Εκχύλιση πηκτίνης από φρούτα και βιοαπόβλητα με υπερήχους
- Οι πηκτίνες είναι ένα πολύ συχνά χρησιμοποιούμενο πρόσθετο τροφίμων, το οποίο προστίθεται κυρίως για την πηκτωματοποιητική του δράση.
- Η εκχύλιση με υπερήχους αυξάνει σημαντικά την απόδοση και την ποιότητα των εκχυλισμάτων πηκτίνης.
- Η κατεργασία με υπερήχους είναι γνωστή για την εντατικοποίηση των διεργασιών που επιτυγχάνει, η οποία αξιοποιείται ήδη σε πολυάριθμες βιομηχανικές διεργασίες.
Πηκτίνες και εκχύλιση πηκτίνης
Η πηκτίνη είναι ένας φυσικός σύνθετος πολυσακχαρίτης (ετεροπολυσακχαρίτης) που απαντάται ιδίως στα κυτταρικά τοιχώματα των φρούτων, ιδιαίτερα στα εσπεριδοειδή και στα στέμφυλα μήλου. Υψηλές περιεκτικότητες πηκτίνης απαντώνται στις φλούδες τόσο των μήλων όσο και των εσπεριδοειδών. Τα στέμφυλα μήλου περιέχουν 10–15% πηκτίνη επί ξηράς ουσίας, ενώ οι φλούδες εσπεριδοειδών περιέχουν 20–30%. Οι πηκτίνες είναι βιοσυμβατοί, βιοαποικοδομήσιμοι και ανανεώσιμοι πολυσακχαρίτες με εξαιρετικές πηκτωματοποιητικές και παχυντικές ιδιότητες, οι οποίες τις καθιστούν ιδιαίτερα πολύτιμα πρόσθετα. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε τρόφιμα, καλλυντικά και φαρμακευτικά προϊόντα ως τροποποιητές ρεολογίας, λειτουργώντας ως πηκτωματοποιητικοί παράγοντες, παράγοντες επικάλυψης, σταθεροποιητές και παχυντικά και, σε ορισμένες συνθέσεις, ως γαλακτωματοποιητές. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια αποδοτική μέθοδος απομόνωσης πηκτινών υψηλής ποιότητας από φλούδες και στέμφυλα φρούτων, η οποία αυξάνει την απόδοση ενώ μειώνει τον χρόνο επεξεργασίας και το συνολικό κόστος.
Συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα UIP1000hdT για την εκχύλιση πηκτινών και φαινολών από απόβλητα φρούτων.
Εκχύλιση πηκτίνης με υπερήχους
Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια ήπια, μη θερμική κατεργασία, η οποία εφαρμόζεται σε πολυάριθμες διεργασίες τροφίμων. Όσον αφορά την εκχύλιση πηκτινών από φρούτα και λαχανικά, η κατεργασία με υπερήχους παράγει πηκτίνη υψηλής ποιότητας. Οι πηκτίνες που εκχυλίζονται με υπερήχους διακρίνονται για την περιεκτικότητά τους σε ανυδροουρονικό οξύ, μεθοξύλια και πηκτινικό ασβέστιο, καθώς και για τον βαθμό εστεροποίησής τους. Οι ήπιες συνθήκες της εκχύλισης με υπερήχους αποτρέπουν τη θερμική αποικοδόμηση των θερμοευαίσθητων πηκτινών.
Η ποιότητα και η καθαρότητα της πηκτίνης μπορούν να ποικίλλουν ανάλογα με το ανυδρογαλακτουρονικό οξύ, τον βαθμό εστεροποίησης και την περιεκτικότητα της εκχυλισμένης πηκτίνης σε τέφρα. Η πηκτίνη με υψηλό μοριακό βάρος, χαμηλή περιεκτικότητα σε τέφρα (κάτω από 10%) και υψηλή περιεκτικότητα σε ανυδρογαλακτουρονικό οξύ (πάνω από 65%) θεωρείται πηκτίνη καλής ποιότητας. Καθώς η ένταση της κατεργασίας με υπερήχους μπορεί να ελέγχεται με μεγάλη ακρίβεια, οι ιδιότητες του εκχυλίσματος πηκτίνης μπορούν να επηρεαστούν με τη ρύθμιση του πλάτους ταλάντωσης, της θερμοκρασίας εκχύλισης, της πίεσης, του χρόνου παραμονής και του διαλύτη.
Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί να πραγματοποιηθεί με διάφορους διαλύτες όπως νερό, κιτρικό οξύ, διάλυμα νιτρικού οξέος (HNO3, pH 2,0) ή οξαλικό αμμώνιο/οξαλικό οξύ, γεγονός που καθιστά επίσης δυνατή την ενσωμάτωση της κατεργασίας με υπερήχους σε υφιστάμενες γραμμές εκχύλισης (εκ των υστέρων ενσωμάτωση).
- υψηλή ικανότητα πηκτωματοποίησης
- καλή ικανότητα διασποράς
- το χρώμα της πηκτίνης
- υψηλή περιεκτικότητα σε πηκτινικό ασβέστιο
- μικρότερη αποικοδόμηση
- φιλικότητα προς το περιβάλλον
Απόβλητα φρούτων ως πηγή: Οι υπέρηχοι υψηλής απόδοσης έχουν ήδη εφαρμοστεί με επιτυχία για την απομόνωση πηκτινών από στέμφυλα μήλων, φλούδες εσπεριδοειδών (όπως πορτοκάλια, λεμόνια, γκρέιπφρουτ), στέμφυλα σταφυλιών, ρόδια, πολτό ζαχαρότευτλων, φλούδες φρούτων του δράκου, κλαδώδια φραγκοσυκιάς, φλούδες φρούτων του πάθους και φλούδες μάνγκο.
Καταβύθιση πηκτίνης μετά την εκχύλιση με υπερήχους
Η προσθήκη αιθανόλης σε ένα διάλυμα εκχυλίσματος μπορεί να βοηθήσει στον διαχωρισμό της πηκτίνης μέσω μιας διεργασίας που ονομάζεται καταβύθιση. Η πηκτίνη, ένας σύνθετος πολυσακχαρίτης που βρίσκεται στα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών, είναι διαλυτή στο νερό υπό κανονικές συνθήκες. Ωστόσο, με την τροποποίηση του περιβάλλοντος του διαλύτη μέσω της προσθήκης αιθανόλης, η διαλυτότητα της πηκτίνης μπορεί να μειωθεί, οδηγώντας στην καταβύθισή της από το διάλυμα.
Η χημεία που διέπει την καταβύθιση της πηκτίνης με τη χρήση αιθανόλης μπορεί να εξηγηθεί μέσω τριών αντιδράσεων:
- Διάσπαση των δεσμών υδρογόνου: Τα μόρια πηκτίνης συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι συμβάλλουν στη διαλυτότητά τους στο νερό. Η αιθανόλη διασπά αυτούς τους δεσμούς υδρογόνου ανταγωνιζόμενη τα μόρια νερού για τις θέσεις σύνδεσης στα μόρια πηκτίνης. Καθώς τα μόρια αιθανόλης αντικαθιστούν τα μόρια νερού γύρω από τα μόρια πηκτίνης, οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των μορίων πηκτίνης εξασθενούν, μειώνοντας τη διαλυτότητά τους στον διαλύτη.
- Μείωση της πολικότητας του διαλύτη: Η αιθανόλη είναι λιγότερο πολική από το νερό, πράγμα που σημαίνει ότι έχει μικρότερη ικανότητα να διαλύει πολικές ουσίες όπως η πηκτίνη. Καθώς προστίθεται αιθανόλη στο διάλυμα του εκχυλίσματος, η συνολική πολικότητα του διαλύτη μειώνεται, καθιστώντας λιγότερο ευνοϊκή την παραμονή των μορίων πηκτίνης στο διάλυμα. Αυτό οδηγεί στην καταβύθιση της πηκτίνης από το διάλυμα, καθώς γίνεται λιγότερο διαλυτή στο μείγμα αιθανόλης και νερού.
