Ultraheli ekstraheerimise tulemuseks on kõrge saagikus e-kvaliteediga pektiinid. Ultrahelitöötlust kasutades saab väärtuslikke pektiine tõhusalt toota puuviljajäätmetest (nt mahla töötlemise kõrvalsaadused) ja muust bioloogilisest toorainest. Ultraheli pektiini ekstraheerimine suurepärane muude ekstraheerimise tehnikate abil suurema saagikuse, andes hea pektiini kvaliteedi ja kiire ekstraheerimise protseduuri.

Intensiivistunud pektiini ekstraheerimine ultrahelitöötluse abil

Pektiini kasutatakse geelistavana, emulgeeriva ja paksendava ainena paljudes toiduainetes, samuti kosmeetikatoodete ja farmaatsiatoodete koostisosana. Tavapärane tööstuslik pektiini ekstraheerimine toimub kuuma vee ekstraheerimise teel, kus toorainet, nagu tsitrusviljade koored, õunajäägid ja muud puuviljajäätmed, leotatakse pikka aega 60–100 °C kuumas vees madala pH (umbes pH 1,5–3,5) juures. See muudab tavapärase kuuma vee ekstraheerimise aeganõudvaks ja energianõudvaks protsessiks, mis ei ole sageli isegi piisavalt tõhus, et vabastada kogu tooraines sisalduv pektiinide kogus.
Tavapärase tootmismeetodi ebatõhususe ületamiseks kasutatakse ultraheli ekstraheerimist protsessi intensiivistamise tehnikana, mis vähendab ekstraheerimisaega ja maksimeerib pektiini saagikust oluliselt võrreldes traditsioonilise kuuma vee ekstraheerimisega.

Ultraheli pektiini ekstraheerimise eelis

Ultraheli ekstraheerimist kasutatakse paljudes ekstraktitootmise valdkondades, nt botaanilised ja taimsed ekstraktid toidu, toidulisandite, ravimite ja kosmeetika jaoks. Väga silmatorkav näide ultraheli ekstraheerimisest on kannabidiool (CBD) ja teiste ühendite ekstraheerimine kanepitaimest.
Ultraheli ekstraheerimine on mittetermiline ekstraheerimise meetod, mis takistab seeläbi bioaktiivseid ühendeid termilise lagunemise vastu. Kõiki ultraheli protsessi parameetreid, nagu amplituud, intensiivsus, aeg, temperatuur ja rõhk, saab täpselt kontrollida. See võimaldab täpset protsessi ja kvaliteedikontrolli ning muudab selle lihtsaks korrata ja paljuneda, kui saadakse ekstraheerimistulemused. Ekstraktige tootjate väärtus ultrahelitöötlus usaldusväärse protsessi korratavuse jaoks, mis aitab protsesse ja tooteid standardiseerida.

Asjakohaste protsessi parameetrite määramine võimaldab optimeerida ultraheli ekstraheerimise protsessi kõrgeima efektiivsuse ja parema ekstrakti kvaliteedini.
Näiteks tooraine osakeste suurus (nt tsitrusviljade koored) on oluline tegur: Väiksem osakeste suurus tähendab ultraheli lainete toimel suuremat pindala. Väikese osakeste suuruse tulemuseks on suurem pektiini saagis, madalam metülatsiooniaste ja suurem ramnogalakturonaani piirkondade suhe.
Teine oluline parameeter on ekstrahendi pH väärtus (st vesi + hape). Kui pektiin ekstraheeritakse happelistes tingimustes, lagunevad paljud polümeeri rhamnogalakturonaani hargnenud piirkonnad, nii et peamiselt homogalakturonaani "sirged" piirkonnad, kus on mõned neutraalsed suhkrumolekulid, mis on kinnitatud peamisele lineaarsele ahelale või selle sisse.
Ultraheli pektiini ekstraheerimine vähendab ekstraheerimisaega ja vähendab nõutavat protsessi temperatuuri, mis vähendab soovimatu pektiini tahtmatu muutmise võimalust hapetega. See võimaldab kasutada happeid piiratud tingimustes, et muuta pektiine täpselt toote nõuetele vastavaks.

Mis muudab ultraheli pektiini ekstraheerimise nii tõhusaks?

Ultraheli ekstraheerimise mõju mõjutab otseselt rakuseinte turset, perforatsiooni ja purunemist. Ultraheli indutseeritud massiülekanne põhjustab pectinous materjali hüdratsiooni keskmises lamellaviib lagunemist taimekudedes. Ultraheli kavitatsioon ja nihkejõud mõjutavad otseselt rakuseinu ja murravad need lahti. Need mehhanismid toovad ultraheli ekstraheerimise väga tõhusad tulemused.

Ultraheli ekstraheeritud pektiin (ka akustiline kavitatsioon abistas ekstraheeritud pektiini, lühend ACAE), millel oli madalam molekulmass ja metoksüülimise aste, oli rikkam rhamnogalacturonan-I piirkonnas, millel olid pikad külgahelad, võrreldes tavapärase soojusega ekstraheeritud pektiiniga keemilisest ja FT-IR analüüsist. Ulgtrasonic pektiini ekstraheerimise energiatarbimine oli oluliselt väiksem kui tavaline kuumutamismeetod, mis näitab selle paljutõotavat rakendust tööstusliku tootmise skaalal.
(vt Wang et al., 2017)
Wang ja tema kolleegid (2017) toetavad ka seda, et ultraheli abil ekstraheerimine on osutunud ökonoomsemaks ja keskkonnasõbralikumaks protsessiks, millel on suurem efektiivsus ja väiksemad kulud võrreldes tavapärase kütte ekstraheerimisega.
 

Suhkrupeedi jääkmassi semiitsümbas 1000-kordse suurendusega: a) enne ekstraheerimist ja pärast pektiini ekstraheerimist, kasutades b) ksülanasae (250 U/g), c) tsellulaasi (300 U/g), d) ksülanasae + tsellulaasi (1:1) ja e) ksülanasae + tsellulaasi (1: 1.5) ja f) ksülanasae + tsellulaasi (1: 2).
(uuring ja pildid: Abou-Elseoud et al., 2021)

Kuidas ultraheli pektiini ekstraheerimine toimib?

Ultraheli ekstraheerimine põhineb suure intensiivsusega ultraheli sonomehaanilistel mõjudel. Pektiini ekstraheerimise edendamiseks ja intensiivistamiseks ultrahelikaudu ühendatakse suure võimsusega ultrahelilained ultrahelisondi (nimetatakse ka ultraheli sarvevõi sonotrode) vedelasse keskkonda, st suspensiooni, mis koosneb pektiini sisaldavast toorainest ja lahustist. Ultraheli lained reisida läbi vedeliku ja luua vahelduva madalrõhu / kõrgsurve tsüklit. Madalrõhutsüklite ajal luuakse minutilised vaakummullid (nn kavitatsioonimullid), mis kasvavad mitme rõhutsükli jooksul. Mullikasvu tsüklite ajal sisenevad vedelikus lahustunud gaasid vaakummulli, nii et vaakummull muutuks kasvavateks gaasimullideks. Teatud suurusega, kui mullid ei suuda absorbeerida rohkem energiat, nad implode ägedalt ajal kõrgsurve tsükli. Mullipõrumist iseloomustavad intensiivsed kavitatsioonilised jõud, sealhulgas väga kõrge temperatuur ja rõhk, mis ulatuvad vastavalt kuni 4000 K ja 1000atm; samuti vastavad kõrged temperatuuri- ja rõhuerinevused. Need ultraheli genereeritud turbulentsi ja nihkejõud lõhuvad taimerakke ja vabastavad rakusisesed pektiinid veepõhisesse lahustisse. Kuna ultraheli kavitatsioon loob väga intensiivse massiülekande, põhjustab ultrahelitöötlus erakordselt kõrgesaagise väga lühikese töötlemisaja jooksul.

Ultraheli ekstraheerimine taimsest rakkudest: mikroskoopiline ristlõige (TS) näitab ultraheli ekstraheerimisel rakkudest toimemehhanismi (suurendus 2000x) [ressurss: Vilkhu et al. 2011]

Puuviljajäätmetest ekstraheeritud pektiinid

Puuviljajäätmed, nagu koored, viljaliha jäägid (pärast puuviljamahla pressimist) ja muud puuviljakõrvalsaadused on sageli rikkalikud pektiiniallikad. Kuigi puuviljajääke kasutatakse sageli loomasöödana, on pektiini kaevandamine viljajäätmete väärtuslikum kasutamine.
Ultraheli pektiini ekstraheerimine on juba edukalt läbi viidud tsitrusviljade koorega (nagu apelsinid, mandariinid, greip), melonikoored, õunajäägid, suhkrupeedi viljaliha, mangokoored, tomatijäätmed, samuti jackfruit, kannatusvili, viigimarjakoored.

Ultraheli pektiini ekstraheerimise juhtumiuuringud

Tavapäraste pektiini ekstraheerimise puuduste tõttu kuumuse abil on teadusuuringud ja tööstus juba uurinud uuenduslikke alternatiive, nagu ultraheli ekstraheerimine. Seega on saadaval palju teavet erinevate toorainete protsessi parameetrite kohta ning protsessi optimeerimise andmed.

Pectiini ultraheli ekstraheerimine Apple'i pomace'ist

Dranca ja Oroian (2019) uurisid pektiini ultraheliabil ekstraheerimisprotsessi õunapomaaast, rakendades erinevaid ultraheli tingimusi ja kasutades Box-Behnkeni vastuse pinna kujundust. Nad leidsid, et ultraheli amplituud mõjutab tugevalt ekstraheeritud pektiini saagist ja esterdamist, samas kui ekstraheerimisel oli pH-l suur mõju kõigile kolmele reaktsioonile, st saagisele, GalA sisule ja esterdamisastmele. Ekstraheerimise optimaalsed tingimused olid 100% amplituud, pH 1,8, tahke ja vedela suhe 1:10 g/ml ja 30 min ultrahelitöötlus. Nendes tingimustes oli pektiini saagis 9,183% ja selle sisaldus oli 98,127 g/100 g GalA ja 83,202% esterdamisas. Ultraheli ekstraheeritud pektiini tulemuste määramiseks kaubandusliku pektiiniga võrreldes kaubandusliku pektiiniga võrreldi optimaalsetes tingimustes ultraheli ekstraheerimisel saadud pektiini proovi kaubanduslike tsitrusviljade ja õunapektiini proovidega FT-IR, DSC, reoloogilise analüüsi ja SEM abil. Esimesed kaks tehnikat tõid esile ultraheli ekstraheerimise teel ekstraheeritud pektiini proovi mõned iseärasused, nagu molekulaarmassi kitsam jaotusvahemik, korrapärane molekulaarne korraldus ja suur esterdamisas, mis sarnanes müügil olevate õunapektiinide omaga. Ultraheli põhjal saadud proovi morfoloogiliste omaduste analüüs näitab selle proovi fragmendisuuruste jaotumise ja selle GalA sisalduse ühel küljel jaotumise ja teiselt poolt vee omastamise võimsuse vahelist määramismustrit. Ultraheli ekstraheeritud pektiini lahuse viskoossus oli palju suurem kui kaubandusliku pektiiniga valmistatud lahuste viskoossus, mis võib-olla galakturoonhappe suure kontsentratsiooni tõttu. Kui ka kaalutakse kõrge esterdamise taset, võib see selgitada, miks ultraheliekstraheeritud pektiini viskoossus oli kõrgem. Teadlased järeldavad, et malus domestica "Fălticeni" õunapomace'st ultraheli ekstraheerimise teel ekstraheeritud pektiini puhtus, struktuur ja reoloogiline käitumine näitab selle lahustuva kiu paljutõotavaid rakendusi. (vt Dranca & Oroian 2019)

Suure jõudlusega ultraheli ekstraktor pectiini tootmiseks

Ultraheli ekstraheerimine on usaldusväärne töötlemistehnoloogia, mis hõlbustab ja kiirendab kvaliteetsete pektiinide tootmist erinevate toorainete, näiteks tsitrusviljade kõrvalsaaduste ja koorte, õunapomaaja ja paljude teiste tootmisega. Hielscher Ultrasonics portfell hõlmab kogu valikut kompaktstest labori ultraheliga ja tööstuslikest ekstraheerimissüsteemidest. Seega saame Hielscheris pakkuda teile kõige sobivamat ultrasonicator oma kavandatud protsessi võimsust. Meie kauaaegne kogenud personal aitab teil teostatavustest ja protsessi optimeerimisest kuni teie ultraheli süsteemi paigaldamiseni lõpptootmise tasemel.
Meie ultraheli ekstraktorite väike jalajälg ja nende mitmekülgsus paigaldusvalikutes muudavad need sobivaks isegi väikese ruumi pektiini töötlemisrajatistesse. Ultraheli protsessorid paigaldatakse kogu maailmas toidu- ja farmaatsiatoodete tootmisrajatistesse.

Hielscher ULTRASONICS – Keerukad Ekstraheerimisseadmed

Hielscher Ultrasonics tooteportfell hõlmab kõiki suure jõudlusega ultraheli ekstraktoreid väikestest suurtesse. Täiendavad tarvikud võimaldavad oma pektiini ekstraheerimisprotsessi jaoks kõige sobivama ultraheli seadme konfiguratsiooni hõlpsat kokkupanemist. Optimaalne ultraheli seadistus sõltub kavandatud võimsusest, mahust, toorainest, partiist või tekstisisesest protsessist ja ajaskaalast.

