Ultraääniuutto johtaa korkealaatuisten pectins-tuotteiden korkeaan saantoon. Sonikaatiota käyttämällä arvokkaita lahkoja voidaan tuottaa tehokkaasti hedelmäjätteestä (esim. mehun jalostuksessa syntyvät sivutuotteet) ja muusta biologisesta raaka-aineesta. Ultraääni pectin-uutto on erinomainen muita uuttotekniikoita tuottamalla suurempia saantoja, mikä antaa erinomaisen pectin-laadun ja nopean uuttomenettelyn.

Tehostettu pectin-uutto sonikaatiolla

Pektiiniä käytetään hyytelöimis-, emulgointi- ja sakeutusaineena lukuisissa elintarvikkeissa sekä kosmetiikan ja lääkkeiden ainesosana. Perinteinen teollinen pektiiniuutto tapahtuu kuumavesiuutolla, jossa raaka-ainetta, kuten sitrushedelmien kuoria, omenan puristemassaa ja muita hedelmäjätteitä, liotetaan 60–100 °C:n kuumassa vedessä alhaisessa pH:ssa (noin pH 1,5–3,5) pitkän aikaa. Tämä tekee perinteisestä kuuman veden uuttamisesta aikaa ja energiaa vievän prosessin, joka ei usein ole edes tarpeeksi tehokas vapauttamaan raaka-aineessa käytettävissä olevaa pektiinimäärää.
Perinteisen tuotantomenetelmän tehottomuuden voittamiseksi ultraääniuuttoa käytetään prosessin tehostamistekniikkana, joka lyhentää uuttoaikaa ja maksimoi pectinin tuoton merkittävästi verrattuna perinteiseen kuuman veden uuttamiseen.

Ultraääni pectin-uutteen etu

Ultraääniuuttoa käytetään monilla uutteiden tuotannon aloilla, kuten kasvitieteellisissä ja kasviperäisten uutteiden elintarvikkeissa, lisäravinteissa, lääkkeissä ja kosmetiikassa. Erittäin näkyvä esimerkki ultraääniuutosta on kannabidiolien (CBD) ja muiden yhdisteiden uuttaminen kannabiskasvista.
Ultraääniuutto on ei-lämpöuuttotekniikka, joka estää siten bioaktiiviset yhdisteet lämpöhajoamista vastaan. Kaikkia ultraääniprosessin parametreja, kuten amplitudia, voimakkuutta, aikaa, lämpötilaa ja painetta, voidaan hallita tarkasti. Tämä mahdollistaa tarkan prosessin ja laadunvalvonnan ja helpottaa toistamista ja jäljentämistä saatujen uuttotulosten jälkeen. Uutteiden tuottajat arvostavat ultrasonicationia luotettavalle prosessin toistettavuudesta, mikä auttaa standardoimaan prosesseja ja tuotteita.

Asiaankuuluvien prosessiparametrien määrittäminen mahdollistaa ultraääniuuttoprosessin optimoinnin parhaaseen tehokkuuteen ja erinomaiseen uutteen laatuun.
Esimerkiksi raaka-aineen (esim. sitrushedelmien kuorien) hiukkaskoko on tärkeä tekijä: Pienempi hiukkaskoko tarkoittaa suurempaa pinta-alaa ultraääniaalloille. Pieni hiukkaskoko johtaa siten suurempiin pektiinisaantoihin, pienempään metylaatioasteeseen ja suurempaan ramnogalakturonaanialueiden suhteeseen.
Uuttoliuottimen (eli veden + hapon) pH-arvo on toinen olennainen parametri. Kun pektiiniä uutetaan happamissa olosuhteissa, monet polymeerin ramnogalakturonaanin haarautuneet alueet hajoavat siten, että pääasiassa homogalakturonaanien "suorat" alueet, joissa on muutama neutraali sokerimolekyyli, jotka ovat kiinnittyneet lineaariseen pääketjuun tai siihen, jäävät.
Ultraääni-pectin-uutto lyhentää uuttoaikaa ja alentaa vaadittua prosessilämpötilaa, mikä vähentää happojen ei-toivottuja pectin-muunnuksia. Tämä mahdollistaa happojen käytön ahtaissa olosuhteissa, jotta happoja voidaan muuttaa juuri tuotteen tarpeisiin.

Mikä tekee ultraääni-pectin-uutteesta niin tehokkaan?

Ultraääniuuton vaikutus vaikuttaa suoraan soluseinien turvotukseen, rei'itykseen ja rikkoutumiseen. Ultraäänellä indusoitu massansiirto aiheuttaa pektiinisen materiaalin nesteytyksen keskimmäiseen lamellaan, mikä johtaa vegetaalisten kudosten hajoamiseen. Ultraäänikavitaatio ja leikkausvoimat vaikuttavat suoraan soluseiniin ja rikkovat ne auki. Nämä mekanismit johtavat erittäin tehokkaisiin ultraääniuuton tuloksiin.

Ultraäänellä uutettu pektiini (myös akustinen kavitaatioavusteinen uutettu pektiini, lyhenne ACAE), jolla oli pienempi molekyylipaino ja metoksylaatioaste, oli rikkaampi ramnogalakturonaani-I-alueella, jolla oli pitkät sivuketjut verrattuna tavanomaiseen kemiallisesta ja FT-IR-analyysistä uutettuun pektiiniin. Ulgtrasonic pektiinin uuttamisen energiankulutus oli huomattavasti pienempi kuin perinteinen lämmitysmenetelmä, mikä osoittaa sen lupaavan sovelluksen teollisessa tuotantomittakaavassa.
(vrt. Wang et ai., 2017)
Wang ja hänen kollegansa (2017) tukevat myös sitä, että ultraäänellä avustetun uuttamisen on osoitettu olevan taloudellisempi ja ympäristöystävällisempi prosessi, jolla on suurempi hyötysuhde ja pienemmät kustannukset verrattuna perinteiseen lämmönpoistoon.
 

Sokerijuurikkaan jäännösmassan SEM 1000-kertaisella suurennuksella: a) ennen uuttamista ja pektiinin uuttamisen jälkeen käyttäen (b) Xylanasae (250 U/g), (c) sellulaasi (300 U/g), (d) ksylanasae + sellulaasi (1:1) ja (e) ksylanasae + sellulaasi (1:1.5) ja (f) ksylanasae + sellulaasi (1:2).
(tutkimus ja kuvat: Abou-Elseoud et ai., 2021)

Miten ultraääni pectin uutto toimii?

Ultraääniuutto perustuu korkean intensiteetin ultraäänen sonomekaanisiin vaikutuksiin. Pektiinin uuttamisen edistämiseksi ja tehostamiseksi ultraäänellä suuritehoiset ultraääniaallot on yhdistetty ultraäänianturin (jota kutsutaan myös ultraäänisarveksi tai sonotrodiksi) kautta nestemäiseen väliaineeseen eli pektiiniä sisältävästä raaka-aineesta ja liuottimesta koostuvaan lietteeseen. Ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi ja luovat vuorotellen matalapaine- / korkeapainejaksoja. Matalapainesyklien aikana syntyy minuuttityhjiökuplia (ns. kavitaatiokuplia), jotka kasvavat useissa painesykleissä. Näiden kuplan kasvusyklien aikana nesteen liuenneet kaasut tulevat tyhjiökuplaan niin, että tyhjiökupla muuttuu kasvaviksi kaasukupliksi. Tietyssä koossa, kun kuplat eivät pysty imemään enemmän energiaa, ne luhistuvat väkivaltaisesti korkeapainesyklin aikana. Kuplan luhistumille ovat ominaisia voimakkaat kavitaatiovoimat, mukaan lukien erittäin korkea lämpötila ja paine, joka on jopa 4000K ja 1000atm; sekä vastaavat korkeat lämpötila- ja paine-erot. Nämä ultraäänellä syntyvät turbulenssit ja leikkausvoimat hajottavat kasvisoluja ja vapauttavat solunsisäiset pektiinit vesipohjaiseen liuottimeen. Koska ultraäänikavitaatio luo erittäin voimakkaan massasiirron, sonikaatio johtaa poikkeuksellisen suuriin saantoon hyvin lyhyessä käsittelyajassa.

Ultra ääni uuttamalla kasvi soluista: mikroskooppinen poikittainen osa (TS) osoittaa mekanismi toimien aikana Ultra ääni uuttamalla soluista (suurennus 2000x) [resurssi: Vilkhu et al. 2011]

Hedelmäjätteestä uutetut pectinit

Hedelmäjätteet, kuten kuoret, hedelmämassan jäämät (hedelmämehun puristamisen jälkeen) ja muut hedelmien sivutuotteet ovat usein runsaasti sectin-lähteitä. Vaikka hedelmäjätetuotteita käytetään usein eläinten rehuna, pectinin uuttaminen on arvokkaampaa hedelmäjätteen käyttöä.
Ultraäänipektiinin uuttaminen on jo onnistuneesti suoritettu sitrushedelmien kuorilla (kuten appelsiinit, mandariinit, greippi), melonin kuoret, omenamassa, sokerijuurikasmassa, mangokuoret, tomaattijätteet sekä jakkipuu, intohimoinen hedelmä, viikunankuoret.

Tapaustutkimukset ultraääni pectin-uutteesta

Perinteisen pectin-uutteen haittapuolien vuoksi tutkimus ja teollisuus ovat jo tutkineet innovatiivisia vaihtoehtoja, kuten ultraääniuuttoa. Näin ollen saatavilla on runsaasti tietoa eri raaka-aineiden prosessiparametreista sekä prosessien optimointitiedoista.

Pektiinin ultraääniuutto Apple Pomacesta

Dranca ja Oroian (2019) tutkivat pektiinin ultraäänellä avustettua uuttamisprosessia omena-pomacesta soveltaen erilaisia ultraääniolosuhteita ja käyttäen Box-Behnken-vastepinnan suunnittelua. He havaitsivat, että ultraäänia amplitudi vaikuttaa voimakkaasti uutettujen pectinin saantoon ja esterifikaatioasteeseen, kun taas uutteen pH: lla oli suuri vaikutus kaikkiin kolmeen vasteesiin eli saantoon, GalA-pitoisuuksiin ja esterointiasteeseen. Optimaaliset olosuhteet uuttamiseen olivat 100% amplitudi, pH 1,8, kiinteän nesteen suhde 1: 10 g / ml ja 30 min sonikaatio. Näissä olosuhteissa näktiinin saanto oli 9, 183%, ja sen gala- pitoisuus oli 98, 127 g/ 100 g ja sähköistysaste 83, 202%. Ultraäänellä uutettujen pectinin tulosten saamiseksi suhteessa kaupalliseen pectiniin, ultraääniuutolla optimaalisissa olosuhteissa saatua pectin-näytettä verrattiin FT-IR:n, DSC:n, reologisen analyysin ja SEM:n kaupallisiin sitrushedelmien ja omenan peitsiininäytteisiin. Kahdessa ensimmäisessä tekniikassa korostettiin ultraääniuutolla uutettua pectin-näytteen joitakin erityispiirteita, kuten molekyylipainon kapeampi jakautumisalue, molekyylijärjestely ja korkea esteroitumisaste, joka oli samanlainen kuin kaupallisesti saatavilla olevien omenan pectinien. Ultraäänellä saadun näytteen morfologisten ominaisuuksien analyysi osoittaa, että tämän näytteen sirpalekokojen jakautumisen ja gala-pitoisuuden ja toisella puolella olevien vedenoton kyvyn välillä on määritysmenetelmä. Ultraäänellä uutettujen pectin-liuosten viskositeetti oli paljon suurempi kuin kaupallisella pectinillä valmistettujen liuosten viskositeetti, joka ehkä galakturonihapon suuren pitoisuuden vuoksi. Kun otetaan huomioon myös korkea esteroitumisaste, tämä saattaa selittää, miksi viskositeetti oli korkeampi ultraäänellä uutetulla pectinillä. Tutkijat päättelevät, että Malus domestica "Fălticeni" -omenan pomacesta ultraääniuutolla uutettu pektiinin puhtaus, rakenne ja reologinen käyttäytyminen osoittavat tämän liukoisen kuidun lupaavia sovelluksia. (vrt. Dranca & Oroian 2019)

Tehokas ultraääniuuttolaite pectin-tuotantoon

Ultraääniuutto on luotettava jalostustekniikka, joka helpottaa ja nopeuttaa korkealaatuisten pektiinien tuotantoa erilaisissa raaka-aineissa, kuten sitrushedelmien sivutuotteissa ja kuorissa, omenan pomacessa ja monissa muissa. Hielscher Ultrasonics -salkku kattaa koko valikoiman kompaktista laboratorion ultraäänikoneista teollisiin louhintajärjestelmiin. Näin ollen me Hielscherillä voimme tarjota sinulle sopivimman ultraääniastian suunniteltuun prosessikapasiteettiisi. Pitkäaikainen kokenut henkilökuntamme auttaa sinua toteutettavuustesteistä ja prosessien optimoinnista ultraäänijärjestelmän asentamiseen lopulliselle tuotantotasolle.
Ultraääniuuttolaitteidemme pieni jalkapainatus ja niiden monipuolisuus asennusvaihtoehdoissa tekevät niistä sopivia jopa pienitilapektiinin käsittelylaitoksiin. Ultraääniprosessorit asennetaan maailmanlaajuisesti elintarvikkeiden, lääkkeiden ja ravintolisien tuotantolaitoksiin.

Hielscher Ultrasonics – Kehittyneet louhintalaitteet

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa täyden valikoiman korkean suorituskyvyn ultraääniuuttoreita pienistä suuriin. Lisätarvikkeet mahdollistavat sopivimman ultraäänilaitekokoonpanon helpon kokoamisen näktiininpoistoprosessiin. Optimaalinen ultraääniasetus riippuu suunnitellusta kapasiteetista, tilavuudesta, raaka-aineesta, erä- tai inline-prosessista ja aikajanasta.

Erä ja riviin

Hielscher-ultraääniä voidaan käyttää erä- ja jatkuvaan läpivirtauskäsittelyyn. Ultraäänieräkäsittely on ihanteellinen prosessitestaukseen, optimointiin ja pieneen tai keskikokoiseen tuotantotasoon. Jos tuottaa suuria määriä pectiniä, inline-käsittely voi olla edullisempaa. Jatkuva inline-sekoitusprosessi vaatii hienostunutta asennusta – koostuu pumpusta, letkuista tai putkista ja säiliöistä - mutta se on erittäin tehokas, nopea ja vaatii huomattavasti vähemmän työvoimaa. Hielscher Ultrasonics on sopivin louhinta-asetus uuttomäärällesi ja prosessitavoitteillesi.

Ultraäänipuristimet jokaiselle tuotekapasiteetille

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa täyden valikoiman ultraäänisuorittajia kompaktista laboratorion ultraäänilaiteista penkki- ja pilottijärjestelmiin täysin teollisiin ultraäänisuorittajiin, joilla on kyky käsitellä kuorma-autokuormia tunnissa. Täyden tuotevalikoiman avulla voimme tarjota sinulle sopivimman ultraääniuuttolaiteen pectiniä sisältävään raaka-aineeseen, prosessikapasiteettiin ja tuotantotavoitteisiin.
Ultraääni benchtop järjestelmät ovat ihanteellisia toteutettavuustestejä ja prosessin optimointia. Lineaarinen skaalaus, joka perustuu vakiintuneisiin prosessiparametreihin, tekee käsittelykapasiteetin lisäämisen helpoksi pienemmistä eristä täysin kaupalliseen tuotantoon. Up-skaalaus voidaan tehdä joko asentamalla tehokkaampi ultraääni linko yksikkö tai klusterointi useita ultrasonicators rinnakkain. Kanssa UIP16000, Hielscher tarjoaa tehokkain ultraääni linko maailmanlaajuisesti.

Tarkasti ohjattavat amplitudit optimaaliseen tulokseen

Kaikki Hielscher-ultraääniastiat ovat tarkasti hallinnan ja siten luotettavia työhevosia tuotannossa. Amplitudi on yksi ratkaisevista prosessiparametreista, jotka vaikuttavat pectinin ultraääniuuton tehokkuuteen ja tehokkuuteen hedelmistä ja biojätteestä.
Kaikki Hielscher Ultrasonics’ prosessorit mahdollistavat amplitudin tarkan asetuksen. Sonotrodes ja booster sarvet ovat lisävarusteita, joiden avulla voidaan muuttaa amplitudi vieläkin laajempi alue. Hielscherin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin korkeita amplitudit ja antaa vaaditun ultraäänivoimakkuuden vaativiin sovelluksiin. Amplitudit jopa 200μm voidaan helposti jatkuvasti ajaa 24 / 7 käyttö.
Tarkat amplitudiasetukset ja ultraääniprosessiparametrien jatkuva seuranta älykkäiden ohjelmistojen avulla antavat sinulle mahdollisuuden käsitellä raaka-ainettasi tehokkaimmilla ultraääniolosuhteissa. Optimaalinen sonikaatio parhaan uuttotuloksen saavuttamiseksi!
Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä. Tämä tekee Hielscherin ultraäänilaitteista luotettavan työvälineen, joka täyttää uuttovaatimukset.

Helppo, riskitön testaus

Ultraääniprosessit voivat olla täysin lineaarisia. Tämä tarkoittaa, että jokainen tulos, jonka olet saavuttanut laboratorion tai penkki-top-ultraäänipuhdistajan avulla, voidaan skaalata täsmälleen samaan lähtöön täsmälleen samoilla prosessiparametreilla. Tämä tekee ultrasonicationista ihanteellisen riskittomaan toteutettavuustestaukseen, prosessien optimointiin ja sen jälkeiseen käyttöönottoon kaupalliseen valmistukseen. Ota yhteyttä ja lue, miten sonikaatio voi lisätä niktiiniuutteen tuotantoa.

Korkealaatuisia – Suunniteltu ja valmistettu Saksassa

Perhe- ja perheyrityksenä Hielscher priorisoi ultraääniprosessoriensa korkeimmat laatustandardit. Kaikki ultrasonicators on suunniteltu, valmistettu ja perusteellisesti testattu pääkonttorimme Teltow lähellä Berliiniä, Saksa. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys ja luotettavuus tekevät siitä tuotantosi työhevosen. 24/7 käyttö täydellä kuormituksella ja vaativissa ympäristöissä on hielscherin suorituskykyisten sekoittimien luonnollinen ominaisuus.

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: