Extraction de pectine à partir d’écorce de pamplemousse à l’aide d’un sonicateur
Les pectines issues de sous-produits de fruits tels que les écorces ou la pulpe sont extraites avec une très grande efficacité à l’aide d’extracteurs à ultrasons. En tant que méthode d’extraction de la pectine fiable, simple et sûre à utiliser, la sonication augmente le rendement et la qualité de la pectine tout en accélérant la vitesse de production. Nous présentons ci-dessous la technique efficace d’extraction de pectine par ultrasons à partir d’écorce de pamplemousse.
Extraction de pectine par ultrasons, étape par étape
L’extraction de pectine par ultrasons désigne l’application d’ultrasons de puissance afin de favoriser la libération des pectines à partir d’une matière première (p. ex. écorces de fruits, sous-produits d’agrumes). La sonication est une technique bien établie pour rompre les parois cellulaires et libérer la pectine de la matière végétale.
Voici le protocole d’extraction de pectine par ultrasons à partir d’écorces de pamplemousse à l’aide d’un sonicateur de type sonde, suivie d’une précipitation à l’éthanol :
Matériel utilisé :
- 50gr d’écorce de pamplemousse
- 200mL d’eau purifiée
- 400mL d’éthanol
- Sonicateur UP200St + sonotrode S26d14
- Béchers en verre
L’ultrasonicateur UIP4000hdT est un extracteur puissant de 4kW utilisé pour la production industrielle de pectine.
Préparation de la matière première :
- Se procurer des écorces d’agrumes comme matière première. Dans ce protocole, nous utilisons des écorces de pamplemousse.
- Laver soigneusement les écorces d’agrumes afin d’éliminer toute saleté ou tout débris.
- Couper les écorces d’agrumes en petits morceaux afin d’augmenter la surface disponible pour l’extraction.
Choix du solvant :
L’eau est le solvant privilégié pour l’extraction : elle est peu coûteuse et non toxique. L’eau est couramment utilisée pour l’extraction de la pectine en raison de sa capacité à solubiliser la pectine sans la dégrader. L’ajout d’une petite quantité d’acides (p. ex. acide citrique, acide acétique, acide nitrique ou chlorhydrique) à l’eau utilisée comme solvant facilite la solubilisation de la pectine à partir des matières végétales et améliore le processus d’extraction. Ajuster le solvant à un pH d’env. 2–3 constitue une bonne valeur indicative.
Procédure d’extraction par ultrasons :
- Placer env. 50 gr de morceaux d’écorce d’agrumes finement hachés dans un bécher ou une fiole.
- Ajouter environ 200 ml du solvant choisi aux écorces d’agrumes.
- Utiliser un sonicateur de type sonde pour traiter le mélange par ondes ultrasonores. Nous utilisons l’UP200Ht, un extracteur à ultrasons puissant de 200 watts, équipé de la sonotrode S26d14. Régler l’amplitude sur 100%.
- Soniquer le mélange pendant environ 10 min jusqu’à obtenir une extraction optimale.
Filtration :
Après la sonication, filtrer le mélange à l’aide d’un tamis fin ou d’une toile filtrante préalablement humidifiés afin de séparer la solution de pectine extraite du résidu solide, c’est-à-dire des particules d’écorce de pamplemousse. Répéter cette étape de filtration plusieurs fois permet de s’assurer que tous les résidus solides sont éliminés.
Précipitation à l’éthanol :
- Pour précipiter la pectine à partir de la solution extraite, l’éthanol est couramment utilisé comme agent précipitant ou comme agent d’arrêt du processus.
- Transférer la solution de pectine filtrée dans un récipient propre.
- Ajouter progressivement l’éthanol à la solution de pectine tout en agitant en continu. Le rapport entre l’éthanol et la solution de pectine varie, mais il est généralement d’environ 2:1 (éthanol : solution) en volume.
- Continuer à ajouter de l’éthanol jusqu’à atteindre une concentration finale d’environ 70–80% d’éthanol dans la solution. Cette concentration favorise la précipitation de la pectine.
- Laisser reposer le mélange pendant une durée suffisante, généralement plusieurs heures ou une nuit, pour faciliter la précipitation.
- Après la précipitation, recueillir la pectine précipitée par centrifugation ou par filtration.
- Laver la pectine précipitée à l’éthanol afin d’éliminer les impuretés et le solvant résiduel.
- Enfin, sécher la pectine purifiée sous vide ou à basse température afin d’éliminer toute humidité restante.
Étant donné que la teneur en pectine et la matière première à base de fruits sont soumises à des variations naturelles, la procédure d’extraction peut devoir être adaptée en conséquence. Cela signifie que les conditions spécifiques d’extraction et de précipitation peuvent devoir être optimisées en fonction du type d’écorce d’agrumes, de la maturité, du rendement en pectine et des propriétés de pectine souhaitées. Des techniques analytiques telles que l’analyse gravimétrique ou les méthodes spectrophotométriques peuvent être utilisées pour quantifier la teneur en pectine et évaluer l’efficacité de l’extraction.
Sonicateur UP400St pour l’extraction
MEB de la pulpe de betterave sucrière résiduelle à un grossissement de 1000x : (a) avant extraction, et après extraction de la pectine à l’aide de (b) Xylanasae (250 U/g), (c) Cellulase (300 U/g), (d) Xylanasae+Cellulase (1:1), et (e) Xylanasae+Cellulase (1:1,5), et (f) Xylanasae+Cellulase (1:2).
(étude et images : Abou-Elseoud et al., 2021)
Extraction industrielle de pectine avec les sonicateurs Hielscher
La même procédure d’extraction de pectine par ultrasons présentée ci-dessus peut être transposée de façon linéaire à une production industrielle en ligne. L’utilisation d’un réacteur à cellule à circulation ultrasonique permet de traiter de grands volumes de sous-produits de fruits dans le cadre d’un traitement continu en ligne.
Hielscher Ultrasonics propose une gamme sophistiquée de sonicateurs industriels pour le traitement des matières issues de fruits et légumes en vue de la production de pectine.
La sonication n’est pas seulement utilisée pour l’extraction de la pectine, mais aussi pour l’isolement de polyphénols à partir de marc, de pulpe, d’écorces et de graines de fruits. En savoir plus ici !
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- logiciel intelligent
- fonctions intelligentes (p. ex. programmables, enregistrement des données, commande à distance)
- utilisation simple et sûre
- faible maintenance
- CIP (nettoyage en place)
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :
| Volume du lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 0,5 à 1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | plus grand | cluster de UIP16000 |
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Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany
Les ultrasonicateurs Hielscher sont réputés pour leurs normes de qualité et de conception les plus élevées. Leur robustesse et leur facilité d’utilisation permettent une intégration aisée de nos ultrasonicateurs dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement maîtrisés par les ultrasonicateurs Hielscher.
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Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour les applications de mélange, la dispersion, l’émulsification et l’extraction à l’échelle du laboratoire, pilote et industrielle.
Bibliographie / Références
- Divyani Panwar, Parmjit S. Panesar, Harish K. Chopra (2023): Ultrasound-assisted extraction of pectin from Citrus limetta peels: Optimization, characterization, and its comparison with commercial pectin. Food Bioscience, Volume 51, 2023.
- 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.
Bon à savoir : la pectine
La pectine est un polysaccharide complexe présent dans les parois cellulaires des plantes, en particulier des fruits, et se compose principalement de résidus d’acide galacturonique reliés par des liaisons α-1,4-glycosidiques. Cette organisation structurelle confère à la pectine des propriétés uniques, ce qui en fait une biomolécule polyvalente aux nombreuses applications industrielles.
À l’état naturel, la pectine se présente sous la forme d’un mélange hétérogène de polymères présentant différents degrés de méthylation, ce qui lui confère des caractéristiques fonctionnelles variées. Le degré de méthylation influence la capacité de la pectine à former des gels, les pectines faiblement méthylées formant des gels plus fermes que leurs homologues hautement méthylées.
Les fonctionnalités de la pectine découlent de sa capacité à interagir avec l’eau, les ions métalliques, les sucres et d’autres macromolécules. Ses propriétés gélifiantes, en particulier, en font un ingrédient précieux dans les industries alimentaire et pharmaceutique. La pectine est couramment utilisée comme agent gélifiant, stabilisant et épaississant dans des produits alimentaires tels que les confitures, les gelées, les conserves de fruits, les confiseries et les desserts lactés. Dans le domaine pharmaceutique, elle sert de matrice pour la libération contrôlée de médicaments et de liant dans les formulations de comprimés.
Au-delà de ses applications dans les secteurs alimentaire et pharmaceutique, la pectine trouve son utilité dans diverses autres industries. Dans l’industrie cosmétique, elle est employée comme stabilisant dans les émulsions et comme agent filmogène dans les produits de soin de la peau. En outre, la pectine présente des applications potentielles en biomédecine, notamment pour la cicatrisation des plaies, l’ingénierie tissulaire et les systèmes d’administration de médicaments, grâce à sa biocompatibilité et à sa biodégradabilité.
Ces fonctionnalités variées et la nature biocompatible de la pectine en font un biomatériau précieux offrant un large éventail d’applications dans de nombreuses industries.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance, de la taille laboratoire à la taille industrielle.