroian (2019) undersøgte den ultralydassisterede ekstraktionsproces af pektin fra æblepresse, der anvendte forskellige ultralydsbetingelser og ved hjælp af Box-Behnken responsoverfladedesign. De fandt, at ultralyd amplitude stærkt påvirker udbyttet og graden af esterificering af den udtrukne pektin, mens ekstraktion pH havde en stor indvirkning på alle tre reaktioner, dvs udbytte, GalA indhold, og graden af esterificering. De optimale betingelser for ekstraktion var 100% amplitude, pH på 1,8, fast væske forhold på 1:10 g/ml, og 30 min sonikering. Under disse omstændigheder var pektinudbyttet 9,183 % og havde et 98,127 g/100 g GalA-indhold og 83,202 % esterificeringsgrad. For at sætte resultaterne af ultralydudvundet pektin i forhold til kommerciel pektin blev pektinprøve opnået ved ultralydsekstraktion under optimale forhold sammenlignet med kommercielle citrus- og æblepektinprøver ved FT-IR, DSC, reologisk analyse og SEM. De første to teknikker fremhævede nogle særlige forhold i pektinprøven udvundet af ultralydsekstraktion, såsom det snævrere fordelingsområde af molekylvægt, det velordnede molekylære arrangement og den høje grad af esterificering, der svarede til den kommercielt tilgængelige æblepektiner. Analysen af ultralydsprøvens morfologiske egenskaber viser et bestemmelsesmønster mellem fordelingen af denne prøves fragmentstørrelser og dens galaindhold på den ene side og vandoptagelseskapaciteten på den anden side. Viskositeten af ultralydudvundet pektinopløsning var meget højere end for de opløsninger, der blev fremstillet ved hjælp af kommerciel pektin, hvilket måske på grund af den høje koncentration af galacturonsyre. Når også overvejer den høje grad af esterificering, dette kan forklare, hvorfor viskositeten var højere for ultralyd udvundet pektin. Forskerne konkluderer, at renhed, struktur og rekologisk adfærd pektin udvundet af ultralydekstraktion fra Malus domestica 'Fălticeni' æblepopresse indikerer lovende anvendelser af denne opløselige fiber. (jf. & Oroian 2019)

Højtydende ultralydsudsugning til pektinproduktion

Ultralydudvinding er en pålidelig forarbejdningsteknologi, som letter og fremskynder produktionen af pektiner af høj kvalitet, såsom citrusfrugter biprodukter og skræl, æblepresse og mange andre. Hielscher Ultrasonics portefølje dækker hele spektret fra kompakte lab ultralydsenheder til industrielle udsugningssystemer. Derved kan vi hos Hielscher tilbyde dig den mest egnede ultralydsmaskine til din planlagte proceskapacitet. Vores mangeårige erfarne personale vil hjælpe dig fra gennemførlighedstest og procesoptimering til installation af dit ultralydssystem på det endelige produktionsniveau.
Den lille mund-print af vores ultralydsudsugningsanlæg samt deres alsidighed i installationsmuligheder gør dem passer selv i små rum pektin forarbejdningsanlæg. Ultralyd processorer er installeret over hele verden i fødevarer, pharma og ernæringstilskud produktionsanlæg.

Hielscher Ultralyd – Avanceret udsugningsudstyr

Hielscher Ultrasonics produktportefølje dækker hele spektret af højtydende ultralydsudsugninger fra små til store skalaer. Ekstra tilbehør giver mulighed for nem montering af den mest egnede ultralydsenhedskonfiguration til din pektinudsugningsproces. Den optimale ultralydsopsætning afhænger af den forventede kapacitet, volumen, råvare, batch eller inline proces og tidslinje.

Batch og indbygget

Hielscher ultralydsenheder kan bruges til batch- og kontinuerlig flow-through behandling. Ultralyd batchbehandling er ideel til procestest, optimering og lille til mellemstørrelse produktionsniveau. For en producerende store mængder pektin kan indbygget behandling være mere fordelagtig. En kontinuerlig inline blandingsproces kræver avanceret opsætning – bestående af en pumpe, slanger eller rør og tanke - men det er yderst effektiv, hurtig og kræver betydeligt mindre arbejdskraft. Hielscher Ultrasonics har den bedst egnede ekstraktionsopsætning til din udtrækningsvolumen og procesmål.

Ultralydsekstraktorer til enhver produktkapacitet

Hielscher Ultrasonics produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte lab ultrasonicators over bench-top og pilot systemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle truckloads i timen. Hele produktsortimentet giver os mulighed for at tilbyde dig den mest egnede ultralydsudsugning til dit pektinholdige råmateriale, proceskapacitet og produktionsmål.
Ultralyds benchtop systemer er ideelle til gennemførlighedstest og procesoptimering. Lineær opskalering baseret på etablerede procesparametre gør det meget nemt at øge forarbejdningskapaciteten fra mindre partier til fuldt kommerciel produktion. Opskalering kan gøres ved enten at installere en mere kraftfuld ultralydsudsugningsenhed eller klyngedannelse af flere ultralydsenheder parallelt. Med UIP16000 tilbyder Hielscher den mest kraftfulde ultralydsudsugning på verdensplan.

Præcist kontrollerbare amplituder for optimale resultater

Alle Hielscher ultralydsenheder er præcist kontrollerbare og dermed pålidelige arbejdsheste i produktionen. Amplituden er en af de afgørende procesparametre, der påvirker effektiviteten af ultralydsekstraktion af pektin fra frugt og bioaffald.
Alle Hielscher Ultralyd’ processorer giver mulighed for den præcise indstilling af amplituden. Sonotroder og booster horn er tilbehør, der gør det muligt at ændre amplituden i en endnu bredere vifte. Hielschers industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder og levere den nødvendige ultralydsintensitet til krævende applikationer. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift.
Præcise amplitudeindstillinger og permanent overvågning af ultralydsprocesparametrene via smart software giver dig mulighed for at behandle dit råmateriale med de mest effektive ultralydsbetingelser. Optimal sonikering for de bedste ekstraktionsresultater!
Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift på tunge og i krævende miljøer. Dette gør Hielschers ultralydsudstyr til et pålideligt arbejdsværktøj, der opfylder dine udsugningskrav.

Nem, risikofri test

Ultralydsprocesser kan være helt lineære skaleret. Det betyder, at hvert resultat, som du har opnået ved hjælp af et laboratorium eller bænk-top ultralydsmaskine, kan skaleres til nøjagtig samme output ved hjælp af nøjagtig de samme procesparametre. Dette gør ultralydbehandling ideel til risikofri feasibility test, procesoptimering og efterfølgende implementering i kommerciel produktion. Kontakt os for at lære, hvordan sonikering kan øge din pektin ekstrakt produktion.

Højeste kvalitet – Designet og fremstillet i Tyskland

Som en familieejet og familiedrevet virksomhed prioriterer Hielscher de højeste kvalitetsstandarder for sine ultralydsprocessorer. Alle ultralydapparater er designet, fremstillet og grundigt testet i vores hovedkvarter i Teltow nær Berlin, Tyskland. Robusthed og pålidelighed i Hielschers ultralydsudstyr gør det til en arbejdshest i din produktion. 24/7 drift under fuld belastning og i krævende miljøer er et naturligt kendetegn ved Hielschers højtydende mixere.

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: