التراسونیک استخراج پکتین از میوه و زباله های زیستی
- پکتین ها یک افزودنی غذایی بسیار پرکاربرد هستند که عمدتا به دلیل اثرات ژل کنندگی آن اضافه می شوند.
- استخراج التراسونیک عملکرد و کیفیت عصاره پکتین را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.
- فراصوت به دلیل اثرات تشدید کننده فرآیند خود شناخته شده است، که قبلا در فرآیندهای صنعتی چندگانه استفاده می شود.
استخراج پکتین ها و پکتین ها
پکتین یک پلی ساکارید پیچیده طبیعی (هتروپلی ساکارید) است که به ویژه در دیواره سلولی میوه ها، به ویژه در مرکبات و تفاله سیب یافت می شود. محتوای بالای پکتین در پوست میوه سیب و مرکبات یافت می شود. تفاله سیب حاوی 10 تا 15 درصد پکتین به صورت ماده خشک است در حالی که پوست مرکبات حاوی 20 تا 30 درصد است. پکتین ها پلی ساکاریدهای زیست سازگار، زیست تخریب پذیر و تجدید پذیر با عملکرد ژل سازی و غلیظ شدن عالی هستند که آنها را به افزودنی های بسیار ارزشمندی تبدیل می کند. آنها به طور گسترده ای در محصولات غذایی، آرایشی و بهداشتی و دارویی به عنوان اصلاح کننده رئولوژی استفاده می شوند و به عنوان عوامل ژل کننده، لعاب زدن، تثبیت کننده و غلیظ کننده و در برخی فرمولاسیون ها به عنوان امولسیون کننده عمل می کنند. استخراج التراسونیک یک روش کارآمد برای جداسازی پکتین با کیفیت بالا از پوست میوه و تفاله است، افزایش عملکرد در حالی که کاهش زمان پردازش و هزینه کلی است.
پروب نوع فراصوت UIP1000hdT برای استخراج پکتین ها و فنل ها از ضایعات میوه.
استخراج پکتین التراسونیک
استخراج اولتراسونیک یک درمان خفیف و غیر حرارتی است که به فرآیندهای مواد غذایی منیفولد اعمال می شود. با توجه به استخراج پکتین از میوه ها و سبزیجات، فراصوت پکتین با کیفیت بالا تولید می کند. پکتین های التراسونیک استخراج شده با اسید آنهیدرورونیک ، محتویات متوکسیل و پکتات کلسیم و همچنین درجه استریفیکاسیون آن برتری دارند. شرایط خفیف استخراج اولتراسونیک جلوگیری از تخریب حرارتی پکتین های حساس به حرارت.
کیفیت و خلوص پکتین بسته به اسید آنهیدروگالاکتورونیک ، درجه استریفیکاسیون ، محتوای خاکستر پکتین استخراج شده می تواند متفاوت باشد. پکتین با وزن مولکولی بالا و خاکستر کم (زیر 10 درصد) با اسید انهیدروگالاکتورونیک بالا (بالای 65 درصد) به عنوان پکتین با کیفیت خوب شناخته می شود. از آنجا که شدت درمان اولتراسونیک را می توان بسیار دقیق کنترل کرد ، خواص عصاره پکتین را می توان با تنظیم دامنه ، دمای استخراج ، فشار ، زمان نگهداری و حلال تحت تأثیر قرار داد.
استخراج مافوق صوت را می توان با استفاده از انواع مختلف اجرا حلال مانند آب، اسید سیتریک، محلول اسید نیتریک (HNO)3، pH 2.0) ، یا اگزالات آمونیوم / اسید اگزالیک ، که باعث می شود آن را نیز ممکن است برای ادغام فراصوت به خطوط استخراج موجود (یکپارچهسازی با سیستمعامل مناسب).
- ظرفیت ژل شدن بالا
- پراکندگی خوب
- رنگ پکتین
- پکتات کلسیم بالا
- تخریب کمتر
- سازگار با محیط زیست
ضایعات میوه به عنوان منبع: سونوگرافی با کارایی بالا قبلا با موفقیت برای جداسازی پکتین ها از تفاله سیب، پوست مرکبات (مانند پرتقال، لیمو، گریپ فروت)، تفاله انگور، انار، تفاله چغندرقند قند، پوست میوه اژدها، کلادودهای گلابی خاردار، پوست میوه شور و پوست انبه استفاده شده است.
بارش پکتین پس از استخراج التراسونیک
افزودن اتانول به محلول عصاره می تواند به جداسازی پکتین از طریق فرآیندی به نام بارش کمک کند. پکتین، یک پلی ساکارید پیچیده که در دیواره سلولی گیاهان یافت می شود، در شرایط عادی در آب محلول است. با این حال ، با تغییر محیط حلال با افزودن اتانول ، می توان حلالیت پکتین را کاهش داد و منجر به رسوب آن از محلول می شود.
شیمی پشت بارش پکتین با استفاده از اتانول را می توان با سه واکنش توضیح داد:
- اختلال در پیوندهای هیدروژنیمولکول های پکتین توسط پیوندهای هیدروژنی در کنار هم نگه داشته می شوند که به حلالیت آنها در آب کمک می کند.: اتانول با رقابت با مولکول های آب برای مکان های اتصال به مولکول های پکتین ، این پیوندهای هیدروژنی را مختل می کند. از آنجایی که مولکول های اتانول جایگزین مولکول های آب در اطراف مولکول های پکتین می شوند، پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های پکتین ضعیف می شود و حلالیت آنها در حلال کاهش می یابد.
- کاهش قطبیت حلال: اتانول قطبی کمتری نسبت به آب دارد، به این معنی که توانایی کمتری در حل کردن مواد قطبی مانند پکتین دارد. با افزودن اتانول به محلول عصاره، قطبیت کلی حلال کاهش می یابد و باعث می شود که مولکول های پکتین در محلول باقی بمانند. این منجر به رسوب پکتین از محلول می شود زیرا در مخلوط اتانول و آب کمتر محلول می شود.
- افزایش غلظت پکتین: با خروج مولکول های پکتین از محلول ، غلظت پکتین در محلول باقیمانده افزایش می یابد. این امکان جداسازی آسان تر پکتین از فاز مایع را از طریق فیلتراسیون یا سانتریفیوژ فراهم می کند.
رسوب پکتین با استفاده از اتانول یک روش ساده و موثر برای جداسازی پکتین ها از محلول عصاره است که یک مرحله فرآیندی است که می تواند به راحتی پس از استخراج پکتین اولتراسونیک اجرا شود. افزودن اتانول به محلول عصاره محیط حلال را به گونه ای تغییر می دهد که حلالیت پکتین را کاهش می دهد و منجر به رسوب و متعاقب آن جدا شدن از محلول می شود. این تکنیک معمولا در استخراج و خالص سازی پکتین از مواد گیاهی برای کاربردهای مختلف صنعتی و غذایی استفاده می شود.
علاقه مند به ارزش گذاری تفاله ، پوست و تفاله هستید؟ – درباره استخراج پلی فنول از ضایعات میوه بیشتر بخوانید!
راکتور جریان اولتراسونیک
- بازده بالاتر
- کیفیت بهتر
- غیر حرارتی
- کاهش زمان استخراج
- تشدید فرآیند
- اتصالات یکپارچهسازی با سیستمعامل امکان پذیر است
- استخراج سبز
سونیکاتورهای صنعتی برای استخراج پکتین
Hielscher مافوق صوت شریک زندگی خود را برای فرآیندهای استخراج از مواد گیاهی مانند تفاله است, پوست و دانه. این که آیا شما می خواهید مقادیر کمی را برای تحقیق و تجزیه و تحلیل استخراج کنید یا حجم زیادی را برای تولید تجاری پردازش کنید، ما استخراج مافوق صوت مناسب برای شما داریم. هموژنایزرهای آزمایشگاه اولتراسونیک ما و همچنین نیمکت بالا و ماسونیکاتور صنعتی قوی، آسان برای استفاده و ساخته شده برای عملیات 24/7 تحت بار کامل. طیف گسترده ای از لوازم جانبی مانند sonotrodes (پروب های اولتراسونیک / شاخ) با اندازه ها و اشکال مختلف، سلول های جریان و راکتورها و تقویت کننده ها امکان راه اندازی بهینه را برای فرآیند استخراج خاص شما فراهم می کند.
تمام دستگاه های اولتراسونیک دیجیتال مجهز به صفحه نمایش لمسی رنگی، کارت SD یکپارچه برای پروتکل سازی خودکار داده ها و کنترل از راه دور مرورگر برای نظارت بر فرآیند جامع هستند. با سیستم های اولتراسونیک پیچیده Hielscher است، استاندارد سازی فرآیند بالا و کنترل کیفیت ساده ساخته شده است.
امروز با ما تماس بگیرید تا در مورد الزامات فرآیند استخراج پکتین خود صحبت کنید! ما خوشحال خواهیم شد که با تجربه طولانی مدت خود در استخراج اولتراسونیک به شما کمک کنیم و به شما کمک کنیم تا به بالاترین راندمان فرآیند و کیفیت پکتین مطلوب دست یابید!
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000 |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
سونیکاتور آزمایشگاهی UP200Ht استخراج پکتین از پوست گریپ فروت با استفاده از آب به عنوان حلال.
نتایج تحقیقات استخراج پکتین التراسونیک
ضایعات گوجه فرنگی: برای جلوگیری از زمان استخراج طولانی (12-24 ساعت) در روش ریفلاکسینگ، از امواج فراصوت برای تشدید فرآیند استخراج از نظر زمان (15، 30، 45، 60 و 90 دقیقه) استفاده شد. بسته به زمان استخراج، عملکرد پکتین به دست آمده برای اولین مرحله استخراج اولتراسونیک، در دمای 60 درجه سانتیگراد و 80 درجه سانتیگراد به ترتیب 15.2-17.2٪ و 16.3-18.5٪ است. هنگامی که مرحله استخراج اولتراسونیک دوم اعمال شد, عملکرد پکتین از ضایعات گوجه فرنگی به افزایش یافت 34-36٪, بسته به دما و زمان). بدیهی است که استخراج مافوق صوت باعث افزایش پارگی ماتریس دیواره سلولی گوجه فرنگی می شود و منجر به فعل و انفعالات بهتر بین حلال و مواد استخراج شده می شود.
پکتین های استخراج شده از طریق التراسونیک را می توان به عنوان پکتین های متوکسیل بالا (HM-پکتین) با خواص ژل سازی سریع (DE) طبقه بندی کرد > 70 درصد، و درجه استریفیکاسیون 73.3 تا 85.4 درصد. n. میزان پکتات کلسیم در پکتین استخراج شده با التراسونیک بسته به پارامترهای استخراج (دما و زمان) بین 41.4 تا 97.5 درصد اندازه گیری شد. در دمای بالاتر از استخراج اولتراسونیک، محتوای پکتات کلسیم بالاتر است (91-97٪) و به همین ترتیب پارامتر مهمی از توانایی ژل کردن پکتین در مقایسه با استخراج معمولی وجود دارد.
استخراج حلال معمولی برای مدت زمان 24 ساعت می دهد عملکرد پکتین مشابه در مقایسه با 15 دقیقه از درمان استخراج مافوق صوت. با توجه به نتایج به دست آمده می توان نتیجه گرفت که درمان اولتراسونیک زمان استخراج را به طور قابل توجهی کاهش می دهد. طیف سنجی NMR و FTIR وجود پکتین عمدتا استری شده را در تمام نمونه های مورد بررسی تأیید می کند. [گراسینو و همکاران 2016]
پوست میوه شور: بازده استخراج، گالاکتورونیک اسید و درجه استریفیکاسیون به عنوان شاخص های راندمان استخراج در نظر گرفته شدند. بیشترین بازده پکتین حاصل از استخراج به کمک امواج فراصوت 67/12 درصد (شرایط استخراج 85 درجه سانتی گراد، 664 وات بر سانتی متر مربع، pH 0/2 و 10 دقیقه) بود. برای همین شرایط، استخراج گرمایش معمولی انجام شد و نتیجه آن 7.95 درصد بود. این نتایج مطابق با مطالعات دیگری است که زمان کوتاه را برای استخراج موثر پلی ساکاریدها، از جمله پکتین، همی سلولز و سایر پلی ساکاریدهای محلول در آب، با کمک اولتراسوند گزارش می کنند. همچنین مشاهده شد که بازده استخراج با کمک سونوگرافی 1.6 برابر افزایش یافت. نتایج به دست آمده نشان داد که سونوگرافی یک روش کارآمد و صرفه جویی در زمان برای استخراج پکتین از پوست میوه شور است. [فریتاس د اولیویرا و همکاران 2016]
کلادودهای گلابی خاردار: استخراج اولتراسونیک به کمک (امارات متحده عربی) پکتین از Opuntia ficus indica (OFI) cladodes پس از حذف موسیلاژ با استفاده از روش سطح پاسخ تلاش شد. متغیرهای فرایند با استفاده از طرح مرکب مرکزی ایزوواریانت به منظور بهبود بازده استخراج پکتین بهینه شدند. شرایط بهینه به دست آمده: زمان فراصوت 70 دقیقه، دما 70، pH 5/1 و نسبت آب به مواد 30 میلی لیتر بر گرم بود. این شرایط اعتبارسنجی شد و عملکرد استخراج آزمایشی 14/18 درصد ± 41/1 درصد بود که ارتباط تنگاتنگی با مقدار پیش بینی شده (06/19 درصد) داشت. بدین ترتیب, استخراج مافوق صوت ارائه یک جایگزین امیدوار کننده برای فرایند استخراج معمولی به لطف بهره وری بالا آن است که در زمان کمتر و در دماهای پایین تر به دست آمد. پکتین استخراج شده توسط استخراج مافوق صوت از کلادودهای OFI (UAEPC) دارای درجه پایین استریفیکاسیون ، محتوای اسید اورونیک بالا ، خواص عملکردی مهم و فعالیت ضد رادیکال خوب است. این نتایج به نفع استفاده از UAEPC به عنوان افزودنی بالقوه در صنایع غذایی است. [بایار و همکاران 2017]
تفاله انگور: در مقاله پژوهشی “استخراج پکتین ها به کمک سونوگرافی از تفاله انگور با استفاده از اسید سیتریک: رویکرد روش شناسی سطح پاسخ”فراصوت استفاده می شود برای استخراج پکتین از تفاله انگور با اسید سیتریک به عنوان عامل استخراج. با توجه به روش سطح پاسخ, بالاترین عملکرد پکتین (∼32.3٪) را می توان به دست آورد زمانی که فرایند استخراج مافوق صوت در 75 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه با استفاده از محلول اسید سیتریک pH 2.0 انجام می شود. این پلی ساکاریدهای پکتیک که عمدتا توسط واحدهای گالاکتورونیک اسید (97-درصد از کل قندها) تشکیل شده اند، دارای وزن مولکولی متوسط 163.9 کیلو دالتون و درجه استریفیکاسیون (DE) 55.2٪ هستند.
مورفولوژی سطح تفاله انگور فراصوت نشان می دهد که فراصوت نقش مهمی در شکستن بافت گیاهی و افزایش بازده استخراج ایفا می کند. عملکرد به دست آمده پس از استخراج اولتراسونیک پکتین با استفاده از شرایط بهینه (75 درجه سانتیگراد، 60 دقیقه، pH 2.0) 20 درصد بالاتر از بازده به دست آمده بود که استخراج با استفاده از شرایط مشابه دما، زمان و pH انجام شد، اما بدون کمک اولتراسونیک. علاوه بر این، پکتین ها از استخراج اولتراسونیک نیز وزن مولکولی متوسط بالاتری را به نمایش گذاشتند. [Minjares-Fuentes و همکاران، 2014]
استخراج دسته ای التراسونیک UIP2000hdT با شاخ cascatrode
حقایقی که ارزش دانستن دارند
پکتین چیست؟
پکتین یک هتروپلی ساکارید طبیعی است که عمدتا در میوه هایی مانند تفاله سیب و مرکبات یافت می شود. پکتین ها که به عنوان پلی ساکاریدهای پکتیک نیز شناخته می شوند، سرشار از اسید گالاکتورونیک هستند. در گروه پکتیک، چندین پلی ساکارید مختلف شناسایی شده است. هموگالاکتورونان ها زنجیره های خطی اسید D-گالاکتورونیک مرتبط با α-(1-4) هستند. گالاکتورونان های جایگزین شده با وجود بقایای زائده ساکارید (مانند D-xylose یا D-apiose در موارد مربوطه xylogalacturonan و apiogalacturonan) که از ستون فقرات بقایای اسید D-galacturonic منشعب می شوند، مشخص می شوند. پکتین های Rhamnogalacturonan I (RG-I) حاوی ستون فقرات دی ساکارید تکرارشونده هستند: 4)-α-D-گالاکتورونیک اسید-(1،2)-α-L-rhamnose-(1. بسیاری از بقایای رامنوز دارای زنجیره های جانبی قندهای خنثی مختلف هستند. قندهای خنثی عمدتا D-گالاکتوز، ال-آرابینوز و D-زایلوز هستند. انواع و نسبت قندهای خنثی با منشا پکتین متفاوت است.
یکی دیگر از انواع ساختاری پکتین rhamnogalacturonan II (RG-II) است که یک پلی ساکارید پیچیده و بسیار منشعب است و کمتر در طبیعت یافت می شود. ستون فقرات رامنوگالاکتورونان II منحصرا از واحدهای اسید D-galacturonic تشکیل شده است. پکتین جدا شده دارای وزن مولکولی به طور معمول 60,000-130,000 گرم در مول است که با توجه به منشا و شرایط استخراج متفاوت است.
چه چیزی بر خواص ژل شدن پکتین تأثیر می گذارد؟
ژل شدن پکتین توسط pH، دما، قدرت یونی (سایر املاح)، اندازه مولکولی، درجه متیلاسیون (DM)، محتوای زنجیره جانبی و چگالی بار کلی کنترل می شود. در بافت های گیاهی، پکتین به صورت محلول در آب (“رایگان”) و بخش های نامحلول در آب. حلالیت به طور کلی با کاهش وزن مولکولی و اغلب با محتوای متیل استر بالاتر افزایش می یابد ، اما همچنین توسط pH ، دما و املاح موجود شکل می گیرد.
دو کلاس عملکردی با درجه متیلاسیون آنها تعریف می شوند:
- پکتین با متوکسیل بالا (HMP; دیابت > 50٪) ژل در محیط اسیدی (pH 2.0-3.5) هنگامی که مواد جامد محلول بالا هستند (≥55٪ وزنی ساکارز) ، در درجه اول از طریق پیوند هیدروژنی و انجمن های آبگریز که دافعه الکترواستاتیک را سرکوب می کنند.
- پکتین کم متوکسیل (LMP; دیابت < 50٪) ژل ها در محدوده pH وسیع تر (2.0-6.0) از طریق اتصال متقابل یونی با واسطه Ca²⁺ (“جعبه تخم مرغ” مناطق اتصال) بین گروه های کربوکسیل همسایه.
پکتین ها چگونه استفاده می شوند؟
در صنایع غذایی، پکتین به مارمالادها، میوه ها، مربا، ژله، نوشیدنی ها، سس ها، غذاهای منجمد، شیرینی پزی و محصولات نانوایی اضافه می شود. پکتین در ژله های شیرینی پزی استفاده می شود تا ساختار ژل خوب، لقمه ای تمیز و طعم خوبی ایجاد کند. پکتین همچنین برای تثبیت نوشیدنی های پروتئینی اسیدی مانند نوشیدن ماست برای بهبود بافت، احساس دهان و پایداری پالپ در نوشیدنی های مبتنی بر آب میوه و به عنوان جایگزین چربی در محصولات پخته شده استفاده می شود. برای کاهش کالری / کم کالری، پکتین ها به عنوان جایگزین چربی و/یا قند اضافه می شوند.
در صنعت داروسازی, آن را برای کاهش سطح کلسترول خون و اختلالات گوارشی استفاده می شود.
از دیگر کاربردهای صنعتی پکتین می توان به کاربرد آن در فیلم های خوراکی، به عنوان تثبیت کننده امولسیون برای امولسیون های آب/روغن، به عنوان اصلاح کننده رئولوژی و نرم کننده، به عنوان عامل اندازه گیری کاغذ و منسوجات و غیره اشاره کرد.
منابع خوب برای پکتین چیست؟
اگرچه پکتین در دیواره سلولی اکثر گیاهان یافت می شود، تفاله سیب و پوست پرتقال دو منبع اصلی پکتین های تولید شده تجاری هستند زیرا پکتین های آنها از کیفیت بالایی برخوردار هستند. منابع دیگر اغلب رفتار ژل سازی ضعیفی را نشان می دهند. در میوه ها، علاوه بر سیب و مرکبات، هلو، زردآلو، گلابی، گواوا، به، آلو و انگور فرنگی به دلیل مقدار بالای پکتین شناخته شده اند. در میان سبزیجات، گوجه فرنگی، هویج و سیب زمینی به دلیل محتوای بالای پکتین شناخته شده اند.
چرا از تفاله گوجه فرنگی برای تولید پکتین استفاده می شود؟
سالانه میلیون ها تن گوجه فرنگی (Lycopersicon esculentum Mill.) برای تولید محصولاتی مانند آب گوجه فرنگی، رب، پوره، سس گوجه فرنگی، سس و سالسا فرآوری می شود و در نتیجه مقادیر زیادی زباله تولید می شود. ضایعات گوجه فرنگی که پس از پرس گوجه فرنگی به دست می آید از 33 درصد دانه، 27 درصد پوست و 40 درصد تفاله و تفاله خشک گوجه فرنگی حاوی 44 درصد دانه و 56 درصد تفاله و پوست است. ضایعات گوجه فرنگی منبع خوبی برای تولید پکتین است.
ادبیات/منابع
- 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.