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 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 Sonikators und anschließender Ethanolfällung:


Verwendete Materialien:

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

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 filtriert man 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.
• Fügen Sie der Pektinlösung unter ständigem Rühren nach und nach Ethanol hinzu. Das Verhältnis von Ethanol zu Pektinlösung variiert, beträgt aber in der Regel 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 restliche Feuchtigkeit zu entfernen.

Da der Pektingehalt und das Rohmaterial 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.

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 Sonicatoren

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.

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

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 Sonicators CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.