फल और जैव अपशिष्ट से अल्ट्रासोनिक पेक्टिन निष्कर्षण

• Pectins एक बहुत ही अक्सर इस्तेमाल किया खाद्य योज्य, मुख्य रूप से अपने gelling प्रभाव के लिए जोड़ा जाता है.
• अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण उपज और पेक्टिन अर्क की गुणवत्ता काफी बढ़ जाती है।
• Sonication पहले से ही कई गुना औद्योगिक प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है, जो प्रभाव को तेज करने की प्रक्रिया के लिए जाना जाता है।

पेक्टिन और पेक्टिन निष्कर्षण

पेक्टिन एक प्राकृतिक जटिल पॉलीसैकेराइड (हेटेरोपॉलीसैकराइड) है जो विशेष रूप से फलों की सेल दीवारों में पाया जाता है, विशेष रूप से खट्टे फल और सेब पोमसे में। उच्च पेक्टिन सामग्री सेब और खट्टे फल दोनों के फलों के छिलकों में पाई जाती है। सेब pomace एक सूखी बात के आधार पर पेक्टिन के 10-15% होता है, जबकि खट्टे छील 20-30% होता है। Pectins bioसंगत, biodegradable और अक्षय और महान gelling और thickening गुण है, जो उन्हें एक उच्च मूल्यवान योज्य बनाता है दिखा रहे हैं. पेक्टिन का व्यापक रूप से भोजन, सौंदर्य प्रसाधन और दवा उत्पादों में आराविज्ञान संशोधक जैसे पायसीकारक, जेलिंग एजेंट, ग्लेजिंग एजेंट, स्टेबलाइजर, और मोटाई के रूप में उपयोग किया जाता है।
औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए पारंपरिक पेक्टिन निष्कर्षण एक एसिड उत्प्रेरक प्रक्रियाओं (नाइट्रिक, हाइड्रोक्लोरिक या सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करके) का उपयोग किया जाता है। एसिड उत्प्रेरक निष्कर्षण औद्योगिक पेक्टिन उत्पादन में सबसे अक्सर प्रक्रिया है, इस तरह के प्रत्यक्ष उबलते के रूप में अन्य निष्कर्षण तकनीक (60oC-100oC) अप करने के लिए 24hrs और कम पीएच (1.0-3.0) धीमी गति से कर रहे हैं और उपज में कम है और थर्मल गिरावट का कारण बन सकता है निकाले गए फाइबर और पेक्टिन उपज कभी-कभी प्रक्रिया की स्थिति द्वारा सीमित होती है। हालांकि, एसिड उत्प्रेरक निष्कर्षण इसके नुकसान के साथ आता है, भी: कठोर अम्लीय उपचार depolymerization और पेक्टिन चेन, जो पेक्टिन गुणवत्ता नकारात्मक प्रभावित करता है deesterification का कारण बनता है. अम्लीय बहिस्त्राव की बड़ी मात्रा के उत्पादन के बाद प्रसंस्करण और महंगी रीसाइक्लिंग उपचार की आवश्यकता होती है, जो प्रक्रिया को एक पर्यावरणीय बोझ बनाता है।

अल्ट्रासोनिक पेक्टिन निष्कर्षण

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण एक हल्के, गैर थर्मल उपचार है, जो कई गुना खाद्य प्रक्रियाओं के लिए लागू किया जाता है। फल और सब्जियों से पेक्टिन की निकासी के संबंध में, sonication उच्च गुणवत्ता के पेक्टिन का उत्पादन करता है। Ultrasonically निकाले पेक्टिन उनके anhydroronic एसिड, methoxyl और कैल्शियम पेक्टेट सामग्री के साथ ही esterification की अपनी डिग्री से उत्कृष्टता। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के हल्के शर्तों गर्मी के प्रति संवेदनशील पेक्टिन के एक थर्मल गिरावट को रोकने।
पेक्टिन की गुणवत्ता और शुद्धता एनहाइड्रोगैल्टुरोनिक एसिड, एस्टरीकरण की डिग्री, निकाले गए पेक्टिन की राख सामग्री के आधार पर भिन्न हो सकती है। उच्च आणविक वजन और कम राख के साथ पेक्टिन (10% से नीचे) उच्च एनहाइड्रोगैल्क्टुरोनिक एसिड के साथ सामग्री (65% से ऊपर) अच्छी गुणवत्ता पेक्टिन के रूप में जाना जाता है। अल्ट्रासोनिक उपचार की तीव्रता बहुत ठीक नियंत्रित किया जा सकता है के बाद से, पेक्टिन निकालने के गुणों आयाम, निष्कर्षण तापमान, दबाव, प्रतिधारण समय और विलायक का समायोजन करके प्रभावित किया जा सकता है।

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण विभिन्न का उपयोग कर चलाया जा सकता है विलायक जैसे पानी, साइट्रिक एसिड, नाइट्रिक एसिड समाधान (HNO₃, पीएच 2.0), या अमोनियम oxalate / oxalic एसिड, जो यह भी मौजूदा निष्कर्षण लाइनों (रेट्रो-फिटिंग) में sonication एकीकृत करने के लिए संभव बनाता है।

स्रोत के रूप में फल अपशिष्ट: उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासाउंड पहले से ही सफलतापूर्वक सेब pomace से पेक्टिन को अलग करने के लिए लागू किया गया है, खट्टे फल के छिलके (जैसे नारंगी, नींबू, अंगूर), अंगूर pomace, अनार, चीनी चुकंदर लुगदी, अजगर फल छील, चुभने नाशपाती cladodes, जुनून फल छील, और आम के छिलके.

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अल्ट्रासोनिक पेक्टिन निष्कर्षण के अनुसंधान परिणाम

टमाटर अपशिष्ट: लंबे निष्कर्षण समय से बचने के लिए (12-24 ज) refluxing प्रक्रिया में, ultrasonication समय के मामले में निष्कर्षण प्रक्रिया की तीव्रता के लिए इस्तेमाल किया गया था (15, 30, 45, 60 और 90 मिनट) निष्कर्षण समय के आधार पर, प्राप्त पेक्टिन पैदावार पहले अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण कदम के लिए, 60 डिग्री सेल्सियस और 80 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 15.2-17.2% और 16.3-18.5%, क्रमशः कर रहे हैं। जब एक दूसरा अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण कदम लागू किया गया था, टमाटर कचरे से पेक्टिन की उपज 34-36% करने के लिए बढ़ा दिया गया था, तापमान और समय के आधार पर। जाहिर है, अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण विलायक और निकाले सामग्री के बीच बेहतर बातचीत करने के लिए अग्रणी, टमाटर सेल दीवार मैट्रिक्स के टूटना बढ़ जाती है।
ultrasonically निकाले पेक्टिन तेजी से सेट जेलिंग गुणों के साथ उच्च methoxyl पेक्टिन (एचएम-पेक्टिन) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है (डी > 70%) और 73.3-85.4% की एक esterification डिग्री. द. अल्ट्रासोनिक रूप से निकाले गए पेक्टिन में कैल्शियम पेक्टेट सामग्री को निष्कर्षण पैरामीटर (तापमान और समय) के आधार पर 41.4% से 97.5% के बीच मापा गया था। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के उच्च तापमान पर, कैल्शियम पेक्टेट सामग्री अधिक हैं (91-97%) और पारंपरिक निष्कर्षण की तुलना में पेक्टिन जेलिंग क्षमता के इस तरह के वर्तमान महत्वपूर्ण पैरामीटर के रूप में।
24hr की अवधि के लिए पारंपरिक विलायक निष्कर्षण अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण उपचार के 15 मिनट के साथ तुलना में इसी तरह की पेक्टिन पैदावार देता है। प्राप्त परिणामों के संबंध में यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि अल्ट्रासोनिक उपचार उल्लेखनीय निष्कर्षण समय कम हो जाती है। एनएमआर और एफटीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी सभी जांच नमूनों में मुख्य रूप से एस्टरीकृत पेक्टिन के अस्तित्व की पुष्टि करता है। [ग्रासिनो एट अल. 2016]

जुनून फल छील: निष्कर्षण उपज, गैलेक्टुरोनिक एसिड और एस्टरीकरण डिग्री निष्कर्षण दक्षता के संकेतक के रूप में माना जाता था। अल्ट्रासाउंड की मदद से निष्कर्षण द्वारा प्राप्त पेक्टिन की उच्चतम उपज 12.67% थी (निष्कर्षण शर्तों 85oC, 664 W/cm2, पीएच 2.0 और 10 मिनट)। इन्हीं स्थितियों के लिए, एक पारंपरिक हीटिंग निष्कर्षण किया गया था और परिणाम 7.95% था. ये परिणाम अन्य अध्ययनों के अनुसार हैं, जो पेक्टिन, हेमीसेलूलॉस और अन्य पानी में घुलनशील पॉलीसैकेराइड ्स,अल्ट्रासाउंड द्वारा सहायता प्रदान सहित पॉलीसैकेराइड्स के प्रभावी निष्कर्षण के लिए कम समय की रिपोर्ट करते हैं। यह भी देखा गया कि जब निष्कर्षण अल्ट्रासाउंड द्वारा सहायता प्रदान की गई थी तो निष्कर्षण उपज 1.6 गुना बढ़ गई थी। प्राप्त परिणामों का प्रदर्शन किया है कि अल्ट्रासाउंड जुनून फल छील से पेक्टिन की निकासी के लिए एक कुशल और समय की बचत तकनीक थी। [Freitas de Oliveira एट अल. 2016]

कांटेदार नाशपाती Cladodes: Ultrasonic सहायता प्रदान की निष्कर्षण (यूएई) Opuntia ficus इंडिका (OFI) cladodes से पेक्टिन की म्यूसिलेज हटाने के बाद प्रतिक्रिया सतह पद्धति का उपयोग करने का प्रयास किया गया था। प्रक्रिया चर पक्टिन निष्कर्षण उपज में सुधार करने के क्रम में आइसोपरिचर केंद्रीय समग्र डिजाइन द्वारा अनुकूलित किया गया था। इष्टतम शर्त प्राप्त की गई थी: sonication समय 70 मिनट, तापमान 70, पीएच 1.5 और पानी सामग्री अनुपात 30 मिलीलीटर / इस स्थिति को मान्य किया गया था और प्रयोगात्मक निष्कर्षण का प्रदर्शन 18.14% $ 1.41% था, जो अनुमानित मूल्य (19.06%) से निकटता से जुड़ा हुआ था। इस प्रकार, अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण कम समय में और कम तापमान पर हासिल किया गया था जो अपनी उच्च दक्षता के लिए पारंपरिक निष्कर्षण प्रक्रिया धन्यवाद करने के लिए एक आशाजनक विकल्प मौजूद है। OFI cladodes (UAEPC) से अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण द्वारा निकाले गए पेक्टिन में एस्टरीकरण, उच्च यूरोनिक एसिड सामग्री, महत्वपूर्ण कार्यात्मक गुण और अच्छा एंटी-रेडिकल गतिविधि की कम डिग्री है। इन परिणामों को खाद्य उद्योग में संभावित योज्य के रूप में UAEPC के उपयोग के पक्ष में हैं. [बयार एट अल. 2017]

अंगूर Pomace: शोध पत्र में "अल्ट्रासाउंड की मदद से रिकट्रिक एसिड का उपयोग कर अंगूर pomace से पेक्टिन की निकासी: एक प्रतिक्रिया सतह पद्धति दृष्टिकोण", sonication निकालने एजेंट के रूप में साइट्रिक एसिड के साथ अंगूर pomace से पेक्टिन निकालने के लिए प्रयोग किया जाता है। प्रतिक्रिया सतह पद्धति के अनुसार, उच्चतम पेक्टिन उपज ($ 32.3%) अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण प्रक्रिया पीएच 2.0 के एक साइट्रिक एसिड समाधान का उपयोग कर 60 मिनट के लिए 75oC पर किया जाता है जब प्राप्त किया जा सकता है। ये पेक्टिक पॉलीसैकेराइड्स, जो मुख्य रूप से गैलैक्टुरोनिक एसिड इकाइयों ($ 97% कुल शर्करा) द्वारा रचित हैं, का औसत आण्विक भार 163.9kDa और एस्टरीकरण (डी) की डिग्री 55.2% है।
sonicated अंगूर pomace की सतह आकृति विज्ञान sonication वनस्पति ऊतक को तोड़ने और निष्कर्षण पैदावार बढ़ाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है कि पता चलता है। इष्टतम स्थितियों (75 डिग्री सेल्सियस, 60 मिनट, पीएच 2.0) का उपयोग कर पेक्टिन निष्कर्षण के बाद प्राप्त की गई उपज प्राप्त की गई उपज से 20% अधिक थी जब निष्कर्षण तापमान, समय और पीएच की एक ही शर्तों को लागू करने के लिए किया गया था, लेकिन अल्ट्रासोनिक के बिना सहायता. इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण से पेक्टिन भी एक उच्च औसत आणविक वजन का प्रदर्शन किया। [मिंजर्स-फ़्यूएंट्स एट अल. 2014]