Pektinextraktion aus Grapefruitschalen mit einem Ultraschallgerät

Pektine aus Obstnebenprodukten wie Schalen oder Fruchtfleisch lassen sich mit Ultraschallextraktoren hocheffizient extrahieren. Als zuverlässige, einfach und sicher durchzuführende Methode zur Pektinextraktion erhöht die Ultraschallbehandlung die Pektinausbeute und Pektinqualität bei beschleunigter Produktion. Im Folgenden demonstrieren wir die wirksame Technik der Ultraschallextraktion von Pektin aus Grapefruitschalen.

Ultraschall-Pektinextraktion Schritt für Schritt

Die Ultraschall-Pektinextraktion bezeichnet den Einsatz von Leistungsultraschall, um die Freisetzung von Pektinen aus einem Rohstoff (z. B. Fruchtschalen, Nebenprodukte von Zitrusfrüchten) zu fördern. Die Ultraschallbehandlung ist eine etablierte Technik zum Aufbrechen von Zellwänden und zur Freisetzung von Pektin aus Pflanzenmaterial.
Das folgende Protokoll beschreibt die Ultraschall-Pektinextraktion aus Grapefruitschalen mit einem Ultraschallgerät mit Sonotrode und anschließender Ethanolfällung:


Verwendete Materialien:

• 50gr Grapefruitschalen
• 200mL gereinigtes Wasser
• 400mL Ethanol
• Ultraschallgerät UP200St + Sonotrode S26d14
• Bechergläser

Vorbereitung des Rohmaterials:

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

Auswahl des Lösungsmittels:
Wasser ist das bevorzugte Lösungsmittel für die Extraktion, da es kostengünstig und ungiftig ist. Wasser wird häufig zur Pektinextraktion verwendet, da es Pektin auflöst, ohne es zu zersetzen. Die Zugabe einer kleinen Menge an Säuren (z. B. Zitronensäure, Essigsäure, Salpetersäure oder Salzsäure) zu Wasser als Lösungsmittel unterstützt das Lösen von Pektin aus Pflanzenmaterial und verbessert den Extraktionsprozess. Ein guter Richtwert ist die Einstellung des Lösungsmittels auf einen pH-Wert von etwa 2–3 pH.
 
Ablauf der Ultraschallextraktion:

• Geben Sie etwa 50 gr fein zerkleinerte Zitrusschalenstücke in ein Becherglas oder einen Kolben.
• Geben Sie etwa 200 ml des ausgewählten Lösungsmittels zu den Zitrusschalen.
• Verwenden Sie ein Ultraschallgerät mit Sonotrode, um die Mischung mit Ultraschallwellen zu behandeln. Wir verwenden den UP200Ht, einen Ultraschallextraktor mit 200 Watt Leistung, der mit der Sonotrode S26d14 ausgestattet ist. Stellen Sie die Amplitude auf 100% ein.
• Beschallen Sie die Mischung etwa 10 min lang, bis eine optimale Extraktion erreicht ist.

Filtration:
Filtrieren Sie die Mischung nach der Ultraschallbehandlung durch ein zuvor angefeuchtetes feinmaschiges Sieb oder Filtertuch, um die extrahierte Pektinlösung vom festen Rückstand, den Grapefruitschalenpartikeln, zu trennen. Durch mehrmaliges Wiederholen dieses Filtrationsschritts wird sichergestellt, dass alle festen Rückstände entfernt werden.
 

Ethanolfällung:

• Um Pektin aus der extrahierten Lösung auszufällen, wird Ethanol üblicherweise als Fällungsmittel oder als Mittel zum Stoppen des Prozesses verwendet.
• Überführen Sie die filtrierte Pektinlösung in einen sauberen Behälter.
• Geben Sie unter kontinuierlichem Rühren nach und nach Ethanol zur Pektinlösung hinzu. Das Verhältnis von Ethanol zu Pektinlösung variiert, beträgt aber üblicherweise etwa 2:1 (Ethanol: Lösung), bezogen auf das 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, üblicherweise mehrere Stunden oder über Nacht, um die Ausfällung zu erleichtern.
• Trennen Sie das ausgefällte Pektin nach der Fällung durch Zentrifugation oder Filtration ab.
• Waschen Sie das ausgefällte Pektin mit Ethanol, um Verunreinigungen und Lösungsmittelreste zu entfernen.
• Trocknen Sie abschließend das gereinigte Pektin unter Vakuum oder bei niedriger Temperatur, um verbleibende Feuchtigkeit zu entfernen.

Da der Pektingehalt und das aus Früchten gewonnene Rohmaterial natürlichen Schwankungen unterliegen, muss das Extraktionsverfahren gegebenenfalls entsprechend angepasst werden. Das bedeutet, dass die spezifischen Extraktions- und Fällungsbedingungen je nach Art der Zitrusschalen, Reifegrad, Pektinausbeute und gewünschten Pektineigenschaften möglicherweise optimiert werden müssen. Analytische Verfahren wie die gravimetrische Analyse oder spektrophotometrische Methoden können eingesetzt werden, um den Pektingehalt zu quantifizieren und die Extraktionseffizienz zu beurteilen.

REM-Aufnahmen der verbleibenden Zuckerrübenschnitzel bei 1000-facher Vergrößerung: (a) vor der Extraktion sowie 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 Ultraschallgeräten von Hielscher

Das oben demonstrierte Verfahren zur Ultraschall-Pektinextraktion lässt sich linear auf die industrielle Inline-Produktion skalieren. Der Einsatz eines Ultraschall-Durchflusszellenreaktors ermöglicht die Verarbeitung großer Volumina von Obstnebenprodukten in einer kontinuierlichen Inline-Behandlung.
Hielscher Ultrasonics bietet eine ausgereifte Produktreihe industrieller Ultraschallgeräte zur Verarbeitung von Obst- und Gemüsematerial für die Pektinproduktion.
 
Die Ultraschallbehandlung wird nicht nur zur Pektinextraktion eingesetzt, sondern auch zur Isolierung von Polyphenolen aus Obsttrester, Fruchtfleisch, Schalen und Kernen. Lesen Sie hier mehr!
 

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität aus Deutschland

Ultraschallgeräte von Hielscher sind für ihre höchsten Qualitäts- und Konstruktionsstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Ultraschallgeräte von Hielscher bewältigen raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen problemlos.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf leistungsstarke Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind Ultraschallgeräte von Hielscher CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.