Ultralyd pectin udvinding fra frugt og bioaffald

  • Pectiner er et meget hyppigt anvendt fødevaretilsætningsstof, hovedsagelig tilsat for dets gelerings effekter.
  • Ultralydsekstraktion øger udbyttet og kvaliteten af Pektin ekstrakter betydeligt.
  • Sonikering er kendt for sin proces intensiverede virkninger, som allerede anvendes i mangfoldige industrielle processer.

Pectiner og pectin ekstraktion

Citrus frugter affald såsom skræl og residualer efter saftpresning er ideelle til ultralydsekstraktion af Pectiner.Pectin er en naturlig kompleks polysaccharid (heteropolysaccharid) findes især i cellevæggene af frugter, især i citrusfrugter og æble pomace. Høj pektin indhold findes i frugt skræl af både æble og citrusfrugter. Æble ester indeholder 10-15% pektin på tørstofbasis, mens citrus skræl indeholder 20-30%. Pectiner er biokompatible, biologisk nedbrydelige og fornyelige og udviser store gelerings-og fortyknings egenskaber, hvilket gør dem til et højt værdsat additiv. Pectiner er almindeligt anvendt i fødevarer, kosmetik og farmaceutiske produkter som reologi ændrings såsom emulgator, geleringsmiddel, ruder agent, stabilisator, og fortykningsmidler.
Konventionel pektin ekstraktion til industrielle anvendelser udføres ved hjælp af en syre-katalyserede processer (ved hjælp af salpeter, saltsyre eller svovl syrer). Syre katalyseret ekstraktion er den hyppigst benyttede proces inden for produktion af Pektin, da de andre ekstraktionsteknikker såsom direkte kogning (60 º c-100 º c) i op til 24 timer og lav ph (1,0-3,0) er langsomme og lave i udbytte og kan forårsage termisk nedbrydning af fiber ekstraheret og pektin udbyttet er undertiden begrænset af procesforholdene. Men den syre-katalyserede udvinding kommer med sine ulemper, også: den barske sure behandling forårsager depolymerisering og deesterificering af pectinkæderne, som påvirker pektin-kvaliteten negativt. Produktionen af store mængder syreholdigt spildevand kræver efter behandling og dyre genanvendelses behandling, hvilket gør processen til en miljømæssig byrde.

Ekstraktion af ultralyds pectin

UIP4000hdT (4kW) ultralydsprocessor til udvinding af Pectiner i en industriel inline proces.Ultrasonic ekstraktion er en mild, ikke-termisk behandling, som anvendes til mangfoldige fødevarer processer. Med hensyn til udvinding af Pectiner fra frugt og grøntsager, sonikering producerer pektin af høj kvalitet. Ultrasonisk ekstraherede Pectiner udmærker sig ved deres vandouronsyre, methoxyl og calcium pectat indhold samt dens grad af esterificering. De milde betingelser for ultralydsekstraktion forhindrer en termisk nedbrydning af de varmefølsomme Pectiner.
Pectin kvalitet og renhed kan variere afhængigt af anhydrogalacturonsyre, graden af esterificering, askeindhold af ekstraheret pectin. Pektin med høj molekylvægt og lav aske (under 10%) indhold med høj anhydrogalacturonsyre (over 65%) er kendt som god kvalitet pectin. Da intensiteten af ultralydsbehandlingen kan være meget præcist kontrolleret, kan egenskaberne for pektin-ekstraktet påvirkes ved at justere amplitude, ekstraktions temperatur, tryk, retentions tidspunkt og opløsningsmiddel.

 

I denne video introducerer vi dig til den meget effektive ultralydsekstraktion af pektin fra grapefrugtskal ved hjælp af sonde-type sonikator UP200Ht. Sonikering er en yderst effektiv metode til at producere pektinudbytter af høj kvalitet fra frugt- og grøntsagsbiprodukter. Ultralydsekstraktion giver højere pektinmængder og overlegen kvalitet inden for en kortere behandlingstid.

Pektin ekstraktion fra grapefrugt skræl ved hjælp af Sonicator UP200Ht

Videominiaturebillede

 
Find protokollen for ultralydpektinekstraktion fra grapefrugtskal demonstreret i videoen ovenfor her!
 

Ultralydsekstraktion kan køres ved hjælp af forskellige opløsningsmidler såsom vand, citronsyre, salpetersyre opløsning (HNO3, pH 2,0) eller ammonium oxalat/oxalisyre, hvilket gør det også muligt at integrere sonikering i eksisterende ekstraktions linjer (retro-fitting).

Ultrasonic pektin ekstrakter Excel ved:

  • høj gelerings kapacitet
  • god dispergerbarhed
  • pektin farve
  • højt calcium pectat
  • mindre nedbrydning
  • miljøvenligt

Frugt affald som kilde: Højtydende ultralyd er allerede blevet anvendt med succes til at isolere Pectiner fra æble pomace, citrusfrugter skaller (såsom appelsin, citron, grapefrugt), drue pomace, granatæble, sukkerroepulp, dragen frugt skræl, stikkende pære cladodes, passionsfrugt skræl, og mango peels.

Pektin nedbør efter ultralydsekstraktion

Tilsætning af ethanol til en ekstraktopløsning kan bidrage til 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 pektins opløselighed imidlertid reduceres, hvilket fører til dets udfældning fra opløsningen.

Kemien bag pektinudfældning ved hjælp af ethanol kan forklares ved tre reaktioner:

  • 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 muliggør lettere adskillelse af pektin fra væskefasen gennem filtrering eller centrifugering.

Udfældning af pektin ved hjælp af ethanol er en enkel og effektiv metode til at isolere pektiner fra ekstraktopløsningen, hvilket er et procestrin, der let kan køres efter ultralydpektinekstraktion. Tilsætningen af ethanol til ekstraktopløsningen ændrer opløsningsmiddelmiljøet på en måde, der reducerer pektins opløselighed, hvilket fører til dets udfældning og efterfølgende adskillelse fra opløsningen. Denne teknik anvendes almindeligvis til udvinding og rensning af pektin fra plantematerialer til forskellige industrielle og fødevareapplikationer.

UIP4000hdT flowcelle til inline sonikering på industriel skala

Ultralyds gennemstrømnings reaktor

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.



Fordele:

  • højere udbytte
  • bedre kvalitet
  • ikke-termisk
  • reduceret ekstraktionstid
  • procesintensivering
  • retro-montering muligt
  • Grøn ekstraktion

Højtydende Ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics er din partner til ekstraktionsprocesser fra botaniske. Uanset om du vil udvinde små mængder til forskning og analyse eller behandle store mængder til kommerciel produktion, har vi den passende ultralydsekstraktor til dig. Vores ultralyd lab homogenisatorer samt vores bench-top og industrielle sonikatorer er robuste, nemme at bruge og bygget til 24/7 drift under fuld belastning. En bred vifte af tilbehør såsom sonotroder (ultralydssonder / horn) med forskellige størrelser og former, flowceller og reaktorer og boostere giver mulighed for den optimale opsætning til din specifikke ekstraktionsproces.
Alle digitale ultralyds maskiner er udstyret med en farvet touch display, integreret SD-kort til automatisk data protocolling, og browser fjernbetjening for omfattende procesovervågning. Med Hielscher's sofistikerede ultralydssystemer er en høj proces standardisering og kvalitetskontrol gjort enkel.
Kontakt os i dag for at diskutere kravene til din pektinekstraktionsproces! Vi vil med glæde hjælpe dig med vores langsigtede erfaring inden for ultralydsekstraktion og hjælpe dig med at opnå højeste proceseffektivitet og optimal pektinkvalitet!

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

Batch VolumenStrømningshastighedAnbefalede enheder
10 til 2000 ml20 til 400 ml / minUf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L0.2 til 4L / minUIP2000hdT
10 til 100 l2 til 10 l / minUIP4000
na10 til 100 l / minUIP16000
nastørreklynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular, hvis du ønsker at anmode om yderligere oplysninger om ultralydshomogenisering. Vi vil være glade for at tilbyde dig en ultralyds-system opfylder dine krav.









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Ultralydsekstraktion er en yderst effektiv teknik til at frigive pektiner fra grapefrugtskal. Dette billede viser sonikatoren UP200Ht ekstraktion pektiner fra grapefrugtskal ved hjælp af vand som opløsningsmiddel.

