Ultraheli pektiini ekstraheerimine puuviljadest ja biojäätmetest

• Pektiinid on väga sageli kasutatav toidulisand, mida lisatakse peamiselt selle geelistava toime tõttu.
• Ultraheli ekstraheerimine suurendab oluliselt pektiiniekstraktide saagist ja kvaliteeti.
• Sonikatsioon on tuntud oma protsessi intensiivistavate mõjude poolest, mida juba kasutatakse mitmesugustes tööstusprotsessides.

Pektiinid ja pektiini ekstraheerimine

Pectin is a natural complex polysaccharide (heteropolysaccharide) found in particular in the cell walls of fruits, especially in citrus fruits and apple pomace. High pectin contents are found in the fruit peels of both apple and citrus fruits. Apple pomace contains 10-15% of pectin on a dry matter basis while citrus peel contains 20-30%. Pectins are biocompatible, biodegradable, and renewable polysaccharides with excellent gelling and thickening functionality, making them highly valued additives. They are widely used in food, cosmetic, and pharmaceutical products as rheology modifiers, functioning as gelling, glazing, stabilizing, and thickening agents and, in some formulations, as emulsifiers. Ultrasonic extraction is an efficient method to isolate high-quality pectins from fruit peels and pomace, increasing yield while reducing processing time and overall cost.

Tavapärane pektiiniekstraheerimine tööstuslikuks kasutamiseks toimub happekatalüüsitud protsesside abil (lämmastik-, soolhappe või väävelhappe abil). Happekatalüüsitud ekstraheerimine on tööstuslikus pektiinitootmises kõige sagedamini kasutatav protsess, kuna muud ekstraheerimismeetodid, nagu otsene keetmine (60ºC-100ºC) kuni 24 tunni jooksul ja madal pH (1,0-3,0), on aeglased ja madala saagisega ning võivad põhjustada ekstraheeritud kiu termilist lagunemist ja pektiinisaagis on mõnikord protsessi tingimuste tõttu piiratud. Siiski on happekatalüüsitud ekstraheerimisel ka omad puudused: Karm happeline töötlemine põhjustab pektiiniahelate depolümerisatsiooni ja deesterdumist, mis mõjutab pektiinikvaliteeti negatiivselt. Suurtes kogustes happelise heitvee tootmine nõuab järeltöötlust ja kulukat ringlussevõtu töötlemist, mis muudab protsessi keskkonnakoormaks.

Ultraheli pektiini ekstraheerimine

Ultraheli ekstraheerimine on kerge, mittetermiline töötlus, mida rakendatakse mitmekülgsetele toiduprotsessidele. Seoses pektiinide ekstraheerimisega puu- ja köögiviljadest toodab ultrahelitöötlus kõrge kvaliteediga pektiini. Ultraheli ekstraheeritud pektiinid paistavad silma oma anhüdrouroonhappe, metoksüül- ja kaltsiumpektaadi sisalduse ning selle esterdamise astme poolest. Ultraheli ekstraheerimise kerged tingimused takistavad soojustundlike pektiinide termilist lagunemist.
Pektiini kvaliteet ja puhtus võivad varieeruda sõltuvalt anhüdrogalakturoonhappest, esterdamise astmest, ekstraheeritud pektiini tuhasisaldusest. Suure molekulmassiga ja madala tuhasisaldusega pektiin (alla 10%) kõrge anhüdrogalakturoonhappega (üle 65%) on tuntud kui kvaliteetne pektiin. Kuna ultraheliravi intensiivsust saab väga täpselt kontrollida, võib pektiiniekstrakti omadusi mõjutada amplituudi, ekstraheerimistemperatuuri, rõhu, retentsiooniaja ja lahusti reguleerimine.

 

 
Leidke greibikoorest ultraheli pektiini ekstraheerimise protokoll, mida on näidatud ülaltoodud videol siin!
 

Ultraheli ekstraheerimist saab käivitada erinevate Lahusteid nagu vesi, sidrunhape, lämmastikhappe lahus (HNO₃, pH 2,0) või ammooniumoksalaat / oksaalhape, mis võimaldab ka ultrahelitöötlust integreerida olemasolevatesse ekstraheerimisliinidesse (retro-paigaldamine).

Puuviljajäätmed allikana: Kõrge jõudlusega ultraheli on juba edukalt rakendatud pektiinide eraldamiseks õunajäägist, tsitrusviljade koortest (nagu apelsin, sidrun, greip), viinamarjajäägist, granaatõunast, suhkrupeedi viljalihast, draakoni puuviljakoorest, viigikaktuskladoodidest, kannatuslillekoorest ja mangokoortest.

Pektiini sadestumine pärast ultraheli ekstraheerimist

Etanooli lisamine ekstraktilahusele võib aidata pektiini eraldada protsessi kaudu, mida nimetatakse sadestamiseks. Pektiin, taimede rakuseintes leiduv kompleksne polüsahhariid, lahustub vees normaalsetes tingimustes. Kuid lahustikeskkonna muutmisega etanooli lisamisega saab pektiini lahustuvust vähendada, mis viib selle sadestumiseni lahusest.

Pektiini sadestamise keemiat etanooli abil saab seletada kolme reaktsiooniga:

• Vesiniksidemete katkemine: Pektiinimolekule hoiavad koos vesiniksidemed, mis aitavad kaasa nende lahustuvusele vees. Etanool katkestab need vesiniksidemed, konkureerides veemolekulidega pektiinimolekulide sidumiskohtades. Kuna etanoolimolekulid asendavad pektiinimolekulide ümber veemolekule, nõrgenevad pektiinimolekulide vahelised vesiniksidemed, vähendades nende lahustuvust lahustis.
• Vähenenud lahusti polaarsus: Etanool on vähem polaarne kui vesi, mis tähendab, et sellel on väiksem võime lahustada polaarseid aineid nagu pektiin. Kuna ekstraktilahusele lisatakse etanooli, väheneb lahusti üldine polaarsus, muutes pektiinimolekulide lahusesse jäämise vähem soodsaks. See viib pektiini sadestumiseni lahusest välja, kuna see muutub etanooli-vee segus vähem lahustuvaks.
• Suurenenud pektiini kontsentratsioon: Kuna pektiinimolekulid sadestuvad lahusest välja, suureneb pektiini kontsentratsioon ülejäänud lahuses. See võimaldab pektiini hõlpsamini eraldada vedelast faasist filtreerimise või tsentrifuugimise teel.

Pektiini sadestamine etanooli abil on lihtne ja tõhus meetod pektiinide eraldamiseks ekstraktilahusest, mis on protsessietapp, mida saab hõlpsasti käivitada pärast ultraheli pektiini ekstraheerimist. Etanooli lisamine ekstraktlahusele muudab lahusti keskkonda viisil, mis vähendab pektiini lahustuvust, mille tulemuseks on selle sadestumine ja järgnev eraldumine lahusest. Seda tehnikat kasutatakse tavaliselt pektiini ekstraheerimisel ja puhastamisel taimsetest materjalidest erinevate tööstuslike ja toidurakenduste jaoks.
 
 
Kas olete huvitatud pressimisjääkide, koore ja viljaliha väärindamisest? – Loe lähemalt polüfenoolide ekstraheerimisest puuviljajäätmetest!

Tööstuslikud sonikaatorid pektiini ekstraheerimiseks

Hielscher Ultrasonics on teie partner taimse materjali, näiteks pressimisjääkide, koorikute ja seemnete ekstraheerimisprotsesside jaoks. Olenemata sellest, kas soovite ekstraheerida väikeseid koguseid teadusuuringuteks ja analüüsiks või töödelda suuri koguseid kaubanduslikuks tootmiseks, on meil teie jaoks sobiv ultraheli ekstraktor. Meie ultraheli labori homogenisaatorid, samuti meie pingi ja tööstuslikud sonikaatorid on vastupidavad, hõlpsasti kasutatavad ja ehitatud 24/7 tööks täiskoormuse all. Lai valik lisaseadmeid, nagu sonotroodid (ultrahelisondid / sarved) erinevate suuruste ja kujuga, vooluelemendid ja reaktorid ning võimendid võimaldavad optimaalset seadistust teie konkreetse ekstraheerimisprotsessi jaoks.
Kõik digitaalsed ultraheli masinad on varustatud värvilise puutetundliku ekraaniga, integreeritud SD-kaardiga automaatseks andmete protokollimiseks ja brauseri kaugjuhtimispuldiga põhjalikuks protsessi jälgimiseks. Hielscheri keerukate ultraheli süsteemidega on lihtne protsessi standardimine ja kvaliteedikontroll.
Võtke meiega ühendust juba täna, et arutada oma pektiini ekstraheerimise protsessi nõudeid! Meil on hea meel aidata teil oma pikaajalist kogemust ultraheli ekstraheerimisel ja aidata teil saavutada kõrgeim protsessi efektiivsus ja optimaalne pektiini kvaliteet!

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Ultraheli pektiini ekstraheerimise uurimistulemused

Tomatijäätmed: Pikkade ekstraheerimisaegade (12–24 h) vältimiseks tagasijooksuprotseduuris kasutati ultraheli ekstraheerimisprotsessi intensiivistamiseks aja jooksul (15, 30, 45, 60 ja 90 min). Sõltuvalt ekstraheerimisaegadest on saadud pektiini saagis esimese ultraheli ekstraheerimise etapi jaoks temperatuuril 60 ° C ja 80 ° C vastavalt 15,2–17,2% ja 16,3–18,5%. Teise ultraheli ekstraheerimise etapi rakendamisel suurendati tomatijäätmete pektiinide saagist 34–36% -ni, sõltuvalt temperatuurist ja ajast). Ilmselt suurendab ultraheli ekstraheerimine tomati rakuseina maatriksi rebenemist, mis toob kaasa paremad koostoimed lahusti ja ekstraheeritud materjali vahel.
Ultraheli ekstraheeritud pektiine võib liigitada kõrge metoksüülpektiinideks (HM-pektiin), millel on kiired geelistavad omadused (DE) > 70%) ja esterdamisaste 73,3–85,4%. n. Ultraheliga ekstraheeritud pektiini kaltsiumpektaadi sisaldust mõõdeti vahemikus 41,4% kuni 97,5%, sõltuvalt ekstraheerimisparameetritest (temperatuur ja aeg). Ultraheli ekstraheerimise kõrgemal temperatuuril on kaltsiumpektaadi sisaldus suurem (91–97%) ja sellisena on see oluline pektiini geelistamisvõime parameeter võrreldes tavapärase ekstraheerimisega.
Tavapärane lahusti ekstraheerimine kestusega 24 tundi annab sarnase pektiini saagise võrreldes 15 min ultraheli ekstraheerimise raviga. Saadud tulemuste osas võib järeldada, et ultraheliravi vähendab märkimisväärselt ekstraheerimisaega. NMR- ja FTIR-spektroskoopia kinnitavad valdavalt esterdatud pektiini olemasolu kõigis uuritud proovides. [Grassino et al. 2016]

Passion puuvilja koor: Ekstraheerimise efektiivsuse näitajateks peeti ekstraheerimissaagist, galakturroonhapet ja esterdamise astet. ultraheli abil ekstraheerimisel saadud pektiini kõrgeim saagis oli 12,67% (ekstraheerimistingimused 85 ° C, 664 W / cm2, pH 2,0 ja 10 min). Samade tingimuste puhul viidi läbi tavaline kuumutamine ja tulemus oli 7, 95%. Need tulemused on kooskõlas teiste uuringutega, mis näitavad lühikest aega polüsahhariidide, sealhulgas pektiini, hemitsellulooside ja teiste vees lahustuvate polüsahhariidide efektiivseks ekstraheerimiseks, mida toetab ultraheli. Samuti täheldati, et ekstraheerimise saagis suurenes 1,6 korda, kui ekstraheerimist abistas ultraheli. Saadud tulemused näitasid, et ultraheli oli tõhus ja aega säästev meetod pektiini ekstraheerimiseks kannatusvilja koorest. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Prickly Pear Cladodes: Opuntia ficus indica (OFI) kladoodide pektiini ultraheli abil ekstraheerimine (AÜE) pärast lima eemaldamist prooviti vastusepinna metoodika abil. Protsessi muutujad optimeeriti isovarianti tsentraalse komposiitkonstruktsiooniga, et parandada pektiini ekstraheerimise saagist. Saadud optimaalne seisund oli: ultrahelitöötluse aeg 70 min, temperatuur 70, pH 1,5 ja vee ja materjali suhe 30 ml / g. See tingimus kinnitati ja eksperimentaalse ekstraheerimise jõudlus oli 18,14% ± 1,41%, mis oli tihedalt seotud prognoositud väärtusega (19,06%). Seega kujutab ultraheli ekstraheerimine paljulubavat alternatiivi tavapärasele ekstraheerimisprotsessile tänu oma kõrgele efektiivsusele, mis saavutati vähem aega ja madalamatel temperatuuridel. OFI kladoodidest (UAEPC) ultraheli ekstraheerimisel ekstraheeritud pektiinil on madal esterdamisaste, kõrge uroonhappe sisaldus, olulised funktsionaalsed omadused ja hea radikaalne aktiivsus. Need tulemused pooldavad UAEPC kasutamist potentsiaalse lisandina toiduainetööstuses. [Bayar et al. 2017]

Viinamarja Pomace: Uurimisdokumendis “Ultrasound-assisted extraction of pectins from grape pomace using citric acid: A response surface methodology approach”, sonication is used to extract pectins from grape pomace with citric acid as the extracting agent. According to the Response Surface Methodology, the highest pectin yield (∼32.3%) can be achieved when the ultrasonic extraction process is carried out at 75ºC for 60 min using a citric acid solution of pH 2.0. These pectic polysaccharides, composed mainly by galacturonic acid units (∼97% of total sugars), have an average molecular weight of 163.9kDa and a degree of esterification (DE) of 55.2%.
Ultraheliga töödeldud viinamarjajääkide pinna morfoloogia näitab, et ultrahelitöötlus mängib olulist rolli vegetaalse koe lõhkumisel ja ekstraheerimise saagikuse suurendamisel. Pärast pektiinide ultraheli ekstraheerimist optimaalsete tingimuste (75 ° C, 60 min, pH 2,0) abil saadud saagis oli 20% kõrgem kui ekstraheerimisel saadud saagis, rakendades samu temperatuuri, aja ja pH tingimusi, kuid ilma ultraheli abita. Lisaks näitasid ultraheli ekstraheerimise pektiinid ka suuremat keskmist molekulmassi. [Minjares-Fuentes et al. 2014]