Pektinextraktion aus Grapefruitschalen mit einem Sonicator

Pektine aus Fruchtnebenprodukten wie Schalen oder Fruchtfleisch werden mit Ultraschallextraktoren hocheffizient extrahiert. Als zuverlässige, einfache und sichere Pektinextraktionsmethode erhöht die Beschallung die Pektinausbeute und die Pektinqualität bei beschleunigter Produktionsgeschwindigkeit. Im Folgenden demonstrieren wir die effiziente Technik der Pektinextraktion aus Grapefruitschalen mit Ultraschall.

Pektinextraktion mit Ultraschall - Schritt für Schritt

Die Ultraschallextraktion ist ein hochwirksames Verfahren zur Freisetzung von Pektinen aus Grapefruitschalen. Dieses Bild zeigt den Sonicator UP200Ht bei der Extraktion von Pektinen aus Grapefruitschalen mit Wasser als Lösungsmittel.Die Pektinextraktion mit Ultraschall beschreibt die Anwendung von Leistungsultraschall, um die Freisetzung von Pektinen aus einem Rohstoff (z. B. Fruchtschalen, Nebenprodukte von Zitrusfrüchten) zu fördern. Die Beschallung ist eine bewährte Technik zum Aufbrechen der Zellwände und zur Freisetzung von Pektin aus Pflanzenmaterial.
Das folgende Protokoll zur Pektinextraktion aus Grapefruitschalen mit Hilfe eines Sondenschallgerätes und anschließender Ethanolfällung:


Verwendete Materialien:

  • 50 g Grapefruitschalen
  • 200mL gereinigtes Wasser
  • 400mL Ethanol
  • Sonicator UP200St + Sonotrode S26d14
  • Bechergläser

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Das Ultraschallgerät UIP4000hdT ist ein leistungsstarker Extraktor für die industrielle Pektinproduktion.

Das Ultraschallgerät UIP4000hdT ist ein 4 kW starkes Extraktionsgerät für die industrielle Pektinherstellung verwendet.

 

In diesem Video stellen wir Ihnen die hocheffiziente Ultraschallextraktion von Pektin aus Grapefruitschalen mit dem Sondensonicator UP200Ht vor. Die Sonikation ist eine hocheffiziente Methode zur Gewinnung hochwertiger Pektinausbeuten aus Obst- und Gemüsenebenprodukten. Durch die Ultraschallextraktion lassen sich höhere Pektinmengen und eine bessere Qualität in kürzerer Verarbeitungszeit erzielen.

Pektinextraktion aus Grapefruitschalen mit dem Sonicator UP200Ht

Video-Miniaturansicht

 

Aufbereitung des Rohmaterials:

  • Gewinnen Sie Zitrusschalen als Rohmaterial. In diesem Protokoll verwenden wir Grapefruitschalen.
  • Waschen Sie die Zitrusschalen gründlich, um Schmutz und Ablagerungen zu entfernen.
  • Schneiden Sie die Zitrusschalen in kleine Stücke, um die Oberfläche für die Extraktion zu vergrößern.

 

Auswahl der Lösungsmittel:
Wasser ist das bevorzugte Lösungsmittel für die Extraktion, da es kostengünstig und ungiftig ist. Für die Pektinextraktion wird in der Regel Wasser verwendet, da es Pektin auflöst, ohne es zu zersetzen. Die Zugabe einer geringen Menge an Säuren (z. B. Zitronensäure, Essigsäure, Salpeter- oder Salzsäure) zu Wasser als Lösungsmittel unterstützt das Lösen von Pektin aus Pflanzenmaterialien und verbessert den Extraktionsprozess. Die Einstellung des Lösungsmittels auf einen pH-Wert von ca. 2-3 pH ist ein guter Richtwert.
 
Extraktionsverfahren mit Ultraschall:

  • Ca. 50 gr. fein geschnittene Zitrusschalenstücke in ein Becherglas oder einen Kolben geben.
  • Etwa 200 ml des gewählten Lösungsmittels zu den Zitrusschalen geben.
  • Verwenden Sie einen Sonicator, um die Mischung mit Ultraschallwellen zu behandeln. Wir verwenden das UP200Ht, ein 200 Watt starkes Ultraschallextraktionsgerät, das mit der Sonotrode S26d14 ausgestattet ist. Stellen Sie die Amplitude auf 100 % ein.
  • Das Gemisch ca. 10 Minuten lang mit Ultraschall beschallen, bis eine optimale Extraktion erreicht ist.

 

Filtration:
Nach der Beschallung filtrieren Sie die Mischung durch ein vorgenässtes feines Sieb oder Filtertuch, um die extrahierte Pektinlösung von den festen Rückständen, den Grapefruitschalenpartikeln, zu trennen. Durch mehrmaliges Wiederholen dieses Filtrationsvorgangs wird sichergestellt, dass alle festen Rückstände entfernt werden.
 

Ethanol-Ausfällung:

  • Um Pektin aus der extrahierten Lösung auszufällen, wird üblicherweise Ethanol als Fällungs- oder Abschreckungsmittel verwendet.
  • Die gefilterte Pektinlösung in ein sauberes Gefäß umfüllen.
  • Unter ständigem Rühren wird der Pektinlösung nach und nach Ethanol zugesetzt. Das Verhältnis von Ethanol zu Pektinlösung variiert, liegt aber in der Regel bei etwa 2:1 (Ethanol: Lösung) nach Volumen.
  • Geben Sie weiter Ethanol hinzu, bis eine Endkonzentration von etwa 70-80 % Ethanol in der Lösung erreicht ist. Diese Konzentration fördert die Ausfällung von Pektin.
  • Lassen Sie die Mischung ausreichend lange stehen, in der Regel mehrere Stunden oder über Nacht, um die Ausfällung zu erleichtern.
  • Nach der Ausfällung wird das ausgefällte Pektin durch Zentrifugation oder Filtration gesammelt.
  • Das ausgefällte Pektin mit Ethanol waschen, um Verunreinigungen und Lösungsmittelreste zu entfernen.
  • Schließlich wird das gereinigte Pektin unter Vakuum oder bei niedriger Temperatur getrocknet, um die Restfeuchtigkeit zu entfernen.

 

Da der Pektingehalt und das Ausgangsmaterial auf Fruchtbasis natürlichen Schwankungen unterliegen, muss das Extraktionsverfahren möglicherweise entsprechend angepasst werden. Dies bedeutet, dass die spezifischen Extraktions- und Fällungsbedingungen je nach Art der Zitrusschalen, Reifegrad, Pektinausbeute und gewünschten Pektineigenschaften optimiert werden müssen. Zur Quantifizierung des Pektingehalts und zur Bewertung der Extraktionseffizienz können analytische Verfahren wie die gravimetrische Analyse oder spektrophotometrische Methoden eingesetzt werden.

Sondenschallgerät UP400St zur Extraktion bioaktiver Verbindungen wie Pektine aus Obst und Gemüse

Sonicator UP400St für die Extraktion

Die Ultraschallextraktion fördert die enzymatische Extraktion von Pektinen aus Zuckerrübenschnitzeln erheblich. Die REM-Bilder zeigen die Auswirkungen der Ultraschallbehandlung auf den Zellaufschluss und die Pektinfreisetzung.

SEM der restlichen Zuckerrübenschnitzel bei 1000-facher Vergrößerung: (a) vor der Extraktion und nach der Extraktion von Pektin mit (b) Xylanasae (250 U/g), (c) Cellulase (300 U/g), (d) Xylanasae+Cellulase (1:1), (e) Xylanasae+Cellulase (1:1,5) und (f) Xylanasae+Cellulase (1:2).
(Studie und Bilder: Abou-Elseoud et al., 2021)

Industrielle Pektinextraktion mit Hielscher Sonicators

Das oben beschriebene Verfahren der Pektinextraktion mit Ultraschall kann linear auf die industrielle Inline-Produktion übertragen werden. Der Einsatz eines Ultraschall-Durchflusszellenreaktors ermöglicht die Verarbeitung großer Mengen von Fruchtnebenprodukten in einer kontinuierlichen Inline-Behandlung.
Hielscher Ultrasonics bietet eine hochentwickelte Reihe von Industrieschalldämpfern für die Verarbeitung von Obst- und Gemüsematerial zur Pektinherstellung.

Warum Hielscher Ultrasonics?

  • hoher Wirkungsgrad
  • Modernste Technik
  • Zuverlässigkeit & Robustheit
  • einstellbare, präzise Prozesskontrolle
  • Batch & Inline
  • für jedes Volumen
  • intelligente Software
  • intelligente Funktionen (z. B. programmierbar, Datenprotokollierung, Fernsteuerung)
  • einfach und sicher zu bedienen
  • Geringer Wartungsaufwand
  • CIP (Clean-in-Place)

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:

Batch-VolumenDurchflussEmpfohlenes Ultraschallgerät
0,5 bis 1,5 mln.a.VialTweeter
1 bis 500ml10 bis 200ml/minUP100H
10 bis 2000ml20 bis 400ml/minUP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l0,2 bis 4l/minUIP2000hdT
10 bis 100l2 bis 10l/minUIP4000hdT
15 bis 150 Liter3 bis 15 l/minUIP6000hdT
n.a.10 bis 100l/minUIP16000
n.a.größereCluster aus UIP16000

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Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Ultraschallgeräte CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Ultraschall-High-Shear-Homogenisatoren werden im Labor, Technikum, in der Pilotanlage sowie in der industriellen Produktion eingesetzt. Die Ultraschallbehandlung ist hocheffizient bei der Herstellung von langzeitstabilen Nanoemulsionen.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.



Literatur / Literaturhinweise

Wissenswerte Fakten: Pektin

Pektin ist ein komplexes Polysaccharid, das in den Zellwänden von Pflanzen, insbesondere in Früchten, vorkommt und hauptsächlich aus Galakturonsäureresten besteht, die durch α-1,4-glykosidische Bindungen verbunden sind. Diese strukturelle Anordnung verleiht dem Pektin einzigartige Eigenschaften und macht es zu einem vielseitigen Biomolekül mit verschiedenen industriellen Anwendungen.

In seinem natürlichen Zustand liegt Pektin als heterogenes Gemisch von Polymeren mit unterschiedlichem Methylierungsgrad vor, was zu verschiedenen funktionellen Eigenschaften führt. Der Methylierungsgrad beeinflusst die Fähigkeit von Pektin, Gele zu bilden, wobei Pektine mit niedrigem Methoxidgehalt stärkere Gele bilden als solche mit hohem Methoxidgehalt.

Die Funktionalitäten von Pektin ergeben sich aus seiner Fähigkeit, mit Wasser, Metallionen, Zuckern und anderen Makromolekülen zu interagieren. Vor allem seine gelierenden Eigenschaften machen es zu einem wertvollen Bestandteil in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Pektin wird häufig als Geliermittel, Stabilisator und Verdickungsmittel in Lebensmitteln wie Marmeladen, Gelees, Obstkonserven, Süßwaren und Milchdesserts verwendet. In Arzneimitteln dient es als Matrix für die kontrollierte Freisetzung von Medikamenten und als Bindemittel in Tablettenformulierungen.

Neben seinen Anwendungen im Lebensmittel- und Pharmasektor findet Pektin auch in verschiedenen anderen Branchen Verwendung. In der Kosmetikindustrie wird es als Stabilisator in Emulsionen und als filmbildendes Mittel in Hautpflegeprodukten eingesetzt. Darüber hinaus bietet Pektin aufgrund seiner Biokompatibilität und biologischen Abbaubarkeit potenzielle Anwendungen in der Biomedizin, einschließlich Wundheilung, Tissue-Engineering und Arzneimittelabgabesysteme.

Diese vielfältigen Funktionen und die Biokompatibilität von Pektin machen es zu einem wertvollen Biomaterial mit einer breiten Palette von Anwendungen in verschiedenen Branchen.


Hochleistungs-Ultraschall! Die Hielscher-Produktpalette deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallhomogenisator über Benchtop-Sonicator bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.


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