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

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

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.

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).

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.

Højtydende Ultrasonicators

Hielscher Ultralyd er din partner for ekstraktionsprocesser fra planteekstrakter. Uanset om du ønsker at udtrække små beløb til forskning og analyse eller behandle store mængder til kommerciel produktion, har vi den passende ultralyd emhætte til dig. Vores ultralyd Lab processorer samt vores bench-top og industrielle ultrasonicators er robuste, nemme at bruge og bygget til 24/7 drift under fuld belastning. En bred vifte af tilbehør såsom sonotrodes (ultralydssonder / horn) med forskellige størrelser og former, flow-celler og reaktorer og boostere muliggøre optimal setup for dig 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 i din udvinding proces! Vi vil være glade for at hjælpe dig med vores langsigtede erfaring i botaniske ekstraktioner!
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

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]