Lab sonikator UP200Ht Ekstraktion af pektiner fra grapefrugtskal ved hjælp af vand som opløsningsmiddel.

Forskningsresultater af ultralyd pectin ekstraktion

Tomat affald: For at undgå lange ekstraktionstider (12 – 24 timer) i reflukningsproces blev ultralydbehandling brugt til intensivering af ekstraktionsprocessen i form af tid (15, 30, 45, 60 og 90 min). Afhængigt af ekstraktions tiderne er det opnåede pektin-udbytte for første ultralyds ekstraktions trin ved temperaturer på 60 °c og 80 °c 15,2 – 17,2% og 16,3 – 18,5%. Når en anden ultralydsekstraktion trin blev anvendt, udbyttet af Pectiner fra tomat affald blev forhøjet til 34 – 36%, afhængigt af temperaturer og tidspunkter). Naturligvis, ultralydsekstraktion øger ruptur af tomat cellevæg matrix, hvilket fører til bedre interaktioner mellem opløsningsmiddel og udvundet materiale.
De ultrasonisk ekstraherede Pectiner kan kategoriseres som høje methoxyl Pectiner (HM-peectin) med hurtige sæt gelerings egenskaber (de > 70%) og en esterificering grad af 73.3-85.4%. n. indholdet af calcium pectat i ultralydet ekstraherede pektin blev målt mellem 41,4% og 97,5% afhængigt af ekstraktions parametre (temperatur og tid). Ved højere temperatur af ultralydsekstraktion er indholdet af calcium pectat højere (91 – 97%) og som sådan præsentere vigtige parameter af Pektin gelerings evne sammenlignet med konventionel ekstraktion.
Konventionel solventekstraktion for en varighed af 24hr giver tilsvarende pektin udbytter i sammenligning med 15 min af ultralydsekstraktion behandling. Med hensyn til opnåede resultater kan det konk sluttes, at ultralydsbehandling nedsætter ekstraktionstid bemærkelsesværdigt. NMR-og ftir-spektroskopi bekræfter eksistensen af overvejende esterificeret pektin i alle undersøgte prøver. [Grassino et al. 2016]

Passionsfrugt skaller: Ekstraktions udbyttet, galacturonsyre og esterificerningsgraden blev betragtet som indikatorer for udvindings effektiviteten. højeste udbytte af Pektin opnået ved ultralyds assisteret ekstraktion var 12,67% (ekstraktions forhold 85 º c, 664 W/cm2, ph 2,0 og 10 min). For disse samme betingelser, en konventionel opvarmning udvinding blev udført, og resultatet var 7,95%. Disse resultater er i overensstemmelse med andre undersøgelser, der rapporterer den korte tid til effektiv ekstraktion af polysaccharider, herunder pectin, hemicellutaber og andre vandopløselige polysaccharider, bistået af ultralyd. Det blev også observeret, at ekstraktions udbyttet steg 1,6 gange, når ekstraktionen blev bistået af ultralyd. De opnåede resultater viste, at ultralyd var en effektiv og tidsbesparende teknik til udvinding af Pektin fra passionsfrugt skræl. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Stikkende pære Cladoder: Ultralyds assisteret ekstraktion (UAE) af Pektin fra Opuntia Ficus indica (Ofi) cladoder efter fjernelse af planteslim blev forsøgt ved hjælp af respons overflade metoden. Proces variablerne blev optimeret af den isovariant centrale komposit design for at forbedre pektin ekstraktions udbyttet. Den optimale tilstand opnået var: sonikering tid 70 min, temperatur 70, pH 1,5 og vand-materiale forholdet 30 ml/g. Denne betingelse blev valideret, og resultaterne af eksperimentel ekstraktion var 18,14% ± 1,41%, hvilket var tæt forbundet med den forventede værdi (19,06%). Således ultralydsekstraktion præsentere et lovende alternativ til konventionel udvinding proces takket være sin høje effektivitet, som blev opnået på mindre tid og ved lavere temperaturer. Pektin ekstraheret ved ultralydsekstraktion fra Ofi-cladoder (uaepc) har en lav grad af esterificering, højt indhold af uronsyre, vigtige funktionelle egenskaber og god anti radikal aktivitet. Disse resultater er til fordel for brugen af UAEPC som potentiel tilsætningsstof i fødevareindustrien. [Bayar et al. 2017]