- Αύξηση της συγκέντρωσης πηκτίνης: Καθώς τα μόρια πηκτίνης καταβυθίζονται από το διάλυμα, η συγκέντρωση της πηκτίνης στο εναπομένον διάλυμα αυξάνεται. Αυτό επιτρέπει τον ευκολότερο διαχωρισμό της πηκτίνης από την υγρή φάση μέσω διήθησης ή φυγοκέντρησης.
Η καταβύθιση της πηκτίνης με τη χρήση αιθανόλης είναι μια απλή και αποτελεσματική μέθοδος απομόνωσης πηκτινών από το διάλυμα του εκχυλίσματος και αποτελεί ένα στάδιο της διεργασίας που μπορεί να πραγματοποιηθεί εύκολα μετά την εκχύλιση πηκτίνης με υπερήχους. Η προσθήκη αιθανόλης στο διάλυμα του εκχυλίσματος μεταβάλλει το περιβάλλον του διαλύτη με τρόπο που μειώνει τη διαλυτότητα της πηκτίνης, οδηγώντας στην καταβύθισή της και στον επακόλουθο διαχωρισμό της από το διάλυμα. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται συνήθως στην εκχύλιση και στον καθαρισμό πηκτίνης από φυτικά υλικά για διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές και εφαρμογές τροφίμων.
Ενδιαφέρεστε για την αξιοποίηση στεμφύλων, φλουδών και πολτού; – Διαβάστε περισσότερα για την εκχύλιση πολυφαινολών από απόβλητα φρούτων!
Αντιδραστήρας υπερήχων συνεχούς ροής
- υψηλότερη απόδοση
- καλύτερη ποιότητα
- μη θερμική επεξεργασία
- μειωμένος χρόνος εκχύλισης
- εντατικοποίηση της διεργασίας
- δυνατότητα ενσωμάτωσης σε υφιστάμενες εγκαταστάσεις
- πράσινη εκχύλιση
Βιομηχανικές συσκευές υπερήχων για την εκχύλιση πηκτίνης
Η Hielscher Ultrasonics είναι ο συνεργάτης σας για διεργασίες εκχύλισης από φυτικό υλικό όπως στέμφυλα, φλούδες και σπόρους. Είτε θέλετε να εκχυλίσετε μικρές ποσότητες για έρευνα και ανάλυση είτε να επεξεργαστείτε μεγάλους όγκους για εμπορική παραγωγή, διαθέτουμε τον κατάλληλο εκχυλιστή υπερήχων για εσάς. Οι εργαστηριακοί ομογενοποιητές υπερήχων μας, καθώς και οι επιτραπέζιες και βιομηχανικές συσκευές υπερήχων μας, είναι ανθεκτικοί, εύχρηστοι και κατασκευασμένοι για λειτουργία 24/7 υπό πλήρες φορτίο. Μια ευρεία γκάμα εξαρτημάτων, όπως ηχοτρόδια (στελέχη / κέρατα υπερήχων) διαφόρων μεγεθών και σχημάτων, κυψελίδες ροής, αντιδραστήρες και ενισχυτές, επιτρέπει τη βέλτιστη διαμόρφωση για τη συγκεκριμένη διεργασία εκχύλισής σας.
Όλες οι ψηφιακές συσκευές υπερήχων είναι εξοπλισμένες με έγχρωμη οθόνη αφής, ενσωματωμένη κάρτα SD για αυτόματη καταγραφή δεδομένων και δυνατότητα τηλεχειρισμού μέσω προγράμματος περιήγησης για ολοκληρωμένη παρακολούθηση της διεργασίας. Με τα προηγμένα συστήματα υπερήχων της Hielscher, η επίτευξη υψηλού βαθμού τυποποίησης της διεργασίας και ο έλεγχος ποιότητας γίνονται απλά.
Επικοινωνήστε μαζί μας σήμερα για να συζητήσουμε τις απαιτήσεις της διεργασίας εκχύλισης πηκτίνης σας! Θα χαρούμε να σας υποστηρίξουμε με την πολυετή εμπειρία μας στην εκχύλιση με υπερήχους και να σας βοηθήσουμε να επιτύχετε τη μέγιστη αποδοτικότητα της διεργασίας και τη βέλτιστη ποιότητα πηκτίνης!
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Εργαστηριακή συσκευή υπερήχων UP200Ht που εκχυλίζει πηκτίνες από φλούδες γκρέιπφρουτ χρησιμοποιώντας νερό ως διαλύτη.
Ερευνητικά αποτελέσματα της εκχύλισης πηκτίνης με υπερήχους
Απόβλητα ντομάτας: Για να αποφευχθούν οι μεγάλοι χρόνοι εκχύλισης (12–24 h) κατά τη διαδικασία υπό αναρροή, χρησιμοποιήθηκε κατεργασία με υπερήχους για την εντατικοποίηση της διαδικασίας εκχύλισης ως προς τον χρόνο (15, 30, 45, 60 και 90 min). Ανάλογα με τους χρόνους εκχύλισης, οι αποδόσεις πηκτίνης που επιτεύχθηκαν στο πρώτο στάδιο εκχύλισης με υπερήχους, σε θερμοκρασίες 60°C και 80°C, είναι 15,2–17,2% και 16,3–18,5%, αντίστοιχα. Όταν εφαρμόστηκε δεύτερο στάδιο εκχύλισης με υπερήχους, η απόδοση πηκτινών από απόβλητα ντομάτας αυξήθηκε σε 34–36%, ανάλογα με τις θερμοκρασίες και τους χρόνους). Προφανώς, η εκχύλιση με υπερήχους αυξάνει τη διάρρηξη της μήτρας του κυτταρικού τοιχώματος της ντομάτας, οδηγώντας σε καλύτερες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του διαλύτη και του εκχυλιζόμενου υλικού.
Οι πηκτίνες που εκχυλίζονται με υπερήχους μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως πηκτίνες υψηλής περιεκτικότητας σε μεθοξυλομάδες (HM-pectin), με ιδιότητες ταχείας πηκτωματοποίησης (DE > 70%) και βαθμό εστεροποίησης 73,3–85,4%. n. Η περιεκτικότητα της πηκτίνης που εκχυλίζεται με υπερήχους σε πηκτινικό ασβέστιο μετρήθηκε μεταξύ 41,4% και 97,5%, ανάλογα με τις παραμέτρους εκχύλισης (θερμοκρασία και χρόνος). Σε υψηλότερη θερμοκρασία εκχύλισης με υπερήχους, η περιεκτικότητα σε πηκτινικό ασβέστιο είναι υψηλότερη (91–97%) και, ως εκ τούτου, αποτελεί σημαντική παράμετρο της ικανότητας πηκτωματοποίησης της πηκτίνης σε σύγκριση με τη συμβατική εκχύλιση.
Η συμβατική εκχύλιση με διαλύτη διάρκειας 24hr δίνει παρόμοιες αποδόσεις πηκτίνης σε σύγκριση με 15 min εκχύλισης με υπερήχους. Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν, μπορεί να συναχθεί ότι η κατεργασία με υπερήχους μειώνει σημαντικά τον χρόνο εκχύλισης. Οι φασματοσκοπίες NMR και FTIR επιβεβαιώνουν την παρουσία κυρίως εστεροποιημένης πηκτίνης σε όλα τα δείγματα που εξετάστηκαν. [Grassino et al. 2016]
Φλούδα φρούτου του πάθους: Η απόδοση εκχύλισης, το γαλακτουρονικό οξύ και ο βαθμός εστεροποίησης θεωρήθηκαν δείκτες της αποτελεσματικότητας της εκχύλισης. Η υψηλότερη απόδοση πηκτίνης που επιτεύχθηκε με εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους ήταν 12,67% (συνθήκες εκχύλισης 85ºC, 664 W/cm2, pH 2,0 και 10 min). Υπό τις ίδιες συνθήκες, πραγματοποιήθηκε συμβατική εκχύλιση με θέρμανση και το αποτέλεσμα ήταν 7,95%. Τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν με άλλες μελέτες, οι οποίες αναφέρουν τον σύντομο χρόνο που απαιτείται για την αποτελεσματική εκχύλιση πολυσακχαριτών με τη βοήθεια υπερήχων, συμπεριλαμβανομένης της πηκτίνης, των ημικυτταρινών και άλλων υδατοδιαλυτών πολυσακχαριτών. Παρατηρήθηκε επίσης ότι η απόδοση εκχύλισης αυξήθηκε κατά συντελεστή 1,6 όταν η εκχύλιση υποβοηθήθηκε από υπερήχους. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν έδειξαν ότι οι υπέρηχοι αποτελούν αποτελεσματική τεχνική που εξοικονομεί χρόνο για την εκχύλιση πηκτίνης από φλούδες φρούτων του πάθους. [Freitas de Oliveira et al. 2016]
Κλαδώδια φραγκοσυκιάς: Επιχειρήθηκε εκχύλιση πηκτίνης υποβοηθούμενη από υπερήχους (UAE) από κλαδώδια Opuntia ficus indica (OFI) μετά την απομάκρυνση της βλέννας, χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία επιφάνειας απόκρισης. Οι μεταβλητές της διεργασίας βελτιστοποιήθηκαν με κεντρικό σύνθετο σχεδιασμό σταθερής διακύμανσης, προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση εκχύλισης πηκτίνης. Οι βέλτιστες συνθήκες που προέκυψαν ήταν: χρόνος κατεργασίας με υπερήχους 70 min, θερμοκρασία 70, pH 1,5 και αναλογία νερού προς υλικό 30 ml/g. Οι συνθήκες αυτές επικυρώθηκαν και η απόδοση της πειραματικής εκχύλισης ήταν 18,14% ± 1,41%, τιμή πολύ κοντά στην προβλεπόμενη (19,06%). Συνεπώς, η εκχύλιση με υπερήχους αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση έναντι της συμβατικής διαδικασίας εκχύλισης, χάρη στην υψηλή αποτελεσματικότητά της, η οποία επιτεύχθηκε σε λιγότερο χρόνο και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Η πηκτίνη που εκχυλίζεται με υπερήχους από κλαδώδια OFI (UAEPC) έχει χαμηλό βαθμό εστεροποίησης, υψηλή περιεκτικότητα σε ουρονικό οξύ, σημαντικές λειτουργικές ιδιότητες και καλή δράση κατά των ελεύθερων ριζών. Τα αποτελέσματα αυτά συνηγορούν υπέρ της χρήσης της UAEPC ως δυνητικού προσθέτου στη βιομηχανία τροφίμων. [Bayar et al. 2017]
Στέμφυλα σταφυλιών: Στην ερευνητική εργασία «Εκχύλιση πηκτινών από στέμφυλα με υποβοήθηση υπερήχων και χρήση κιτρικού οξέος: Προσέγγιση με τη μεθοδολογία επιφανειών απόκρισης», χρησιμοποιείται κατεργασία με υπερήχους για την εκχύλιση πηκτινών από στέμφυλα με κιτρικό οξύ ως εκχυλιστικό μέσο. Σύμφωνα με τη μεθοδολογία επιφανειών απόκρισης, η υψηλότερη απόδοση πηκτίνης (∼32,3%) μπορεί να επιτευχθεί όταν η διαδικασία εκχύλισης με υπερήχους πραγματοποιείται στους 75ºC για 60 min με χρήση διαλύματος κιτρικού οξέος με pH 2,0. Αυτοί οι πηκτινικοί πολυσακχαρίτες, οι οποίοι αποτελούνται κυρίως από μονάδες γαλακτουρονικού οξέος (∼97% των συνολικών σακχάρων), έχουν μέσο μοριακό βάρος 163,9kDa και βαθμό εστεροποίησης (DE) 55,2%.
Η επιφανειακή μορφολογία των στεμφύλων που έχουν υποστεί κατεργασία με υπερήχους δείχνει ότι η κατεργασία με υπερήχους παίζει σημαντικό ρόλο στη διάσπαση του φυτικού ιστού και στην αύξηση των αποδόσεων εκχύλισης. Η απόδοση που επιτεύχθηκε μετά την εκχύλιση πηκτινών με υπερήχους υπό τις βέλτιστες συνθήκες (75°C, 60 min, pH 2,0) ήταν κατά 20% υψηλότερη από την απόδοση που επιτεύχθηκε όταν η εκχύλιση πραγματοποιήθηκε υπό τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας, χρόνου και pH, αλλά χωρίς υποβοήθηση υπερήχων. Επιπλέον, οι πηκτίνες από την εκχύλιση με υπερήχους παρουσίασαν επίσης υψηλότερο μέσο μοριακό βάρος. [Minjares-Fuentes et al. 2014]
Εκχυλιστήρας υπερήχων παρτίδας UIP2000hdT με ηχοτρόδιο cascatrode
Χρήσιμες πληροφορίες
Τι είναι η πηκτίνη;
Η πηκτίνη είναι ένας φυσικά απαντώμενος ετεροπολυσακχαρίτης, ο οποίος βρίσκεται κυρίως σε φρούτα όπως τα στέμφυλα μήλων και τα εσπεριδοειδή. Οι πηκτίνες, γνωστές και ως πηκτινικοί πολυσακχαρίτες, είναι πλούσιες σε γαλακτουρονικό οξύ. Στην ομάδα των πηκτινών έχουν ταυτοποιηθεί αρκετοί διαφορετικοί πολυσακχαρίτες. Οι ομογαλακτουρονάνες είναι γραμμικές αλυσίδες D-γαλακτουρονικού οξέος με δεσμούς α-(1–4). Οι υποκατεστημένες γαλακτουρονάνες χαρακτηρίζονται από την παρουσία πλευρικών σακχαριδικών καταλοίπων (όπως D-ξυλόζης ή D-απιόζης στις αντίστοιχες περιπτώσεις της ξυλογαλακτουρονάνης και της απιογαλακτουρονάνης), τα οποία διακλαδίζονται από έναν κύριο σκελετό καταλοίπων D-γαλακτουρονικού οξέος. Οι πηκτίνες ραμνογαλακτουρονάνης I (RG-I) περιέχουν έναν κύριο σκελετό από τον επαναλαμβανόμενο δισακχαρίτη: 4)-α-D-γαλακτουρονικό οξύ-(1,2)-α-L-ραμνόζη-(1. Πολλά κατάλοιπα ραμνόζης φέρουν πλευρικές αλυσίδες διαφόρων ουδέτερων σακχάρων. Τα ουδέτερα σάκχαρα είναι κυρίως η D-γαλακτόζη, η L-αραβινόζη και η D-ξυλόζη. Τα είδη και οι αναλογίες των ουδέτερων σακχάρων ποικίλλουν ανάλογα με την προέλευση της πηκτίνης.
Ένας άλλος δομικός τύπος πηκτίνης είναι η ραμνογαλακτουρονάνη II (RG-II), η οποία είναι ένας σύνθετος πολυσακχαρίτης με έντονη διακλάδωση και απαντά λιγότερο συχνά στη φύση. Ο κύριος σκελετός της ραμνογαλακτουρονάνης II αποτελείται αποκλειστικά από μονάδες D-γαλακτουρονικού οξέος. Η απομονωμένη πηκτίνη έχει συνήθως μοριακό βάρος 60.000–130.000 g/mol, το οποίο ποικίλλει ανάλογα με την προέλευση και τις συνθήκες εκχύλισης.
Τι επηρεάζει τις ιδιότητες πηκτωματοποίησης της πηκτίνης;
Η πηκτωματοποίηση της πηκτίνης καθορίζεται από το pH, τη θερμοκρασία, την ιοντική ισχύ (άλλες διαλυμένες ουσίες), το μοριακό μέγεθος, τον βαθμό μεθυλίωσης (DM), την περιεκτικότητα σε πλευρικές αλυσίδες και τη συνολική πυκνότητα φορτίου. Στους φυτικούς ιστούς, η πηκτίνη απαντά ως υδατοδιαλυτά («ελεύθερα») και αδιάλυτα στο νερό κλάσματα. Η διαλυτότητα γενικά αυξάνεται καθώς μειώνεται το μοριακό βάρος και συχνά με υψηλότερη περιεκτικότητα σε μεθυλεστέρες, αλλά διαμορφώνεται επίσης από το pH, τη θερμοκρασία και τις άλλες διαλυμένες ουσίες που υπάρχουν.
Με βάση τον βαθμό μεθυλίωσης ορίζονται δύο λειτουργικές κατηγορίες:
- Η πηκτίνη υψηλής μεθοξυλίωσης (HMP· DM > 50%) σχηματίζει πηκτώματα σε όξινα μέσα (pH 2,0–3,5) όταν η περιεκτικότητα σε διαλυτά στερεά είναι υψηλή (≥55 wt% σακχαρόζη), κυρίως μέσω δεσμών υδρογόνου και υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων που καταστέλλουν την ηλεκτροστατική άπωση.
- Η πηκτίνη χαμηλής μεθοξυλίωσης (LMP· DM < 50%) σχηματίζει πηκτώματα σε ευρύτερο εύρος pH (2,0–6,0) μέσω ιοντικών διασταυρούμενων δεσμών που σχηματίζονται με τη μεσολάβηση Ca²⁺ (ζώνες σύνδεσης τύπου «αυγοθήκης») μεταξύ γειτονικών καρβοξυλομάδων.
Πώς χρησιμοποιούνται οι πηκτίνες;
Στη βιομηχανία τροφίμων, η πηκτίνη προστίθεται σε μαρμελάδες εσπεριδοειδών, αλείμματα φρούτων, μαρμελάδες, ζελέ, ποτά, σάλτσες, κατεψυγμένα τρόφιμα, προϊόντα ζαχαροπλαστικής και αρτοποιίας. Η πηκτίνη χρησιμοποιείται σε ζελέ ζαχαροπλαστικής για να προσδίδει καλή δομή πηκτής, καθαρή αίσθηση κατά το δάγκωμα και καλή απελευθέρωση της γεύσης. Η πηκτίνη χρησιμοποιείται επίσης για τη σταθεροποίηση όξινων πρωτεϊνούχων ροφημάτων, όπως το πόσιμο γιαούρτι, για τη βελτίωση της υφής, της αίσθησης στο στόμα και της σταθερότητας του πολτού σε ποτά με βάση τον χυμό, καθώς και ως υποκατάστατο λίπους σε αρτοσκευάσματα. Σε προϊόντα με μειωμένες / χαμηλές θερμίδες, οι πηκτίνες προστίθενται ως υποκατάστατα λίπους ή/και ζάχαρης.
Στη φαρμακευτική βιομηχανία, χρησιμοποιείται για τη μείωση των επιπέδων χοληστερόλης στο αίμα και των γαστρεντερικών διαταραχών.
Άλλες βιομηχανικές εφαρμογές της πηκτίνης περιλαμβάνουν τη χρήση της σε εδώδιμες μεμβράνες, ως σταθεροποιητή γαλακτωμάτων νερού/ελαίου, ως τροποποιητή ρεολογίας και πλαστικοποιητή, ως παράγοντα κολλαρίσματος για χαρτί και υφάσματα κ.λπ.
Ποιες είναι καλές πηγές πηκτίνης;
Παρόλο που η πηκτίνη μπορεί να βρεθεί στα κυτταρικά τοιχώματα των περισσότερων φυτών, τα υπολείμματα έκθλιψης μήλων και οι φλούδες πορτοκαλιών είναι οι δύο κύριες πηγές των εμπορικά παραγόμενων πηκτινών, καθώς οι πηκτίνες τους είναι υψηλής ποιότητας. Οι άλλες πηγές συχνά παρουσιάζουν ανεπαρκή συμπεριφορά σχηματισμού πηκτής. Μεταξύ των φρούτων, εκτός από τα μήλα και τα εσπεριδοειδή, τα ροδάκινα, τα βερίκοκα, τα αχλάδια, οι γκουάβες, τα κυδώνια, τα δαμάσκηνα και τα φραγκοστάφυλα είναι γνωστά για την υψηλή περιεκτικότητά τους σε πηκτίνη. Μεταξύ των λαχανικών, οι ντομάτες, τα καρότα και οι πατάτες είναι γνωστά για την υψηλή περιεκτικότητά τους σε πηκτίνη.
Γιατί χρησιμοποιείται ο πολτός ντομάτας για την παραγωγή πηκτίνης;
Εκατομμύρια τόνοι ντομάτας (Lycopersicon esculentum Mill.) υποβάλλονται σε επεξεργασία κάθε χρόνο για την παραγωγή προϊόντων όπως χυμός ντομάτας, πελτές, πουρές, κέτσαπ, σάλτσα και σάλσα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία μεγάλων ποσοτήτων αποβλήτων. Τα απόβλητα ντομάτας που προκύπτουν μετά την έκθλιψη της ντομάτας αποτελούνται από 33% σπόρους, 27% φλούδα και 40% πολτό, ενώ τα αποξηραμένα υπολείμματα έκθλιψης ντομάτας περιέχουν 44% σπόρους και 56% πολτό και φλούδα. Τα απόβλητα ντομάτας αποτελούν εξαιρετική πηγή για την παραγωγή πηκτινών.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Bayar N., Bouallegue T., Achour M., Kriaa M., Bougatef A., Kammoun R. (2017): Ultrasonic extraction of pectin from Opuntia ficus indica cladodes after mucilage removal: Optimization of experimental conditions and evaluation of chemical and functional properties. Ultrasonic pectin extraction from prickly pear cladodes. Food Chemistry 235, 2017.
- Raffaella Boggia, Federica Turrini, Carla Villa, Chiara Lacapra, Paola Zunin, Brunella Parodi (2016): Green Extraction from Pomegranate Marcs for the Production of Functional Foods and Cosmetics. Pharmaceuticals (Basel). 2016 Dec; 9(4): 63.
- Cibele Freitas de Oliveira, Diego Giordani, Rafael Lutckemier, Poliana Deyse Gurak, Florencia Cladera-Olivera, Ligia Damasceno Ferreira Marczak (2016): Extraction of pectin from passion fruit peel assisted by ultrasound. LWT – Food Science and Technology 71, 2016. 110-115.
- Antonela Nincevic Grassino, Mladen Brncic, Drazen Vikic-Topic, Suncica Roca, Maja Dent, Suzana Rimac Brncíc (2016): Ultrasound assisted extraction and characterization of pectin from tomato waste. Food Chemistry 198 (2016) 93–100.
- Krauser, S.; Saeed, A.; Iqbal, M. (2015): Comparative Studies on Conventional (Water-Hot Acid) and Non-Conventional (Ultrasonication) Procedures for Extraction and Chemical Characterization of Pectin from Peel Waste of Mango Cultivar Chausna. Pak. J. Bot., 47(4): 1527-1533, 2015.
- R. Minjares-Fuentes, A. Femenia, M.C. Garaua, J.A. Meza-Velázquez, S. Simal, C. Rosselló (2014): Ultrasound-assisted extraction of pectins from grape pomace using citric acid: A response surface methodology approach. Carbohydrate Polymers 106 (2014) 179–189.