Højere pektinudbytter med ultralydsekstraktion
Ultralydsekstraktion resulterer i høje udbytter af pektiner af overlegen kvalitet. Ved hjælp af sonikering kan værdifulde pektiner effektivt fremstilles af frugtaffald (f.eks. Biprodukter fra juiceforarbejdning) og andet biologisk råmateriale. Ultralydpektinekstraktion udmærker sig ved andre ekstraktionsteknikker ved at producere højere udbytter, hvilket giver overlegen pektinkvalitet og en hurtig ekstraktionsprocedure.
Intensiveret pektinekstraktion ved sonikering
Pektin bruges som gelerings-, emulgerings- og fortykningsmiddel i adskillige fødevarer samt en ingrediens i kosmetik og lægemidler. Konventionel industriel pektinekstraktion sker via varmtvandsekstraktion, hvor råmaterialet såsom citrusskaller, æblepresserester og andet frugtaffald lægges i blød i 60-100 °C varmt vand ved lav pH (ca. pH 1,5 – 3,5) i længere tid. Dette gør konventionel varmtvandsudvinding til en tids- og energikrævende proces, der ofte ikke engang er effektiv nok til at frigive den fulde mængde pektiner, der er tilgængelige i råmaterialet.
For at overvinde ineffektiviteten i den konventionelle produktionsmetode anvendes ultralydsekstraktion som en procesintensiverende teknik, der reducerer ekstraktionstiden og maksimerer pektinudbyttet betydeligt sammenlignet med den traditionelle varmtvandsekstraktion.
Fordelen ved ultralyd pektinekstraktion
Ultralydsekstraktion anvendes inden for mange områder af ekstraktproduktion, f.eks. botaniske og urteekstrakter til fødevarer, kosttilskud, lægemidler og kosmetik. Et meget fremtrædende eksempel på ultralydsekstraktion er ekstraktion af cannabidiol (CBD) og andre forbindelser fra cannabisplanten.
Ultralydsekstraktion 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. Ekstraktproducenter værdsætter ultralydbehandling for den pålidelige procesrepeterbarhed, som hjælper med at standardisere processer og produkter.
- sonikering intensitet
- temperatur
- pH-værdi
- Tidspunkt
- Partikelstørrelse af råmateriale

Ultralydsekstraktoren UIP4000hdT er en 4kW kraftig emhætte til industriel pektinproduktion.
Bestemmelsen af relevante procesparametre gør det muligt at optimere ultralydsekstraktionsprocessen til højeste effektivitet og overlegen ekstraktkvalitet.
For eksempel er partikelstørrelsen af råmaterialet (f.eks. citrusskaller) en vigtig faktor: En mindre partikelstørrelse betyder et højere overfladeareal, som ultralydsbølgerne kan virke på. En lille partikelstørrelse resulterer derved i højere pektinudbytter, en lavere grad af methylering og større forhold mellem rhamnogalacturonan-regioner.
Ekstraktionsmidlets pH-værdi (dvs. vand + syre) er en anden væsentlig parameter. Når pektin ekstraheres under sure forhold, nedbrydes mange rhamnogalacturonanske forgrenede områder af polymeren, så der hovedsageligt forbliver homogalacturonanske "lige" regioner med nogle få neutrale sukkermolekyler knyttet på eller i den lineære hovedkæde.
Ultralydpektinekstraktion reducerer ekstraktionstiden og sænker den krævede procestemperatur, hvilket reducerer risikoen for uønsket pektinmodifikation af syrer. Dette gør det muligt at bruge syrer under begrænsede forhold for at ændre pektiner præcist til produktets behov.
Hvad gør ultralydspektinekstraktion så effektiv?
Virkningen af ultralydsekstraktion påvirker direkte hævelse, perforering og brud på cellevægge. Ultralydsinduceret masseoverførsel forårsager hydrering af pektinøst materiale i den midterste lamel, hvilket fører til nedbrydning af vegetabilske væv. Ultralydkavitation og forskydningskræfter påvirker direkte cellevægge og bryder dem op. 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 konventionel varmeekstraheret pektin fra kemisk og FT-IR-analyse. Energiforbruget til ulgtrasonic pektinekstraktion var betydeligt lavere end den konventionelle opvarmningsmetode, hvilket indikerer dens lovende anvendelse til industriel produktionsskala.
(jf. Wang et al., 2017)
Wang og hans kolleger (2017) understreger også, at ultralydassisteret ekstraktion har vist sig at være en mere økonomisk og miljøvenlig proces med højere effektivitet og lavere omkostninger sammenlignet med konventionel varmeudsugning.

SEM af restsukkerroetrævler ved 1000x forstørrelse: a) før ekstraktion og efter ekstraktion af pektin ved hjælp af b) Xylanasae (250 E/g), c) Cellulase (300 U/g), d) Xylanasae+Cellulase (1:1) og e) Xylanasae+Cellulase (1:1.5) og f) Xylanasae+Cellulase (1:2).
(undersøgelse og billeder: Abou-Elseoud et al., 2021)
Hvordan fungerer ultralyd pektinekstraktion?
Ultralydsekstraktion er baseret på de sonomekaniske virkninger af ultralyd med høj intensitet. For at fremme og intensivere pektinekstraktion via ultralydbehandling kobles ultralydbølger med høj effekt via en ultralydssonde (også kaldet ultralydshorn eller sonotrode) ind i det flydende medium, dvs. opslæmningen bestående af det pektinholdige råmateriale og opløsningsmidlet. Ultralydsbølgerne bevæger sig gennem væsken og skaber skiftende lavtryks- / højtrykscyklusser. Under lavtrykscyklusser skabes små vakuumbobler (såkaldte kavitationsbobler), som vokser over flere trykcyklusser. Under disse cyklusser med boblevækst kommer de opløste gasser i væsken ind i vakuumboblen, så vakuumboblen omdannes til voksende gasbobler. Ved en vis størrelse, når boblerne ikke kan absorbere mere energi, imploderer de voldsomt under en højtrykscyklus. Bobleimplosionen er karakteriseret ved intense kavitationskræfter, herunder meget høj temperatur og tryk, der når op til henholdsvis 4000K og 1000atm; samt tilsvarende høje temperatur- og trykforskelle. Disse ultralydsgenererede turbulenser og forskydningskræfter bryder planteceller op og frigiver de intracellulære pektiner i det vandbaserede opløsningsmiddel. Da ultralydskavitation skaber meget intens masseoverførsel, resulterer sonikering i usædvanligt høje udbytter inden for en meget kort behandlingstid.

Ultralyd batch ekstraktor UIP2000hdT med Cascatrode Horn
Pektiner udvundet af frugtaffald
Frugtaffald såsom skræl, frugtkødsrester (efter presning af frugtsaft) og andre frugtbiprodukter er ofte rige pektinkilder. Mens frugtaffaldsprodukter ofte bruges som dyrefoder, er pektinekstraktion en mere værdifuld anvendelse af frugtaffald.
Ultralydpektinekstraktion udføres allerede med succes med citrusskaller (såsom appelsiner, mandariner, grapefrugt), melonskaller, æblepresserester, sukkerroepulp, mangoskaller, tomataffald samt jackfrugt, passionsfrugt, figenskaller blandt andre.
Casestudier af ultralyd pektinekstraktion
På grund af ulemperne ved konventionel pektinekstraktion ved varme har forskning og industri allerede undersøgt innovative alternativer såsom ultralydsekstraktion. Derved er der masser af information om procesparametre for forskellige råmaterialer samt procesoptimeringsdata tilgængelige.
Ultralydsekstraktion af pektin fra æblepresserester
Dranca og Oroian (2019) undersøgte den ultralydsassisterede ekstraktionsproces af pektin fra æblepresserester ved at anvende forskellige ultralydsbetingelser og ved hjælp af Box-Behnken-responsoverfladedesign. De fandt, at ultralydsamplituden i høj grad påvirker udbyttet og graden af esterificering af det ekstraherede pektin, mens ekstraktionens pH havde stor indflydelse på alle tre responser, dvs. udbytte, GalA-indhold og esterificeringsgrad. De optimale betingelser for ekstraktion var 100% amplitude, pH på 1,8, faststof-væske-forhold på 1:10 g / ml og 30 minutters sonikering. Under disse forhold var pektinudbyttet 9,183 % og havde et 98,127 g/100 g GalA-indhold og 83,202 % esterificeringsgrad. For at sætte resultaterne af ultralydekstraheret pektin i forhold til kommercielt pektin blev pektinprøve opnået ved ultralydsekstraktion under optimale forhold sammenlignet med kommercielle citrus- og æblepektinprøver ved FT-IR, DSC, reologisk analyse og SEM. De to første teknikker fremhævede nogle særlige kendetegn ved pektinprøven ekstraheret ved ultralydsekstraktion, såsom det smallere fordelingsområde for molekylvægt, det ordnede molekylære arrangement og den høje grad af esterificering, der lignede den for kommercielt tilgængelige æblepektiner. Analysen af de morfologiske egenskaber ved ultralydsprøven indikerer et bestemmelsesmønster mellem fordelingen af fragmentstørrelserne i denne prøve og dens GalA-indhold på den ene side og vandoptagelseskapaciteten på den anden side. Viskositeten af ultralydekstraheret pektinopløsning var meget højere end for opløsningerne fremstillet ved hjælp af kommercielt pektin, hvilket måske skyldes den høje koncentration af galacturonsyre. Når man også overvejer den høje grad af esterificering, kan dette forklare, hvorfor viskositeten var højere for det ultralydekstraherede pektin. Forskerne konkluderer, at renheden, strukturen og den reologiske opførsel af pektin ekstraheret ved ultralydsekstraktion fra Malus domestica 'Fălticeni' æblepresserester indikerer lovende anvendelser af denne opløselige fiber. (jf. Dranca & Oroian 2019)
- Højere udbytter
- hurtigere behandling
- mildere forarbejdningsbetingelser
- forbedret samlet effektivitet
- Enkel og sikker betjening
- Hurtig ROI
Højtydende ultralydsekstraktor til pektinproduktion
Ultralydsekstraktion er en pålidelig behandlingsteknologi, der letter og fremskynder produktionen af pektiner af høj kvalitet, forskellige råmaterialer såsom citrusfrugtbiprodukter og skræl, æblepresserester og mange andre. Hielscher Ultrasonics-porteføljen dækker hele spektret fra kompakte laboratorie-ultralydapparater til industrielle ekstraktionssystemer. Derved kan vi hos Hielscher tilbyde dig den bedst egnede ultralydsapparat til din påtænkte proceskapacitet. Vores mangeårige erfarne medarbejdere hjælper dig fra gennemførlighedstest og procesoptimering til installation af dit ultralydssystem på det endelige produktionsniveau.
Det lille fodaftryk af vores ultralydsekstraktorer samt deres alsidighed i installationsmuligheder gør, at de passer selv ind i pektinbehandlingsfaciliteter med lille plads. Ultralydsprocessorer er installeret over hele verden i produktionsfaciliteter til fødevarer, farmaceutiske og kosttilskud.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
---|---|---|
1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Hielscher Ultrasonics – Sofistikeret udsugningsudstyr
Hielscher Ultrasonics produktportefølje dækker hele spektret af højtydende ultralydsekstraktorer fra lille til stor skala. Yderligere tilbehør giver mulighed for nem montering af den bedst egnede ultralydsenhedskonfiguration til din pektinekstraktionsproces. Den optimale ultralydsopsætning afhænger af den påtænkte kapacitet, volumen, råmateriale, batch- eller inline-proces og tidslinje.
batch og inline
Hielscher ultralydapparater kan bruges til batch og kontinuerlig gennemstrømningsbehandling. Ultralydsbatchbehandling er ideel til procestest, optimering og små til mellemstore produktionsniveauer. For en producerende store mængder pektin kan inline-behandling være mere fordelagtig. En kontinuerlig inline-blandingsproces kræver sofistikeret opsætning – består af en pumpe, slanger eller rør og tanke -, men det er yderst effektivt, hurtigt og kræver betydeligt mindre arbejdskraft. Hielscher Ultrasonics har den bedst egnede ekstraktionsopsætning til din ekstraktionsvolumen og procesmål.
Ultralydsekstraktorer til enhver produktkapacitet
Hielscher Ultrasonics produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte laboratorieultralydapparater over bord- og pilotsystemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle lastbiler i timen. Det fulde produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig den bedst egnede ultralydsekstraktor til dit pektinholdige råmateriale, proceskapacitet og produktionsmål.
Ultralydsbordsystemer 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 udføres ved enten at installere en mere kraftfuld ultralydsudsugningsenhed eller klynge flere ultralydapparater parallelt. Med UIP16000 tilbyder Hielscher den mest kraftfulde ultralydsekstraktor på verdensplan.
Præcist kontrollerbare amplituder for optimale resultater
Alle Hielscher ultralydapparater 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 sonikerapparater giver mulighed for den præcise indstilling af amplituden. Sonotroder og boosterhorn er tilbehør, der gør det muligt at ændre amplituden i et endnu bredere område. Hielscher industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder og levere den krævede 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 ved tunge og krævende miljøer. Dette gør Hielschers ultralydsudstyr til et pålideligt arbejdsredskab, der opfylder dine ekstraktionskrav.
Nem, risikofri test
Ultralydsprocesser kan skaleres fuldstændigt lineært. Dette betyder, at hvert resultat, du har opnået ved hjælp af en ultralydsapparat i laboratoriet eller en ultralydsmaskine, kan skaleres til nøjagtigt det samme output ved hjælp af nøjagtig de samme procesparametre. Dette gør ultralydbehandling ideel til risikofri gennemførlighedstest, procesoptimering og efterfølgende implementering i kommerciel fremstilling. Kontakt os for at lære, hvordan sonikering kan øge din pektinekstraktproduktion.
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. Robustheden og pålideligheden af Hielschers ultralydsudstyr gør det til en arbejdshest i din produktion. 24/7 drift under fuld belastning og i krævende miljøer er en naturlig egenskab ved Hielscher højtydende blandere.
Om pektiner
Pektin er et forgrenet heteropolysaccharid bestående af langkædede galacturonan-segmenter og andre neutrale sukkerarter såsom rhamnose, arabinose, galactose og xylose. For at være mere specifik er pektin en blok af co-polymer bestående af 1,4-α-bundet galacturonsyre og 1,2-bundet rhamnose med sidegrene af β-D-galactose, L-arabinose og andre sukkerenheder. Da der i pektin findes flere sukkerdele og forskellige niveauer af methylesterificering, har pektin ikke en defineret molekylvægt som andre polysaccharider. Pektin, der er specificeret til brug i fødevarer, defineres som et heteropolysaccharid, der indeholder mindst 65 % galacturonsyreenheder. Ved at anvende specifikke ekstraktionsbetingelser kan pektiner med succes modificeres og funktionaliseres for at opfylde specifikke krav. Produktionen af funktionaliserede og modificerede pektiner er af interesse for specielle anvendelser, f.eks. lavmetoxyleret pektin til lægemidler.
Hvordan adskilles pektin fra ekstraktopløsningen?
Pektinudfældning efter ultralydsekstraktion: Tilsætning af ethanol til en ekstraktopløsning kan hjælpe med at adskille pektin gennem en proces kaldet nedbør. Pektin, et komplekst polysaccharid, der findes i planternes cellevægge, er opløseligt i vand under normale forhold. Ved at ændre opløsningsmiddelmiljøet med tilsætning af ethanol kan opløseligheden af pektin imidlertid reduceres, hvilket fører til dets udfældning fra opløsningen.
Nedenfor forklarer vi dig kemien bag pektinudfældning ved hjælp af ethanol:
- Forstyrrelse af hydrogenbindinger: Pektinmolekyler holdes sammen af hydrogenbindinger, som bidrager til deres opløselighed i vand. Ethanol forstyrrer disse hydrogenbindinger ved at konkurrere med vandmolekyler om bindingssteder på pektinmolekylerne. Da ethanolmolekyler erstatter vandmolekyler omkring pektinmolekylerne, svækkes hydrogenbindingerne mellem pektinmolekyler, hvilket reducerer deres opløselighed i opløsningsmidlet.
- Nedsat opløsningsmiddelpolaritet: Ethanol er mindre polært end vand, hvilket betyder, at det har en lavere evne til at opløse polære stoffer som pektin. Når ethanol tilsættes til ekstraktopløsningen, falder opløsningsmidlets samlede polaritet, hvilket gør det mindre gunstigt for pektinmolekyler at forblive i opløsning. Dette fører til udfældning af pektin ud af opløsningen, da det bliver mindre opløseligt i ethanol-vandblandingen.
- Øget pektinkoncentration: Når pektinmolekyler udfældes ud af opløsningen, øges koncentrationen af pektin i den resterende opløsning. Dette giver mulighed for lettere adskillelse af pektinet fra væskefasen gennem filtrering eller centrifugering.
Litteratur / Referencer
- Wafaa S. Abou-Elseoud, Enas A. Hassan, Mohammad L. Hassan (2021): Extraction of pectin from sugar beet pulp by enzymatic and ultrasound-assisted treatments. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, Volume 2, 2021.
- Marina Fernández-Delgado, Esther del Amo-Mateos, Mónica Coca, Juan Carlos López-Linares, M. Teresa García-Cubero, Susana Lucas (2023): Enhancement of industrial pectin production from sugar beet pulp by the integration of surfactants in ultrasound-assisted extraction followed by diafiltration/ultrafiltration. Industrial Crops and Products, Volume 194, 2023.
- Wang, Wenjun; Wu, Xingzhu; Chantapakul, Thunthacha; Wang, Danli; Zhang, Song; Ma Xiaobin; Ding, Tian; Ye, Xingqian; Liu, Donghong(2017): Acoustic cavitation assisted extraction of pectin from waste grapefruit peels: A green two-stage approach and its general mechanism. Food Research Journal Vol.102, December 2017. 101-110.
- Drance, Florina; Oroian, Mircea (2019): Ultrasound-Assisted Extraction of Pectin from Malus domestica ‘Fălticeni’ Apple Pomace. Processes 7(8): 488; 2019.
- Owais Yousuf; Anupama Singh; N. C. Shahi; Anil Kumar; A. K. Verma (2018): Ultrasound Assisted Extraction of Pectin from Orange Peel. Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences Vol 7 [12], November 2018. 48-54.
- Lena Rebecca Larsen; Julia Buerschaper; Andreas Schieber; Fabian Weber (2019): Interactions of Anthocyanins with Pectin and Pectin Fragments in Model Solutions. J Agric Food Chem 2019 Aug 21; 67(33). pp. 9344-9353.