תוצאות החילוץ אולטראסוניות בתפוקות גבוהות של pectins באיכות מעולה. באמצעות sonication, pectins יקר יכול להיות מיוצר ביעילות מפסולת פירות (למשל, על ידי מוצרים מעיבוד מיץ) וחומר גלם ביולוגי אחר. חילוץ פקטין אולטראסוניות מצטיינת טכניקות חילוץ אחרות על ידי הפקת תשואות גבוהות יותר, מתן איכות פקטין מעולה, והליך חילוץ מהיר.

חילוץ פקטין מוגבר על ידי sonication

פקטין משמש כחומר ג'לינג, מתחלב ומעבה במוצרי מזון רבים, כמו גם כמרכיב בקוסמטיקה ותרופות. מיצוי פקטין תעשייתי קונבנציונלי נעשה באמצעות מיצוי מים חמים, כאשר חומר הגלם כגון קליפות הדרים, פומס תפוחים ופסולת פירות אחרים מושרה במים חמים של 60-100 מעלות צלזיוס ב- pH נמוך (כ- pH 1.5 – 3.5) למשך תקופה ארוכה של זמן. זה הופך את שאיבת המים החמים הקונבנציונלית לתהליך גוזל זמן ואנרגיה, שלעתים קרובות אפילו אינו יעיל מספיק כדי לשחרר את מלוא כמות הפקטינים הזמינים בחומר הגלם.
על מנת להתגבר על חוסר היעילות של שיטת הייצור הקונבנציונלית, מיצוי אולטראסוניות מיושם כטכניקה מעצימה תהליך המפחית את זמן החילוץ וממקסם את תפוקת פקטין באופן משמעותי בהשוואה להפקת מים חמים מסורתית.

היתרון של חילוץ פקטין אולטראסוניות

מיצוי אולטראסוניות מוחל בתחומים רבים של ייצור תמצית, למשל תמציות בוטניות וצמחיות עבור ממזון, תוספי מזון, תרופות, וקוסמטיקה. דוגמה בולטת מאוד של מיצוי אולטראסוניות היא החילוץ של קנבידיול (CBD) ותרכובות אחרות מצמח הקנאביס.
מיצוי אולטראסוניות היא טכניקת מיצוי לא תרמי, אשר מונע ובכך את התרכובות ביואקטיביות נגד השפלה תרמית. כל הפרמטרים תהליך אולטראסוניות, כגון משרעת, עוצמה, זמן, טמפרטורה ולחץ, ניתן לשלוט בדיוק. זה מאפשר תהליך מדויק ובקרת איכות ומקל לחזור ולשחזר לאחר שהושג תוצאות החילוץ. מפיקי לחלץ ערך ultrasonication עבור חזרה תהליך אמין, אשר מסייע לתקנן תהליכים ומוצרים.

הקביעה של פרמטרים רלוונטיים תהליך לאפשר לייעל את תהליך החילוץ אולטראסוניות ליעילות הגבוהה ביותר ואיכות תמצית מעולה.
לדוגמה, גודל החלקיקים של חומר הגלם (למשל, קליפות הדרים) הוא גורם חשוב: גודל חלקיקים קטן יותר פירושו שטח פנים גבוה יותר עבור הגלים העל-קוליים לפעול. גודל חלקיק קטן גורם בכך לתפוקת פקטין גבוהה יותר, רמה נמוכה יותר של מתילציה ויחס גדול יותר של אזורי רמנוגלקטורונן.
ערך ה- pH של ממס המיצוי (כלומר מים + חומצה) הוא פרמטר חיוני נוסף. כאשר פקטין מופק בתנאים חומציים, אזורים מסועפים רבים של הפולימר נרקבים, כך שבעיקר אזורים "ישרים" הומוגלקטורוניים עם כמה מולקולות סוכר ניטרליות המחוברות על או בשרשרת הליניארית הראשית נותרות.
חילוץ פקטין אולטראסוניות מפחית את זמן החילוץ ומוריד את טמפרטורת התהליך הנדרשת, אשר מפחית את הסיכוי של שינוי פקטין לא רצוי על ידי חומצות. זה מאפשר להשתמש בחומצות בתנאים מוגבלים על מנת לשנות pectins בדיוק לדרישות המוצר.

מה עושה חילוץ פקטין אולטראסוניות כל כך יעיל?

ההשפעה של מיצוי אולטראסוניות ישירות משפיע על נפיחות, ניקוב ושבירה של קירות התא. העברת מסה המושרה Ultrasonically גורמת לחות של חומר פקטין באמצע lamella המוביל לפרידה של רקמות צמחיות. קביטציה אולטראסוניות וכוחות גייה ישירות להשפיע על קירות התא ולשבור אותם פתוחים. מנגנונים אלה לגרום לתוצאות יעילות מאוד של מיצוי אולטראסוניות.

פקטין שעבר מיצוי אולטרסאונד (גם פקטין אקוסטי בסיוע מיצוי, קיצור ACAE) שהיה בעל משקל מולקולרי נמוך יותר ודרגת מתוקסילציה נמוכים יותר, היה עשיר יותר באזור rhamnogalacturonan-I עם שרשראות צד ארוכות בהשוואה לפקטין המופק בחום קונבנציונלי מאנליזה כימית ו-FT-IR. צריכת האנרגיה עבור מיצוי פקטין ulgtrasonic היה נמוך באופן משמעותי מאשר שיטת חימום קונבנציונאלי, אשר מציין את היישום המבטיח שלה בקנה מידה הייצור התעשייתי.
(cf. וואנג ואח ', 2017)
וואנג ועמיתיו (2017) גם מבססים כי מיצוי בסיוע אולטרה-סאונד הוכח כתהליך חסכוני וידידותי יותר לסביבה עם יעילות גבוהה יותר ועלות נמוכה יותר בהשוואה למיצוי חימום קונבנציונלי.
 

SEM של עיסת סלק סוכר שיורית בהגדלה של 1000x: (א) לפני מיצוי, ולאחר מיצוי פקטין באמצעות (ב) קסילנאסאה (250 U/g), (ג) צלולאז (300 U/g), (ד) Xylanasae+צלולאז (1:1), ו-(e) Xylanasae+צלולאז (1:1.5), ו-(f) Xylanasae+צלולאז (1:2).
(מחקר ותמונות: Abou-Elseoud et al., 2021)

כיצד פועל מיצוי פקטין אולטרה סאונד?

מיצוי אולטרה סאונד מבוסס על ההשפעות sonomechanical של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה. כדי לקדם ולהעצים את מיצוי הפקטין באמצעות ultrasonication, גלי אולטרסאונד בהספק גבוה משולבים באמצעות בדיקה קולית (המכונה גם קרן קולית או sonotrode) לתוך המדיום הנוזלי, כלומר תרחיף המורכב חומר גלם המכיל פקטין ואת הממס. גלי האולטרסאונד נעים דרך הנוזל ויוצרים מחזורים לסירוגין בלחץ נמוך / בלחץ גבוה. במהלך מחזורי לחץ נמוך, בועות ואקום דקות (מה שנקרא בועות cavitation) נוצרים, אשר גדלים על פני מספר מחזורי לחץ. במהלך מחזורים אלה של צמיחת בועה, הגזים המומסים בנוזל נכנסים לבועת הוואקום, כך שבועת הוואקום הופכת לבועות גז גדלות. בגודל מסוים, כאשר הבועות לא יכולות לספוג יותר אנרגיה, הן יקרוסו באלימות במהלך מחזור בלחץ גבוה. קריסה בועה מאופיין על ידי כוחות cavitational אינטנסיבי, כולל טמפרטורה גבוהה מאוד ולחץ להגיע עד 4000K ו 1000atm, בהתאמה; כמו גם טמפרטורה גבוהה תואמת הפרשי לחץ. אלה באולטרסאונד שנוצר מערבולות וכוחות גזירה לשבור תאי צמח למעלה ולשחרר את pectins תאיים לתוך ממס על בסיס מים. מאז cavitation קולי יוצר העברת מסה אינטנסיבית מאוד, sonication תוצאות תשואות גבוהות במיוחד בתוך זמן עיבוד קצר מאוד.

הפקת אולטרה סאונד מתאי הצמח: מקטע רוחבי מיקרוסקופיים (TS) מראה את המנגנון של פעולות במהלך הפקת אולטראסאונד מתאים (הגדלה 2000x) [משאב: וילקו ואח ' 2011]

פקטינים המופקים מפסולת פירות

פסולת פירות כגון קליפות, שאריות עיסת פירות (לאחר מיץ פירות לחיצה), ומוצרי לוואי אחרים של פירות הם לעתים קרובות מקורות פקטין עשירים. בעוד מוצרי פסולת פירות משמשים לעתים קרובות כמו להאכיל בעלי חיים, מיצוי פקטין הוא שימוש יקר יותר של פסולת פירות.
מיצוי פקטין קולי כבר מבוצע בהצלחה עם קליפות הדרים (כגון תפוזים, מנדרינות, אשכולית), קליפות מלון, פומס תפוחים, עיסת סלק סוכר, קליפות מנגו, פסולת עגבניות, כמו גם פרי הג'ק, פסיפלורה, קליפות תאנים בין היתר.

מקרים של מיצוי פקטין אולטרה סאונד

בשל החסרונות של מיצוי פקטין קונבנציונלי על ידי חום, מחקר ותעשייה כבר חקרו חלופות חדשניות כגון מיצוי קולי. ובכך, מידע רב על פרמטרי תהליך עבור חומרי גלם שונים, כמו גם נתוני אופטימיזציה של תהליכים זמינים.

מיצוי אולטרה סאונד של פקטין מאפל פומסה

דרנקה ואורויאן (2019) חקרו את תהליך החילוץ בסיוע אולטרסאונד של פקטין מפומאס תפוחים המיישם תנאים קוליים שונים ומשתמש בעיצוב משטח תגובה Box-Behnken. הם מצאו כי משרעת אולטרסאונד משפיעה מאוד על התשואה ואת מידת ההסתעפות של הפקטין שחולץ, בעוד pH החילוץ היה השפעה רבה על כל שלוש התגובות, כלומר תשואה, תוכן GalA, ומידת esterification. התנאים האופטימליים לחילוץ היו משרעת 100%, pH של 1.8, יחס נוזלי מוצק של 1:10 גרם / מ"ל, ו 30 דקות sonication. בתנאים אלה, תשואת הפקטין הייתה 9.183% והייתה בעלת 98.127 g/100 גרם תוכן גל"א ו-83.202% דרגת עיקור. כדי להגדיר את התוצאות של פקטין שחולצו באולטרסאונד לתוך הקשר עם פקטין מסחרי, מדגם פקטין שהושגו על ידי מיצוי קולי בתנאים אופטימליים הושוו הדרים מסחריים ודגימות פקטין תפוחים על ידי FT-IR, DSC, ניתוח ראולוגי, ו SEM. שתי הטכניקות הראשונות הדגישו כמה פרטים של מדגם פקטין שחולצו על ידי מיצוי קולי כגון טווח הפצה צר יותר של משקל מולקולרי, הסדר מולקולרי מסודר, ואת רמה גבוהה של esterification שהיה דומה לזה של pectins תפוח זמין מסחרית. ניתוח המאפיינים המורפולוגיים של מדגם שהושג באולטרסאונד מצביע על דפוס נחישות בין התפלגות גודלי השבר של מדגם זה לבין תכולת הגל"א שלו בצד אחד, לבין יכולת ספיגת המים בצד השני. צמיגות של פתרון פקטין שחולצו באולטרסאונד היה הרבה יותר גבוה מזה של הפתרונות שנעשו באמצעות פקטין מסחרי, אשר אולי בגלל הריכוז הגבוה של חומצה גלאקטרונית. כאשר גם שוקלים את רמה גבוהה של esterification, זה עשוי להסביר מדוע צמיגות היו גבוהים יותר עבור פקטין שחולצו באולטרסאונד. החוקרים מסיקים כי טוהר, מבנה והתנהגות ראולוגית של פקטין שחולצו על ידי מיצוי קולי מ Malus domestica 'Fălticeni' תפוח pomace מציין יישומים מבטיחים של סיבים מסיסים זה. (cf. דרנקה) & אורויאני 2019)

מחלץ אולטרה סאונד ביצועים גבוהים לייצור פקטין

מיצוי אולטרה סאונד היא טכנולוגיית עיבוד אמינה, אשר מקלה ומאיצה את הייצור של פקטינים באיכות גבוהה חומרי גלם שונים כגון פירות הדר תוצרי לוואי וקליפות, פומס תפוחים ועוד רבים אחרים. תיק אולטרסוניקה Hielscher מכסה את הטווח המלא מ ultrasonicators מעבדה קומפקטית למערכות מיצוי תעשייתי. ובכך, אנו ב Hielscher יכול להציע לך את ultrasonicator המתאים ביותר עבור קיבולת התהליך הצפוי שלך. הצוות המנוסה הוותיק שלנו יסייע לך מבדיקות היתכנות ואופטימיזציה של תהליכים להתקנת המערכת הקולית שלך ברמת הייצור הסופית.
הדפסת רגל קטנה של חולצים אולטראסוניות שלנו, כמו גם צדדיות שלהם באפשרויות התקנה להפוך אותם להתאים אפילו לתוך מתקני עיבוד פקטין בחלל קטן. מעבדים אולטראסוניות מותקנים ברחבי העולם מזון, פארמה ומתקני ייצור תוספי תזונה.

Hielscher אולטרסוניקה – ציוד להפקת מתוחכם

תיק המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את המגוון המלא של מחלצי אולטרה סאונד בעלי ביצועים גבוהים בקנה מידה קטן עד גדול. אביזרים נוספים מאפשרים הרכבה קלה של תצורת המכשיר הקולי המתאים ביותר עבור תהליך החילוץ פקטין שלך. ההתקנה הקולית האופטימלית תלויה בקיבולת הצפויה, נפח, חומר גלם, אצווה או תהליך מוטבע וציר זמן.

אצווה וליין

אולטראסאונד Hielscher יכול לשמש עבור אצווה ועיבוד זרימה רציפה דרך. עיבוד אצווה אולטרה סאונד הוא אידיאלי עבור בדיקות תהליך, אופטימיזציה ורמת ייצור קטנה עד בינונית. עבור הפקת כמויות גדולות של פקטין, עיבוד מוטבע עשוי להיות יתרון יותר. תהליך ערבוב מוטבע רציף דורש התקנה מתוחכמת – מורכב משאבה, צינורות או צינורות ומיכלים -, אבל זה יעיל מאוד, מהיר ודורש עבודה פחות באופן משמעותי. Hielscher אולטרסוניקה יש את ההתקנה החילוץ המתאים ביותר עבור נפח החילוץ שלך מטרות תהליך.

חולצים אולטראסוניות עבור כל קיבולת מוצר

טווח המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את הספקטרום המלא של מעבדים קוליים ממעבדה קומפקטית אולטרה סאונד מעל מערכות ספסל וטייס למעבדים קוליים תעשייתיים לחלוטין עם היכולת לעבד משאיות לשעה. מגוון המוצרים המלא מאפשר לנו להציע לך את המחלץ הקולי המתאים ביותר עבור חומר הגלם המכיל פקטין שלך, קיבולת תהליך ויעדי ייצור.
מערכות benchtop אולטראסוניות אידיאליות עבור בדיקות היתכנות ואופטימיזציה תהליך. קנה מידה ליניארי המבוסס על פרמטרים של תהליך מבוסס מקל מאוד על הגדלת יכולות העיבוד ממותחות קטנים יותר לייצור מסחרי מלא. למעלה קנה מידה יכול להיעשות על ידי התקנת יחידת מחלץ אולטראסוניות חזקה יותר או קיבוץ מספר אולטרסוניקטורים במקביל. עם UIP16000, Hielscher מציעה את חולץ אולטראסוניות החזק ביותר ברחבי העולם.

משרעת ניתנת לשליטה מדויקת לתוצאות אופטימליות

כל ultrasonicators Hielscher הם שליטה מדויקת ובכך סוסי עבודה אמינים בייצור. משרעת היא אחד הפרמטרים תהליך מכריע המשפיעים על היעילות והיעילות של מיצוי קולי של פקטין מפירות וביו פסולת.
כל Hielscher אולטרסוניקה’ מעבדים מאפשרים הגדרה מדויקת של המשרעת. Sonotrodes וצירים מאיץ הם אביזרים המאפשרים לשנות את משרעת בטווח רחב עוד יותר. מעבדי אולטראסוניות תעשייתי של Hielscher יכול לספק משרעת גבוהה מאוד ולספק את העוצמה אולטראסוניות הנדרשת עבור יישומים תובעניים. משרעת של עד 200μm ניתן להפעיל ברציפות בקלות בפעולה 24/7.
הגדרות משרעת מדויקות וניטור קבוע של פרמטרי התהליך הקולי באמצעות תוכנה חכמה נותנים לך את האפשרות לטפל בחומר הגלם שלך עם התנאים הקוליים היעילים ביותר. sonication אופטימלית לקבלת תוצאות החילוץ הטובות ביותר!
החוסן של הציוד אולטראסוניות של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בתפקיד כבד בסביבות תובעניות. זה הופך את הציוד אולטראסוניות של Hielscher כלי עבודה אמין שממלא את דרישות החילוץ שלך.

בדיקה קלה ללא סיכונים

תהליכים אולטרה סאונד יכול להיות ליניארי לחלוטין קנה מידה. משמעות הדבר היא כל תוצאה שהשגת באמצעות מעבדה או ספסל העליון ultrasonicator, ניתן לשנות בדיוק את אותה פלט באמצעות אותם פרמטרי תהליך בדיוק. זה עושה ultrasonication אידיאלי עבור בדיקות היתכנות ללא סיכון, אופטימיזציה תהליך ויישום הבאים לתוך ייצור מסחרי. צרו קשר כדי ללמוד כיצד sonication יכול להגדיל את ייצור תמצית פקטין שלך.

האיכות הגבוהה ביותר – עוצב ומיוצר בגרמניה

כעסק בבעלות משפחתית וניהול משפחתי, הירושר מסדר עדיפויות באיכות הגבוהה ביותר עבור מעבדים אולטרה סאונד שלה. כל הultrasonicators תוכננו, יוצרו ונבדקו ביסודיות במטה שלנו בטלגרר ליד ברלין, גרמניה. החוסן והאמינות של ציוד האולטרסאונד של הירושר הופכים אותו לסוס עבודה בהפקה שלכם. 24/7 מבצע בעומס מלא ובסביבות תובעניות הוא מאפיין טבעי של מערבלי ביצועים גבוהים של Hielscher.

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: