Nagyobb pektinhozam ultrahangos extrakcióval

Az ultrahangos extrakció kiváló minőségű pektinek nagy hozamú kinyerését eredményezi. Ultrahangos kezeléssel értékes pektinek állíthatók elő hatékonyan gyümölcshulladékból (például a gyümölcslé-feldolgozás melléktermékeiből) és más biológiai nyersanyagokból. Az ultrahangos pektinextrakció a nagyobb hozam, a kiválóbb pektinminőség és a gyors extrakciós eljárás révén felülmúlja a többi extrakciós technikát.

Intenzívebb pektinextrakció ultrahangos kezeléssel

A pektint számos élelmiszerben zselésítő-, emulgeáló- és sűrítőanyagként, továbbá kozmetikumok és gyógyszerkészítmények összetevőjeként használják. A hagyományos ipari pektinextrakció forró vizes extrakcióval történik, amelynek során a nyersanyagot, például a citrusfélék héját, az almatörkölyt és más gyümölcshulladékot hosszú ideig 60–100°C hőmérsékletű forró vízben áztatják alacsony pH mellett (kb. pH 1,5 – 3,5). Emiatt a hagyományos forró vizes extrakció idő- és energiaigényes folyamat, amely gyakran még ahhoz sem elég hatékony, hogy a nyersanyagban rendelkezésre álló teljes pektinmennyiséget felszabadítsa.
A hagyományos előállítási módszer elégtelen hatékonyságának kiküszöbölésére az ultrahangos extrakciót folyamatintenzifikáló technikaként alkalmazzák, amely a hagyományos forró vizes extrakcióhoz képest csökkenti az extrakciós időt, és jelentősen maximalizálja a pektinhozamot.

Az ultrahangos pektinextrakció előnye

Az ultrahangos extrakciót a kivonatgyártás számos területén alkalmazzák, például élelmiszerekhez, étrend-kiegészítőkhöz, gyógyszerkészítményekhez és kozmetikumokhoz készülő növényi és gyógynövénykivonatok előállítására. Az ultrahangos extrakció egyik igen jelentős példája a kannabidiol (CBD) és más vegyületek kinyerése a kannabisznövényből.
Az ultrahangos extrakció nem termikus extrakciós technika, amely ezáltal megóvja a bioaktív vegyületeket a hő okozta bomlástól. Az ultrahangos folyamat valamennyi paramétere, például az amplitúdó, az intenzitás, az idő, a hőmérséklet és a nyomás pontosan szabályozható. Ez precíz folyamat- és minőségellenőrzést tesz lehetővé, és megkönnyíti az egyszer már elért extrakciós eredmények megismétlését és reprodukálását. A kivonatgyártók az ultrahangos kezelést a folyamat megbízható megismételhetősége miatt értékelik, ami elősegíti a folyamatok és termékek szabványosítását.

 
Itt találja a fenti videóban bemutatott, grapefruithéjból végzett ultrahangos pektinextrakció protokollját!
 

A releváns folyamatparaméterek meghatározása lehetővé teszi az ultrahangos extrakciós folyamat optimalizálását a legnagyobb hatékonyság és a kiváló kivonatminőség eléréséhez.
Például a nyersanyag (például a citrusfélék héjának) szemcsemérete fontos tényező: a kisebb szemcseméret nagyobb felületet jelent, amelyen az ultrahanghullámok kifejthetik hatásukat. A kis szemcseméret ezáltal nagyobb pektinhozamot, alacsonyabb metilezettségi fokot és a ramnogalakturonán-régiók nagyobb arányát eredményezi.
Az extrakciós oldószer (azaz víz + sav) pH-értéke egy másik alapvető paraméter. Ha a pektint savas körülmények között extrahálják, a polimer számos elágazó ramnogalakturonán-régiója lebomlik, így főként „egyenes” homogalakturonán-régiók maradnak meg, a fő lineáris lánchoz kapcsolódó vagy abba beépült néhány semleges cukormolekulával.
Az ultrahangos pektinextrakció csökkenti az extrakciós időt és a szükséges folyamathőmérsékletet, ami mérsékli a pektin savak általi nemkívánatos módosulásának esélyét. Ez lehetővé teszi a savak korlátozott körülmények közötti alkalmazását annak érdekében, hogy a pektineket pontosan a termékkövetelményeknek megfelelően módosítsák.

Mitől olyan hatékony az ultrahangos pektinextrakció?

Az ultrahangos extrakció közvetlenül befolyásolja a sejtfalak duzzadását, perforációját és felszakadását. Az ultrahang által kiváltott anyagátadás a középlemezben található pektintartalmú anyag hidratációját okozza, ami a növényi szövetek széteséséhez vezet. Az ultrahangos kavitáció és a nyíróerők közvetlenül hatnak a sejtfalakra, és felszakítják azokat. Ezek a mechanizmusok eredményezik az ultrahangos extrakció rendkívül hatékony eredményeit.

A kémiai és FT-IR-vizsgálatok alapján az ultrahanggal extrahált pektin (más néven akusztikus kavitációval segített extrakcióval kinyert pektin, rövidítve ACAE), amelynek molekulatömege és metoxilezettségi foka alacsonyabb volt, a hagyományos hőkezeléssel extrahált pektinhez képest gazdagabb volt hosszú oldalláncokat tartalmazó ramnogalakturonán-I-régióban. Az ultrahangos pektinextrakció energiafogyasztása jelentősen alacsonyabb volt, mint a hagyományos melegítéses módszeré, ami az ipari termelési léptékben történő alkalmazásának ígéretes lehetőségét jelzi.
(vö. Wang et al., 2017)
Wang és munkatársai (2017) azt is alátámasztják, hogy az ultrahanggal segített extrakció a hagyományos melegítéses extrakcióhoz képest bizonyítottan gazdaságosabb és környezetbarátabb folyamat, nagyobb hatékonysággal és alacsonyabb költséggel.
 

A visszamaradt cukorrépapép SEM-képe 1000x nagyításban: (a) extrakció előtt, valamint a pektin extrakciója után, amelyhez (b) Xylanasae (250 U/g), (c) celluláz (300 U/g), (d) Xylanasae+celluláz (1:1), (e) Xylanasae+celluláz (1:1,5) és (f) Xylanasae+celluláz (1:2) felhasználásával került sor.
(tanulmány és képek: Abou-Elseoud et al., 2021)

Hogyan működik az ultrahangos pektinextrakció?

Az ultrahangos extrakció a nagy intenzitású ultrahang szonomechanikai hatásain alapul. A pektinextrakció ultrahangos kezeléssel történő elősegítéséhez és intenzifikálásához nagy teljesítményű ultrahanghullámokat csatolnak egy ultrahangos szondán (más néven ultrahangos kürtön vagy szonotródán) keresztül a folyékony közegbe, azaz a pektintartalmú nyersanyagból és az oldószerből álló zagyba. Az ultrahanghullámok áthaladnak a folyadékon, és váltakozó alacsony nyomású / magas nyomású ciklusokat hoznak létre. Az alacsony nyomású ciklusok során apró vákuumbuborékok (úgynevezett kavitációs buborékok) keletkeznek, amelyek több nyomáscikluson keresztül növekednek. A buboréknövekedési ciklusok során a folyadékban oldott gázok belépnek a vákuumbuborékba, így a vákuumbuborék növekvő gázbuborékká alakul. Egy bizonyos méret elérésekor, amikor a buborékok már nem képesek több energiát elnyelni, egy magas nyomású ciklus során hevesen összeomlanak. A buborékok összeomlását intenzív kavitációs erők jellemzik, beleértve a nagyon magas, akár 4000K hőmérsékletet és 1000atm nyomást, valamint az ezekhez kapcsolódó nagy hőmérséklet- és nyomáskülönbségeket. Ezek az ultrahang által létrehozott turbulenciák és nyíróerők feltárják a növényi sejteket, és felszabadítják a sejten belüli pektineket a vízalapú oldószerbe. Mivel az ultrahangos kavitáció rendkívül intenzív anyagátadást hoz létre, az ultrahangos kezelés nagyon rövid feldolgozási idő alatt kiemelkedően nagy hozamot eredményez.
Az ultrahangos kezelést a pektinextrakción kívül a polifenolok gyümölcstörkölyből, gyümölcshúsból, héjból és magokból történő izolálására is használják. További információk itt!

Ultrahangos extrakció növényi sejtekből: a mikroszkópos keresztmetszet (TS) bemutatja a sejtekből történő ultrahangos extrakció hatásmechanizmusát (2000x nagyítás) [forrás: Vilkhu et al. 2011]

Gyümölcshulladékból extrahált pektinek

A gyümölcshulladékok, például a héjak, a gyümölcshús-maradványok (a gyümölcslé kipréselése után) és más gyümölcsfeldolgozási melléktermékek gyakran gazdag pektinforrások. Bár a gyümölcshulladékokat gyakran állati takarmányként használják, a pektinextrakció a gyümölcshulladék értékesebb hasznosítási módja.
Az ultrahangos pektinextrakciót már sikeresen végzik többek között citrusfélék (például narancs, mandarin, grapefruit) héjából, dinnyehéjból, almatörkölyből, cukorrépapépből, mangóhéjból, paradicsomhulladékból, valamint jackfruit, maracuja és füge héjából.

Esettanulmányok az ultrahangos pektinextrakcióról

A hagyományos, hővel végzett pektinextrakció hátrányai miatt a kutatás és az ipar már vizsgált olyan innovatív alternatívákat, mint az ultrahangos extrakció. Ezáltal bőséges információ áll rendelkezésre a különböző nyersanyagokhoz tartozó folyamatparaméterekről, valamint a folyamatoptimalizálási adatokról.

Pektin ultrahangos extrakciója almatörkölyből

Dranca és Oroian (2019) a pektin almatörkölyből történő, ultrahanggal segített extrakciós folyamatát vizsgálták különböző ultrahangos körülmények alkalmazásával és Box-Behnken-válaszfelület-terv használatával. Megállapították, hogy az ultrahang amplitúdója erősen befolyásolja az extrahált pektin hozamát és észterezettségi fokát, míg az extrakció pH-ja mindhárom válaszváltozóra, azaz a hozamra, a GalA-tartalomra és az észterezettségi fokra jelentős hatással volt. Az optimális extrakciós körülmények a következők voltak: 100% amplitúdó, 1,8 pH, 1:10 g/mL szilárd–folyadék arány és 30 min ultrahangos kezelés. E körülmények között a pektinhozam 9,183% volt, a pektin GalA-tartalma 98,127 g/100 g, észterezettségi foka pedig 83,202% volt. Az ultrahanggal extrahált pektin eredményeinek kereskedelmi pektinhez való viszonyításához az optimális körülmények között ultrahangos extrakcióval nyert pektinmintát kereskedelmi citrus- és almapektinmintákkal hasonlították össze FT-IR, DSC, reológiai elemzés és SEM segítségével. Az első két technika rámutatott az ultrahangos extrakcióval kinyert pektinminta néhány sajátosságára, például a molekulatömeg szűkebb eloszlási tartományára, a rendezett molekuláris elrendeződésre és a magas észterezettségi fokra, amely hasonló volt a kereskedelmi forgalomban kapható almapektinekéhez. Az ultrahanggal nyert minta morfológiai jellemzőinek elemzése meghatározó kapcsolati mintázatot jelez egyrészt a minta fragmentumméreteinek eloszlása és GalA-tartalma, másrészt vízfelvételi képessége között. Az ultrahanggal extrahált pektin oldatának viszkozitása jóval nagyobb volt, mint a kereskedelmi pektinből készített oldatoké, ami a galakturonsav magas koncentrációjának tudható be. Ha a magas észterezettségi fokot is figyelembe vesszük, ez magyarázatot adhat arra, hogy az ultrahanggal extrahált pektin viszkozitása miért volt nagyobb. A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a Malus domestica ‘Fălticeni’ almatörkölyből ultrahangos extrakcióval kinyert pektin tisztasága, szerkezete és reológiai viselkedése ennek az oldható rostnak ígéretes alkalmazási lehetőségeit jelzi. (vö. Dranca & Oroian 2019)

Nagy teljesítményű ultrahangos extraktor pektinelőállításhoz

Az ultrahangos extrakció megbízható feldolgozási technológia, amely megkönnyíti és felgyorsítja a kiváló minőségű pektinek előállítását különböző nyersanyagokból, például a citrusfélék melléktermékeiből és héjából, almatörkölyből és sok más anyagból. A Hielscher Ultrasonics kínálata a kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől az ipari extrakciós rendszerekig a teljes választékot lefedi. Így mi, a Hielscher munkatársai az Ön tervezett feldolgozási kapacitásához legmegfelelőbb ultrahangos készüléket tudjuk kínálni. Sokéves tapasztalattal rendelkező munkatársaink a megvalósíthatósági vizsgálatoktól és a folyamatoptimalizálástól az ultrahangos rendszer végleges termelési léptékű telepítéséig nyújtanak segítséget.
Ultrahangos extraktoraink kis helyigénye és sokféle telepítési lehetősége révén még a kis alapterületű pektinfeldolgozó üzemekben is elférnek. Világszerte telepítenek ultrahangos processzorokat élelmiszereket, gyógyszerkészítményeket és étrend-kiegészítőket gyártó üzemekben.

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

Hielscher Ultrasonics – Korszerű extrakciós berendezések

A Hielscher Ultrasonics termékkínálata a nagy teljesítményű ultrahangos extraktorok teljes választékát lefedi, a kis léptéktől a nagy léptékig. A kiegészítő tartozékok lehetővé teszik az Ön pektinextrakciós folyamatához legmegfelelőbb ultrahangos készülékkonfiguráció egyszerű összeállítását. Az optimális ultrahangos összeállítás a tervezett kapacitástól, térfogattól, nyersanyagtól, a szakaszos vagy gyártósorba integrált folyamattól és az ütemezéstől függ.

Szakaszos és gyártósorba integrált feldolgozás

A Hielscher ultrahangos készülékei szakaszos és folyamatos átfolyásos feldolgozásra egyaránt használhatók. Az ultrahangos szakaszos feldolgozás ideális a folyamat teszteléséhez, optimalizálásához, valamint kis és közepes termelési léptékhez. Nagy mennyiségű pektin előállításához előnyösebb lehet a gyártósorba integrált feldolgozás. A folyamatos, gyártósorba integrált keverési folyamat korszerű összeállítást igényel – amely szivattyúból, tömlőkből vagy csövekből és tartályokból áll –, ugyanakkor rendkívül hatékony, gyors és jelentősen kevesebb munkaráfordítást igényel. A Hielscher Ultrasonics rendelkezik az Ön extrakciós térfogatához és folyamatcéljaihoz legmegfelelőbb extrakciós összeállítással.

Ultrahangos extraktorok minden termelési kapacitáshoz

A Hielscher Ultrasonics termékválasztéka az ultrahangos processzorok teljes spektrumát lefedi a kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől az asztali és kísérleti üzemi rendszereken át a teljesen ipari ultrahangos processzorokig, amelyek óránként teherautónyi mennyiségek feldolgozására képesek. A teljes termékválaszték lehetővé teszi, hogy az Ön pektintartalmú nyersanyagához, feldolgozási kapacitásához és termelési céljaihoz legmegfelelőbb ultrahangos extraktort kínáljuk.
Az asztali ultrahangos rendszerek ideálisak megvalósíthatósági vizsgálatokhoz és folyamatoptimalizáláshoz. A meghatározott folyamatparamétereken alapuló lineáris méretnövelés nagyon egyszerűvé teszi a feldolgozási kapacitás növelését a kisebb tételektől a teljes kereskedelmi termelésig. A méretnövelés nagyobb teljesítményű ultrahangos extraktoregység telepítésével vagy több ultrahangos készülék párhuzamos összekapcsolásával végezhető. A UIP16000 készülékkel a Hielscher a világ legnagyobb teljesítményű ultrahangos extraktorát kínálja.

Pontosan szabályozható amplitúdók az optimális eredményekért

Minden Hielscher ultrahangos készülék pontosan szabályozható, így megbízható munkagépként szolgál a termelésben. Az amplitúdó az egyik kulcsfontosságú folyamatparaméter, amely befolyásolja a pektin gyümölcsből és biohulladékból történő ultrahangos extrakciójának hatékonyságát és eredményességét.
Minden Hielscher ultrahangos készülék lehetővé teszi az amplitúdó pontos beállítását. A szonotródák és az amplitúdóerősítő kürtök olyan tartozékok, amelyek még szélesebb tartományban teszik lehetővé az amplitúdó módosítását. A Hielscher ipari ultrahangos processzorai nagyon nagy amplitúdók előállítására képesek, és biztosítják az igényes alkalmazásokhoz szükséges ultrahang-intenzitást. Akár 200µm amplitúdó is könnyedén fenntartható folyamatosan, 24/7 üzemmódban.
Az amplitúdó pontos beállítása és az ultrahangos folyamatparaméterek intelligens szoftverrel történő folyamatos felügyelete lehetővé teszi, hogy nyersanyagát a leghatékonyabb ultrahangos körülmények között kezelje. Optimális ultrahangos kezelés a legjobb extrakciós eredményekért!
A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a 24/7 működést nagy igénybevétel mellett és nehéz üzemi környezetben. Ez a Hielscher ultrahangos berendezéseit olyan megbízható munkaeszközzé teszi, amely teljesíti az Ön extrakciós követelményeit.

Egyszerű, kockázatmentes tesztelés

Az ultrahangos folyamatok mérete teljesen lineárisan növelhető. Ez azt jelenti, hogy minden, laboratóriumi vagy asztali ultrahangos készülékkel elért eredmény pontosan ugyanazon folyamatparaméterek alkalmazásával méretnövelés után is pontosan ugyanazt a kimenetet adja. Ez az ultrahangos kezelést ideálissá teszi a kockázatmentes megvalósíthatósági vizsgálatokhoz, a folyamatoptimalizáláshoz és az ezt követő bevezetéshez a kereskedelmi gyártásba. Lépjen kapcsolatba velünk, hogy megtudja, miként növelheti az ultrahangos kezelés az Ön pektinkivonat-termelését.

A legmagasabb minőség – Németországban tervezve és gyártva

Családi tulajdonban lévő és családi irányítású vállalkozásként a Hielscher a legmagasabb minőségi követelményeket helyezi előtérbe ultrahangos processzorainál. Minden ultrahangos készüléket németországi központunkban, a Berlin melletti Teltowban tervezünk, gyártunk és alaposan tesztelünk. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága és megbízhatósága biztosítja, hogy az Ön termelésében kitartó munkagépként szolgáljanak. A teljes terhelés melletti, nehéz üzemi környezetben történő 24/7 működés a Hielscher nagy teljesítményű keverőinek természetes jellemzője.