Vindrue Pomace: I forsknings papir "ultralyd-assisteret ekstraktion af Pectiner fra drue ester ved hjælp af citronsyre: en respons overflade metode tilgang", sonikering bruges til at udtrække Pectiner fra drue ester med citronsyre som udvinding agent. Ifølge respons overflade metoden var det højeste udbytte af Pektin (∼ 32,3%) kan opnås, når ultralydekstraktions processen udføres ved 75 º C i 60 min ved hjælp af en citronsyre opløsning af pH 2,0. Disse pectiske polysaccharider, der hovedsagelig består af galacturoniske syre enheder (∼ 97% af det totale sukkerindhold), har en gennemsnitlig molekylvægt på 163.9 kDa og en grad af esterificering (DE) på 55,2%.
Overfladen morfologi af sonikeret drue ester viser, at sonikering spiller en vigtig rolle i at bryde op i vegetabilske væv og øge udvindings udbyttet. Udbyttet opnået efter ultralydsekstraktion af Pectiner ved hjælp af de optimale betingelser (75 °C, 60 min, pH 2,0) var 20% højere end det udbytte, der blev opnået, da ekstraktionen blev udført under anvendelse af de samme temperatur-, tids-og pH-betingelser, men uden ultralyd Bistand. Derudover udviste Pectiner fra ultralydsekstraktion også en højere gennemsnitlig molekylvægt. [Minjares-Fuentes et al. 2014]

Hielscher Ultrasonics hjælper dig fra første test til kommercialisering af din ansøgning.

Fra gennemførligheds test til procesoptimering og industriel installation – Hielscher Ultrasonics er din partner for succesfulde ultralydsprocesser!

Litteratur / Referencer



Fakta Værd at vide

Pektin

Pectin er en naturligt forekommende heteropolysaccharid, som hovedsageligt findes i frugter såsom æble ester og citrusfrugter. Pectiner, også kendt som pectinstoffer polysaccharider, er rige på galacturonsyre. Inden for pectigruppen er der identificeret flere forskellige polysaccharider. Homogalacturonans er lineære kæder af α-(1 – 4)-forbundet D-galacturonic syre. Substituerede galacturonaner er karakteriseret ved tilstedeværelsen af saccharider appendant rester (såsom D-xylose eller D-apiose i de respektive tilfælde af xylogalacturonan og apiogalacturonan) forgrenet fra en rygraden af D-galacturoniske syre rester. Rhamnogalacturonan I Pectiner (RG-I) indeholder en rygrad i det gentagne disaccharid: 4)-α-D-galacturonsyre-(1, 2)-α-L-rhamnose-(1. Mange rhamnose rester har sidekæder af forskellige neutrale sukkerarter. Det neutrale sukker er hovedsagelig D-galactose, L-Arabinose og D-xylose. Typerne og proportionerne af neutrale sukkerarter varierer med pektinens oprindelse.
En anden strukturel type af Pektin er rhamnogalacturonan II (rg-II), som er en kompleks, stærkt forgrenet polysaccharid og sjældnere findes i naturen. Rygraden i rhamnogalacturonan II består udelukkende af D-galacturonsyreenheder. Isoleret pektin har en molekylvægt på typisk 60000 – 130000 g/mol, varierende med oprindelse og udvindingsbetingelser.
Pectiner er et vigtigt tilsætningsstof med mangfoldige anvendelser i fødevarer, lægemidler, såvel som i andre industrier. Brugen af Pectiner er baseret på dens høje evne til at danne gel i nærværelse af ca2 + + eller en opløfte ved lav pH. Der er to former for Pectiner: lav-methoxyl pektin (LMP) og høj-methoxyl pektin (HMP). De to typer pektin er kendetegnet ved deres grad af methylering (DM). I afhængighed af methylathion kan pektin enten være højt methoxy pektin (DM>50) eller lavt methoxy pektin (DM<50). høj methoxy pektin er karakteriseret ved sin evne til at danne geler i et surt medium (pH 2,0-3.5) under forudsætning af, at saccharose i en koncentration på mindst 55 WT% eller højere er til stede. Lav methoxy Pektin kan danne geler over et større pH-interval (2,0 – 6,0) i nærværelse af en divalent ion, såsom calcium.
Hvad angår gelering af højmethoxyl-pektin, opstår kryds bindingen af Pektin molekyler på grund af hydrogenbindinger og hydrofobiske interaktioner mellem molekylerne. Med lavt methoxyl-pektin opnås gelering fra ionkoblingen via calcium broer mellem to carboxylgrupper, der tilhører to forskellige kæder i umiddelbar nærhed af hinanden.
Faktorer såsom pH, tilstedeværelsen af andre opløftes, molekyl størrelse, graden af methoxylering, antal og placering af sidekæder, og ladning tæthed på molekylet indflydelse gelering egenskaber pectin. Der skelnes mellem to typer Pectiner med hensyn til opløselighed. Der er vandopløseligt eller fri pektin og vand uopløseligt pektin. Pectin's vandopløselighed er relateret til graden af polymerisering og mængden og positionen af methoxyl grupper. Generelt øger pectins vandopløselighed med faldende molekylvægt og stigninger i esterificerede carboxylgrupper. Men pH, temperatur, og typen af opløselig nuværende indflydelse opløselighed, også.
Den kvalitet, hvis kommercielt anvendte pektin er normalt mere bestemmes af dens dispergerings evne end ved sin absolutte opløselighed. Når tør pulveriseret pektin tilsættes til vand, er det kendt for at danne såkaldte “fiskeøjne”. Disse fisk-øjne er klumper dannet på grund af den hurtige hydrering af pulveret. “Fish-Eye” klumper har en tør, un-wetted pektin kerne, som er belagt med et meget hydreret ydre lag af vådt pulver. Sådanne klumper er svære at våd ordentligt, og de spredes kun meget langsomt.

Anvendelse af Pectiner

I fødevareindustrien tilsættes pektin til marmelade, frugt spreder, syltetøj, gelé, drikkevarer, saucer, frosne fødevarer, Konfekture og bageriprodukter. Pectin anvendes i konfekture gelé til at give en god gel struktur, en ren bid og at give en god smag frigivelse. Pectin bruges også til at stabilisere sure protein drikke, såsom at drikke yoghurt, for at forbedre tekstur, mund-føle og Pulp stabilitet i juice baserede drikkevarer og som en fedt substitut i bagværk. For kalorie reduceret/lavt kalorieindhold tilsættes Pectiner som fedt-og/eller sukker erstatning.
I den farmaceutiske industri, det bruges til at reducere kolesterolindholdet i blodet og gastrointestinale lidelser.
Andre industrielle anvendelser af Pektin omfatter dens anvendelse i spiselige film, som en emulsion stabilisator for vand/olie emulsioner, som reologi ændrings og blødgører, som dimensionerings middel til papir og tekstiler osv.

Kilder til pectin

Selvom Pektin kan findes i cellevæggene i de fleste planter, er æble ester og appelsin skræl de to vigtigste kilder til kommercielt producerede Pectiner, da deres Pectiner er af stor kvalitet. Andre kilder viser ofte dårlig gelerings adfærd. I frugter, foruden æble og Citrus, ferskner, abrikoser, pærer, guavaer, kvæde, blommer og stikkelsbær er kendt for deres store mængde af pectin. Blandt grøntsager, tomater, gulerødder og kartofler er kendt for deres høje pektin indhold.

tomat

Millioner af tons tomater (Lycopersicon esculentum Mill.) forarbejdes årligt for at fremstille produkter som tomatsaft, pasta, puré, ketchup, sauce og salsa, hvilket resulterer i produktion af store mængder affald. Tomat affald, fremstillet efter presning af tomat, består af 33% frø, 27% hud og 40% Pulp, mens tørret tomat ester indeholder 44% frø og 56% pulp og hud. Tomat affald er en stor kilde til fremstilling af Pectiner.

Vi vil være glade for at diskutere din proces.

Lad os komme i kontakt.