Partii ja inline

Hielscherultrasonicators saab kasutada partii ja pidev voolu läbimine töötlemine. Ultraheli pakktöötlus on ideaalne protsessi testimiseks, optimeerimiseks ja väikeseks kuni keskmise suurusega tootmistasemeks. Suure hulga pektiini tootmiseks võib olla kasulikum tekstisisene töötlemine. Pidev inline segamine nõuab keerukat setup – koosneb pump, voolikud või torud ja mahutid -, kuid see on väga tõhus, kiire ja nõuab oluliselt vähem tööd. Hielscher Ultrasonics on kõige sobivam ekstraheerimise setup oma kaevandamise maht ja protsessi eesmärgid.

Ultraheli ekstraktorid iga toote võimsuse jaoks

Hielscher Ultrasonics tootevalik hõlmab kogu ultraheli protsessorite spektrit kompaktsetest labori ultrasonicators üle pink-top ja pilootsüsteemid täielikult tööstuslik ultraheli protsessorid võime gaaskoormus tunnis. Kogu tootevalik võimaldab meil pakkuda teile kõige sobivamat ultraheli ekstraktorit teie pektiini sisaldava tooraine, protsessi võimsuse ja tootmiseesmärkide jaoks.
Ultraheli pingilaua süsteemid sobivad ideaalselt teostatavustestideks ja protsessi optimeerimiseks. Lineaarne mastaabisääst, mis põhineb väljakujunenud protsessi parameetritel, muudab töötlemisvõimsuse suurendamise väiksematelt partiidelt täielikult kaubanduslikuks tootmiseks. Up-scaling saab teha, paigaldades võimsama ultraheli ekstraktor üksuse või klasterdades mitu ultrasonicators paralleelselt. UIP16000-ga pakub Hielscher kõige võimsamat ultraheli ekstraktorit kogu maailmas.

Täpselt kontrollitav amplituudid optimaalsete tulemuste saavutamiseks

Kõik Hielscheri ultrasonicators on täpselt kontrollitavad ja seega usaldusväärsed tööhobused tootmises. Amplituud on üks olulisi protsessi parameetreid, mis mõjutavad pektiini ultraheli ekstraheerimise tõhusust ja tõhusust puuviljadest ja biojäätmetest.
Kõik Hielscher ultrasonics’ töötlejad võimaldavad amplituudi täpset seadistamist. Sonotrodes ja korduva sarved on tarvikud, mis võimaldavad muuta amplituudi veelgi laiemas vahemikus. Hielscheri tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeamplituudi ja pakkuda nõudlike rakenduste jaoks vajalikku ultraheli intensiivsust. Amplituude kuni 200 μm saab kergesti pidevalt käivitada 24 / 7 operatsiooni.
Täpsed amplituudi seaded ja ultraheli protsessi parameetrite püsiv jälgimine nutika tarkvara kaudu annavad teile võimaluse ravida oma toorainet kõige tõhusamate ultraheli tingimustega. Optimaalne ultrahelitöötlus parima ekstraheerimise tulemuste saavutamiseks!
Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24 / 7 tööd raskeveokite ja nõudlikes keskkondades. See muudab Hielscheri ultraheli seadmed usaldusväärseks töövahendiks, mis vastab teie ekstraheerimisnõuetele.

Lihtne, riskivaba testimine

Ultraheli protsessid võivad olla täiesti lineaarsed. See tähendab, et iga tulemus, mille olete saavutanud labori või pink-top ultrasonicator abil, saab skaleerida täpselt sama väljundini, kasutades täpselt samu protsessi parameetreid. See muudab ultraheli ideaalseks riskivaba teostatavuse testimiseks, protsessi optimeerimiseks ja hilisemaks rakendamiseks kaubanduslikuks tootmiseks. Võtke meiega ühendust, et teada saada, kuidas ultrahelitöötlus võib suurendada teie pektiini ekstrakti tootmist.

Kõrgeim kvaliteet – Projekteeritud ja valmistatud Saksamaal

Pereettevõttena ja pereettevõttena seab Hielscher oma ultraheli protsessorite kõrgeimad kvaliteedistandardid esikohale. Kõik ultrasonicators on projekteeritud, valmistatud ja põhjalikult testitud meie peakorter Teltow lähedal Berliinis, Saksamaa. Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus ja usaldusväärsus muudavad selle teie tootmises tööhobuseks. 24/7 töö täiskoormusel ja nõudlikes keskkondades on Hielscheri kõrgefektiivsete mikserite loomulik omadus.

Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest: