מיצוי פקטין על-קולי מפירות ופסולת ביולוגית
- פקטין הוא תוסף מזון נפוץ מאוד, הוסיף בעיקר עבור ההשפעות gelling שלה.
- מיצוי קולי מגדיל את התשואה ואת האיכות של תמציות פקטין באופן משמעותי.
- סוניקציה ידועה בהשפעותיה המעצימות את התהליכים, שכבר משמשות בתהליכים תעשייתיים רבים.
מיצוי פקטין ופקטין
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.
סוניק מסוג בדיקה UIP1000hdT for the extraction of pectins and phenols from fruit waste.
מיצוי פקטין קולי
מיצוי קולי הוא טיפול מתון, לא תרמי, אשר מוחל על תהליכי מזון סעפת. לגבי מיצוי של פקטין מפירות וירקות, סוניקציה מייצרת פקטין באיכות גבוהה. פקטינים המופקים באולטרסאונד מצטיינים בתכולת החומצה האנהידרואורונית, המתוקסיל והסידן שלהם, כמו גם במידת האסטריפיקציה שלהם. התנאים המתונים של מיצוי קולי למנוע השפלה תרמית של פקטין רגיש לחום.
איכות פקטין וטוהר יכול להשתנות בהתאם חומצה anhydrogalacturonic, מידת esterification, תוכן אפר של פקטין שחולץ. פקטין עם משקל מולקולרי גבוה אפר נמוך (מתחת 10%) תוכן עם חומצה אנהידרוגלקטורונית גבוהה (מעל 65%) ידועים פקטין באיכות טובה. מכיוון שניתן לשלוט בעוצמת הטיפול האולטרסוני בצורה מדויקת מאוד, ניתן להשפיע על תכונות תמצית הפקטין על ידי התאמת משרעת, טמפרטורת מיצוי, לחץ, זמן שמירה וממס.
מצא את הפרוטוקול למיצוי פקטין קולי מקליפת אשכולית שהודגם בסרטון למעלה כאן!
מיצוי קולי ניתן להפעיל באמצעות שונים ממיסים כגון מים, חומצת לימון, תמיסת חומצה חנקתית (HNO3pH 2.0), או אמוניום אוקסלט/חומצה אוקסלית, המאפשרת גם לשלב סוניקציה בקווי מיצוי קיימים (רטרו-התאמה).,
- קיבולת ג'לינג גבוהה
- פיזור טוב
- צבע פקטין
- פקטט סידן גבוה
- פחות השפלה
- ידידותי לסביבה
פסולת פירות כמקור: אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים כבר יושם בהצלחה כדי לבודד פקטין מפומייס תפוחים, קליפות פרי הדר (כגון תפוז, לימון, אשכולית), פומס ענבים, רימון, עיסת סלק סוכר, קליפת פרי הדרקון, קלדות אגס עוקצני, קליפת פסיפלורה וקליפות מנגו.
משקעים פקטין לאחר מיצוי קולי
הוספת אתנול לתמיסת תמצית יכולה לעזור להפריד פקטין בתהליך שנקרא משקעים. פקטין, פוליסכריד מורכב המצוי בדפנות התא של צמחים, מסיס במים בתנאים רגילים. עם זאת, על ידי שינוי הסביבה הממס עם תוספת של אתנול, מסיסות של פקטין יכול להיות מופחת, המוביל משקעים שלה מן הפתרון.
הכימיה מאחורי משקעי פקטין באמצעות אתנול יכולה להיות מוסברת על ידי שלוש תגובות:
- שיבוש קשרי מימןמולקולות פקטין מוחזקות יחד על ידי קשרי מימן, התורמים למסיסותן במים.: אתנול משבש את קשרי המימן הללו בכך שהוא מתחרה עם מולקולות מים על אתרי קשירה על מולקולות הפקטין (pectin). כאשר מולקולות אתנול מחליפות מולקולות מים סביב מולקולות הפקטין קשרי המימן בין מולקולות הפקטין נחלשים, ומפחיתים את מסיסותן בממס.
- ירידה בקוטביות הממס: אתנול הוא פחות קוטבי ממים, כלומר יש לו יכולת נמוכה יותר להמיס חומרים קוטביים כמו פקטין. ככל שמוסיפים אתנול לתמיסת התמצית, הקוטביות הכוללת של הממס פוחתת, מה שהופך אותו לפחות נוח למולקולות פקטין להישאר בתמיסה. זה מוביל למשקעים של פקטין מתוך התמיסה כפי שהוא הופך פחות מסיס בתערובת אתנול מים.
- ריכוז פקטין מוגבר: ככל שמולקולות הפקטין יוצאות מהתמיסה, ריכוז הפקטין בתמיסה הנותרת עולה. זה מאפשר הפרדה קלה יותר של הפקטין מהפאזה הנוזלית באמצעות סינון או צנטריפוגה.
זירוז פקטין באמצעות אתנול היא שיטה פשוטה ויעילה לבידוד פקטין מתמיסת התמצית, שהיא שלב בתהליך שניתן להפעיל בקלות לאחר מיצוי פקטין קולי. הוספת אתנול לתמיסת התמצית משנה את סביבת הממס באופן המפחית את מסיסות הפקטין, מה שמוביל למשקעים שלו ולהיפרדות לאחר מכן מהפתרון. טכניקה זו משמשת בדרך כלל במיצוי וטיהור של פקטין מחומרים צמחיים עבור יישומים תעשייתיים ומזון שונים.
Interested in the valorization of pomace, peel and pulp? – Read more about polyphenol extraction from fruit waste!
כור זרימה קולי
- תשואה גבוהה יותר
- איכות טובה יותר
- לא תרמי
- זמן חילוץ קצר יותר
- העצמת תהליכים
- התאמה רטרו אפשרית
- מיצוי ירוק
Industrial Sonicators for Pectin Extraction
Hielscher Ultrasonics is your partner for extraction processes from plant material such as pomace, peel and seeds. Whether you want extract small amounts for research and analysis or process large volumes for commercial production, we have the suitable ultrasonic extractor for you. Our ultrasonic lab homogenizers as well as our bench-top and industrial sonicators are robust, easy-to-use and built for 24/7 operation under full load. A broad range of accessories such as sonotrodes (ultrasonic probes / horns) with different sizes and shapes, flow cells and reactors and boosters allow for the optimal setup for you specific extraction process.
כל המכשירים האולטרסוניים הדיגיטליים מצוידים בתצוגת מגע צבעונית, כרטיס SD משולב לפרוטוקול נתונים אוטומטי ושלט רחוק של הדפדפן לניטור תהליכים מקיף. עם מערכות קוליות מתוחכמות של Hielscher, סטנדרטיזציה גבוהה תהליך ובקרת איכות נעשה פשוט.
צרו איתנו קשר עוד היום כדי לדון בדרישות של תהליך מיצוי הפקטין שלכם! נשמח לסייע לכם עם הניסיון ארוך הטווח שלנו במיצוי אולטראסוני ולעזור לכם להשיג את יעילות התהליך הגבוהה ביותר ואיכות פקטין אופטימלית!
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000 |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
סוניק מעבדה UP200Ht מיצוי פקטין מקליפת אשכולית באמצעות מים כממס.
תוצאות המחקר של מיצוי פקטין קולי
פסולת עגבניות: כדי למנוע זמני מיצוי ארוכים (12-24 שעות) בהליך refluxing, אולטרסוניקציה שימשה להגברת תהליך החילוץ במונחים של זמן (15, 30, 45, 60 ו -90 דקות). בהתאם לזמני המיצוי, תפוקות הפקטין המתקבלות לשלב המיצוי האולטרסוני הראשון, בטמפרטורות של 60 מעלות צלזיוס ו-80 מעלות צלזיוס הן 15.2-17.2% ו-16.3-18.5%, בהתאמה. כאשר שלב מיצוי קולי שני יושם, התשואה של פקטין מפסולת עגבניות הוגדלה ל 34-36%, בהתאם לטמפרטורות ולזמנים). ברור שמיצוי קולי מגביר את הקרע של מטריצת דופן תא העגבנייה, מה שמוביל לאינטראקציות טובות יותר בין ממס לחומר שחולץ.
ניתן לסווג את הפקטינים שחולצו באולטרסאונד כפקטין מתוקסיל גבוה (HM-pectin) עם תכונות ג'לינג מהירות (DE > 70%) ודרגת אסטריפיקציה של 73.3-85.4%. n. תכולת הסידן בפקטין המופק באולטרסאונד נמדדה בין 41.4% ל-97.5%, בהתאם לפרמטרים של מיצוי (טמפרטורה וזמן). בטמפרטורה גבוהה יותר של מיצוי קולי, תכולת הסידן פקטט גבוהה יותר (91-97%) וככזו מהווה פרמטר חשוב של יכולת ג'ל פקטין בהשוואה למיצוי קונבנציונלי.
מיצוי ממס קונבנציונלי למשך 24 שעות נותן תפוקת פקטין דומה בהשוואה ל -15 דקות של טיפול מיצוי קולי. לגבי התוצאות המתקבלות, ניתן להסיק כי טיפול קולי מקטין את זמן החילוץ במידה ניכרת. ספקטרוסקופיית NMR ו-FTIR מאשרות את קיומו של פקטין אסטרי בעיקר בכל הדגימות שנחקרו. [Grassino et al. 2016]
קליפת פסיפלורה: תשואת המיצוי, חומצה גלקטורונית ותואר האסטריפיקציה נחשבו כאינדיקטורים ליעילות המיצוי. התפוקה הגבוהה ביותר של פקטין שהושגה על ידי מיצוי בעזרת אולטרסאונד הייתה 12.67% (תנאי מיצוי 85ºC, 664 W / cm2, pH 2.0 ו 10 דקות). עבור אותם תנאים בוצע מיצוי חימום קונבנציונלי והתוצאה הייתה 7.95%. תוצאות אלה הן בהתאם למחקרים אחרים, המדווחים על הזמן הקצר למיצוי יעיל של פוליסכרידים, כולל פקטין, המיצלולוז ורב-סוכרים מסיסים במים אחרים, בסיוע אולטרסאונד. כמו כן נצפה כי תפוקת השאיבה גדלה פי 1.6 כאשר החילוץ נעזר באולטרסאונד. התוצאות שהתקבלו הראו כי אולטרסאונד היא טכניקה יעילה וחוסכת זמן להפקת פקטין מקליפת פסיפלורה. [Freitas de Oliveira et al. 2016]
קלדודים של אגסים עוקצניים: מיצוי בסיוע אולטראסוני (איחוד האמירויות הערביות) של פקטין מקלדות Opuntia ficus indica (OFI) לאחר ניסיון להסרת ריר באמצעות מתודולוגיית משטח התגובה. משתני התהליך עברו אופטימיזציה על ידי התכנון המרוכב המרכזי של איזווריאנט על מנת לשפר את תפוקת מיצוי הפקטין (pectin extract). המצב האופטימלי שהתקבל היה: זמן סוניקציה 70 דקות, טמפרטורה 70, pH 1.5 ויחס מים-חומר 30 מ"ל/גרם. מצב זה אומת וביצועי המיצוי הניסיוני היו 18.14% ± 1.41%, שהיה קשור קשר הדוק לערך החזוי (19.06%). לפיכך, מיצוי קולי מהווה חלופה מבטיחה לתהליך המיצוי הקונבנציונלי בזכות יעילותו הגבוהה שהושגה בפחות זמן ובטמפרטורות נמוכות יותר. פקטין המופק על ידי מיצוי קולי מ OFI cladodes (UAEPC) יש רמה נמוכה של אסטריפיקציה, תוכן חומצה אורונית גבוהה, תכונות פונקציונליות חשובות ופעילות אנטי רדיקלית טובה. תוצאות אלה הן לטובת השימוש UAEPC כתוסף פוטנציאלי בתעשיית המזון. [Bayar et al. 2017]
פומס ענבים: In the research paper “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%.
מורפולוגיית פני השטח של פומס ענבים סוניים מראה כי סוניקציה ממלאת תפקיד חשוב בפירוק הרקמה הצמחית ובשיפור תפוקת המיצוי. התשואה שהתקבלה לאחר מיצוי קולי של פקטין בתנאים אופטימליים (75 מעלות צלזיוס, 60 דקות, pH 2.0) הייתה גבוהה ב -20% מהתשואה שהתקבלה כאשר המיצוי בוצע תוך יישום אותם תנאים של טמפרטורה, זמן ו- pH, אך ללא סיוע קולי. בנוסף, פקטין ממיצוי קולי הציג גם משקל מולקולרי ממוצע גבוה יותר. [Minjares-Fuentes et al. 2014]
Ultrasonic batch extractor UIP2000hdT with cascatrode horn
עובדות שכדאי לדעת
What is Pectin?
פקטין הוא הטרופוליסכריד טבעי, אשר נמצא בעיקר פירות כגון פומס תפוחים ופירות הדר. פקטינים, הידועים גם בשם פוליסכרידים פקטיים, עשירים בחומצה גלקטורונית. בתוך הקבוצה הפקטית, זוהו מספר פוליסכרידים שונים. הומוגלקטורונים הם שרשראות ליניאריות של חומצה D-גלקטורונית מקושרת α-(1-4). גלקטורונאים מוחלפים מאופיינים בנוכחות של שאריות תוספתן סכריד (כגון D-xylose או D-apiose במקרים המתאימים של xylogalacturonan ו apiogalacturonan) המסתעפים מעמוד השדרה של שאריות חומצה D-galacturonic. פקטין Rhamnogalacturonan I (RG-I) מכיל עמוד שדרה של הדיסכריד החוזר: 4)-α-D-חומצה גלקטורונית-(1,2)-α-L-rhamnose-(1. לשאריות ראמנוז רבות יש שרשראות צדדיות של סוכרים ניטרליים שונים. הסוכרים הניטרליים הם בעיקר D-גלקטוז, L-arabinose ו-D-xylose. הסוגים והפרופורציות של סוכרים ניטרליים משתנים בהתאם למקור הפקטין.
סוג מבני נוסף של פקטין הוא rhamnogalacturonan II (RG-II), שהוא פוליסכריד מורכב, מסועף מאוד ופחות נפוץ בטבע. עמוד השדרה של rhamnogalacturonan II מורכב אך ורק מיחידות חומצה D-galacturonic. לפקטין מבודד יש משקל מולקולרי של 60,000-130,000 גרם/מול, המשתנה בהתאם למקור ולתנאי המיצוי.
What Influences the Gelling Properties of Pectin?
Pectin gelation is governed by pH, temperature, ionic strength (other solutes), molecular size, degree of methylation (DM), side-chain content, and overall charge density. In plant tissues, pectin occurs as water-soluble (“free”) and water-insoluble fractions. Solubility generally increases as molecular weight decreases and often with higher methyl-ester content, but it is also shaped by pH, temperature, and the co-solutes present.
Two functional classes are defined by their degree of methylation:
- High-methoxyl pectin (HMP; DM > 50%) gels in acidic media (pH 2.0–3.5) when soluble solids are high (≥55 wt% sucrose), primarily via hydrogen bonding and hydrophobic associations that suppress electrostatic repulsion.
- Low-methoxyl pectin (LMP; DM < 50%) gels over a broader pH range (2.0–6.0) through Ca²⁺-mediated ionic cross-linking (“egg-box” junction zones) between neighboring carboxyl groups.
How are Pectins Used?
בתעשיית המזון מוסיפים פקטין לריבות, ממרחי פירות, ריבות, ג'לי, משקאות, רטבים, מזון קפוא, ממתקים ומוצרי מאפה. פקטין משמש בג'לי קונדיטוריה כדי לתת מבנה ג'ל טוב, ביס נקי ולהעניק שחרור טעם טוב. פקטין משמש גם לייצוב משקאות חלבון חומציים, כגון שתיית יוגורט, לשיפור המרקם, תחושת הפה ויציבות העיסה במשקאות מבוססי מיץ וכתחליף שומן במאפים. עבור מופחת קלוריות / דל קלוריות, פקטין מתווספים כתחליף שומן ו / או סוכר.
בתעשיית התרופות, הוא משמש להפחתת רמות הכולסטרול בדם והפרעות במערכת העיכול.
יישומים תעשייתיים אחרים של פקטין כוללים את היישום שלו ביריעות אכילות, כמייצב תחליב עבור תחליבים מים/שמן, כמשנה ריאולוגיה ופלסטיסייזר, כסוכן גודל לנייר וטקסטיל וכו '.
What are Good Sources for Pectin?
למרות שניתן למצוא פקטין בדפנות התא של רוב הצמחים, פומייס תפוחים וקליפת תפוז הם שני המקורות העיקריים של פקטין המיוצר באופן מסחרי, שכן הפקטין שלהם הוא באיכות מעולה. מקורות אחרים מראים לעתים קרובות התנהגות ג'לינג גרועה. בפירות, מלבד תפוח והדרים, אפרסקים, משמשים, אגסים, גויאבות, חבושים, שזיפים ודומדמניות ידועים בכמות הפקטין הגבוהה שלהם. בין ירקות, עגבניות, גזר ותפוחי אדמה ידועים בתכולת הפקטין הגבוהה שלהם.
Why is Tomato Pulp used for Pectin Production?
מיליוני טונות של עגבניות (Lycopersicon esculentum Mill.) מעובדות מדי שנה לייצור מוצרים כגון מיץ עגבניות, משחה, מחית, קטשופ, רוטב וסלסה, וכתוצאה מכך נוצרות כמויות גדולות של פסולת. פסולת עגבניות, המתקבלת לאחר כבישת עגבנייה, מורכבת מ-33% זרעים, 27% קליפה ו-40% עיסה, בעוד שפסולת עגבניות מיובשות מכילה 44% זרעים ו-56% עיסה וקליפה. פסולת עגבניות היא מקור נהדר לייצור פקטין.
ספרות/מקורות
- 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.