Ultrahangos pektin extrakció gyümölcsből és biohulladékból

• A pektinek nagyon gyakran használt élelmiszer-adalékanyag, amelyet főként zselésítő hatása miatt adnak hozzá.
• Az ultrahangos extrakció jelentősen növeli a pektinkivonatok hozamát és minőségét.
• A szonikáció ismert a folyamatot fokozó hatásairól, amelyeket már sokféle ipari folyamatban használnak.

Pektinek és pektin extrakció

A pektin egy természetes komplex poliszacharid (heteropoliszacharid), amely különösen a gyümölcsök sejtfalában található, különösen a citrusfélékben és az almatörkölyben. Magas pektintartalom található mind az alma, mind a citrusfélék gyümölcshéjában. Az almatörköly szárazanyagra vonatkoztatva 10-15% pektint tartalmaz, míg a citrushéj 20-30%-ot. A pektinek biokompatibilisek, biológiailag lebomlanak és megújulóak, és nagyszerű zselésítő és sűrítő tulajdonságokkal rendelkeznek, ami nagyra értékelt adalékanyaggá teszi őket. A pektint széles körben használják élelmiszerekben, kozmetikumokban és gyógyszerészeti termékekben reológiai módosítóként, például emulgeálószerként, zselésítőszerként, fényezőszerként, stabilizátorként és sűrítőszerként.
Az ipari alkalmazásokra szánt hagyományos pektinextrakciót savkatalizált eljárásokkal (salétromsav, sósav vagy kénsav felhasználásával) végezzük. A savkatalizált extrakció az ipari pektingyártás legelterjedtebb folyamata, mivel a többi extrakciós technika, mint például a közvetlen forráspont (60ºC-100ºC) akár 24 órán keresztül és az alacsony pH-érték (1,0-3,0) lassú és alacsony hozamú, és az extrahált rost termikus lebomlását okozhatja, és a pektinhozamot néha korlátozzák a folyamat körülményei. A savval katalizált extrakciónak azonban hátrányai is vannak: Az erős savas kezelés a pektinláncok depolimerizációját és leszterterezését okozza, ami negatívan befolyásolja a pektin minőségét. A nagy mennyiségű savas szennyvíz előállítása utófeldolgozást és költséges újrahasznosítási kezelést igényel, ami környezeti terhet jelent a folyamat számára.

Ultrahangos pektin extrakció

Az ultrahangos extrakció enyhe, nem hőkezelés, amelyet sokféle élelmiszer-folyamatra alkalmaznak. A gyümölcsökből és zöldségekből származó pektinek kivonása tekintetében az ultrahangos kezelés kiváló minőségű pektint termel. Az ultrahanggal extrahált pektinek anhidrouronsav, metoxil és kalcium pektát tartalmuk, valamint észterezési fokuk alapján kiválóak. Az ultrahangos extrakció enyhe körülményei megakadályozzák a hőérzékeny pektinek termikus lebomlását.
A pektin minősége és tisztasága az anhidrogalakturonsavtól, az észterezés mértékétől, az extrahált pektin hamutartalmától függően változhat. A nagy molekulatömegű és alacsony hamutartalmú (10% alatti) pektin magas anhidrogalakturonsavval (65% felett) jó minőségű pektinként ismert. Mivel az ultrahangos kezelés intenzitása nagyon pontosan szabályozható, a pektin kivonat tulajdonságai befolyásolhatók az amplitúdó, az extrakciós hőmérséklet, a nyomás, a retenciós idő és az oldószer beállításával.

 
Keresse meg az ultrahangos pektin extrakció protokollját a grapefruit héjából, amelyet a fenti videó mutat be itt!
 

Az ultrahangos extrakció különböző Oldószerek például víz, citromsav, salétromsavoldat (HNO₃, pH 2.0) vagy ammónium-oxalát? oxálsav, amely lehetővé teszi az ultrahangos kezelés integrálását a meglévő extrakciós vonalakba (retro-illesztés).

Gyümölcshulladék mint forrás: A nagy teljesítményű ultrahangot már sikeresen alkalmazták az almatörkölyből, a citrusfélék héjából (például narancs, citrom, grapefruit), szőlőtörkölyből, gránátalmából, cukorrépapépből, sárkánygyümölcshéjból, tüskés körte kládokból, passiógyümölcshéjból és mangóhéjból származó pektinek izolálására.

Pektin kicsapódás ultrahangos extrakció után

Az etanol hozzáadása az extraktoldathoz segíthet a pektin elválasztásában a kicsapásnak nevezett folyamaton keresztül. A pektin, a növények sejtfalában található komplex poliszacharid, normál körülmények között vízben oldódik. Az oldószer környezetének etanol hozzáadásával történő megváltoztatásával azonban csökkenthető a pektin oldhatósága, ami az oldatból történő kicsapódásához vezet.

Az etanollal történő pektinkicsapás mögött meghúzódó kémia három reakcióval magyarázható:

• A hidrogénkötések megszakítása: A pektin molekulákat hidrogénkötések tartják össze, amelyek hozzájárulnak vízben való oldhatóságukhoz. Az etanol megbontja ezeket a hidrogénkötéseket azáltal, hogy versenyez a vízmolekulákkal a pektinmolekulák kötőhelyéért. Mivel az etanolmolekulák helyettesítik a pektinmolekulák körüli vízmolekulákat, a pektinmolekulák közötti hidrogénkötések gyengülnek, csökkentve az oldószerben való oldhatóságukat.
• Csökkent oldószerpolaritás: Az etanol kevésbé poláris, mint a víz, ami azt jelenti, hogy kevésbé képes feloldani a poláris anyagokat, például a pektint. Ahogy etanolt adunk az extraktumoldathoz, az oldószer általános polaritása csökken, így kevésbé kedvező a pektinmolekulák oldatban maradása. Ez a pektin kicsapódásához vezet az oldatból, mivel kevésbé oldódik az etanol-víz keverékben.
• Megnövekedett pektinkoncentráció: Ahogy a pektin molekulák kicsapódnak az oldatból, a pektin koncentrációja a maradék oldatban nő. Ez lehetővé teszi a pektin könnyebb elválasztását a folyékony fázisból szűréssel vagy centrifugálással.

A pektin etanollal történő kicsapása egyszerű és hatékony módszer a pektinek izolálására az extrakciós oldatból, amely egy olyan folyamatlépés, amely könnyen futtatható ultrahangos pektin extrakció után. Az etanol hozzáadása az extraktumoldathoz oly módon változtatja meg az oldószer környezetét, hogy csökkenti a pektin oldhatóságát, ami annak kicsapódásához és ezt követően az oldatból való elválasztásához vezet. Ezt a technikát általában a növényi anyagokból származó pektin kivonására és tisztítására használják különböző ipari és élelmiszeripari alkalmazásokhoz.

Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek

A Hielscher Ultrasonics az Ön partnere a botanikai termékek kivonási folyamataiban. Akár kis mennyiségeket szeretne kivonni kutatáshoz és elemzéshez, akár nagy mennyiségeket feldolgozni kereskedelmi termeléshez, megvan a megfelelő ultrahangos elszívó az Ön számára. Ultrahangos laboratóriumi homogenizátoraink, valamint asztali és ipari szonikátoraink robusztusak, könnyen kezelhetők és teljes terhelés alatt 24/7 működésre készültek. A tartozékok széles választéka, mint például a sonotrodes (ultrahangos szondák? szarvak) különböző méretű és formájú, áramlási cellák és reaktorok és erősítők lehetővé teszik az optimális beállítást az Ön számára az adott extrakciós folyamathoz.
All digital ultrasonic machines are equipped with a colored touch display, integrated SD Card for automatic data protocolling, and browser remote control for comprehensive process monitoring. With Hielscher’s sophisticated ultrasonic systems, a high process standardization and quality control is made simple.
Vegye fel velünk a kapcsolatot még ma, hogy megvitassák a pektin extrakciós folyamat követelményeit! Örömmel segítünk Önnek az ultrahangos extrakció hosszú távú tapasztalatával, és segítünk elérni a legmagasabb folyamathatékonyságot és az optimális pektin minőséget!

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:

Az ultrahangos pektin extrakció kutatási eredményei

Paradicsomhulladék: A hosszú extrakciós idők (12–24 óra) elkerülése érdekében a refluxing eljárás során ultrahangos kezelést alkalmaztak az extrakciós folyamat fokozására az idő szempontjából (15, 30, 45, 60 és 90 perc). Az extrakciós időtől függően az első ultrahangos extrakciós lépéshez kapott pektin hozam 60 ° C és 80 ° C hőmérsékleten 15,2–17,2% és 16,3–18,5%. Amikor egy második ultrahangos extrakciós lépést alkalmaztunk, a paradicsomhulladékból származó pektinek hozama a hőmérséklettől és az időtől függően 34–36% -ra nőtt). Nyilvánvaló, hogy az ultrahangos extrakció növeli a paradicsom sejtfal mátrixának szakadását, ami jobb kölcsönhatást eredményez az oldószer és az extrahált anyag között.
Az ultrahanggal extrahált pektinek kategorizálhatók magas metoxil-pektinek (HM-pektin), amelyek gyorsan beállított gélesedési tulajdonságokkal rendelkeznek (DE > 70%) és észterezési foka 73,3–85,4%. n. Az ultrahanggal extrahált pektin kalcium-pektáttartalmát 41,4% és 97,5% között mértük, az extrakciós paraméterektől (hőmérséklet és idő) függően. Az ultrahangos extrakció magasabb hőmérsékletén a kalcium-pektát tartalom magasabb (91–97%), és mint ilyen, a pektin gélesedési képességének fontos paramétere a hagyományos extrakcióhoz képest.
A hagyományos oldószeres extrakció 24 órán keresztül hasonló pektinhozamot eredményez, mint a 15 perces ultrahangos extrakciós kezelés. A kapott eredmények tekintetében megállapítható, hogy az ultrahangos kezelés jelentősen csökkenti az extrakciós időt. Az NMR és FTIR spektroszkópia megerősíti a túlnyomórészt észterezett pektin jelenlétét minden vizsgált mintában. [Grassino et al. 2016]

Passiógyümölcs héja: Az extrakciós hozamot, a galakturonsavat és az észterezési fokot tekintették az extrakciós hatékonyság mutatóinak. az ultrahanggal segített extrakcióval nyert pektin legmagasabb hozama 12,67% volt (extrakciós körülmények 85 ° C, 664 W? cm2, pH 2,0 és 10 perc). Ugyanezen körülmények között hagyományos fűtési extrakciót hajtottunk végre, és az eredmény 7,95% volt. Ezek az eredmények összhangban vannak más vizsgálatokkal, amelyek a poliszacharidok, köztük a pektin, hemicellulózok és más vízoldható poliszacharidok hatékony extrahálásának rövid idejéről számolnak be, ultrahang segítségével. Azt is megfigyelték, hogy az extrakciós hozam 1,6-szeresére nőtt, amikor az extrakciót ultrahang segítette. A kapott eredmények azt mutatták, hogy az ultrahang hatékony és időtakarékos technika a pektin kivonására a passiógyümölcs héjából. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Tüskés körte kladoszok: A pektin ultrahangos extrakcióját (UAE) az Opuntia ficus indica (OFI) kládokból a nyálka eltávolítása után a válaszfelület módszertanával kísérelték meg. A folyamatváltozókat az izovariáns központi kompozit kialakítással optimalizáltuk a pektin extrakciós hozam javítása érdekében. A kapott optimális feltétel: ultrahangos idő 70 perc, hőmérséklet 70, pH 1,5 és a víz-anyag arány 30 ml? g. Ezt a feltételt igazolták, és a kísérleti extrakció teljesítménye 18,14% ± 1,41% volt, ami szorosan kapcsolódott az előre jelzett értékhez (19,06%). Így az ultrahangos extrakció ígéretes alternatívát kínál a hagyományos extrakciós folyamathoz, köszönhetően a nagy hatékonyságnak, amelyet kevesebb idő alatt és alacsonyabb hőmérsékleten értek el. Az OFI kladodákból (UAEPC) ultrahangos extrakcióval kivont pektin alacsony észterezéssel, magas uronsavtartalommal, fontos funkcionális tulajdonságokkal és jó gyökölökellenes aktivitással rendelkezik. Ezek az eredmények támogatják az UAEPC potenciális adalékanyagként való felhasználását az élelmiszeriparban. [Bayar et al. 2017]

Törköly: 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%.
Az ultrahangos szőlőtörköly felületi morfológiája azt mutatja, hogy az ultrahangozás fontos szerepet játszik a növényi szövet lebontásában és az extrakciós hozamok növelésében. A pektinek ultrahangos extrakciója után kapott hozam az optimális körülmények között (75 ° C, 60 perc, pH 2.0) 20% -kal magasabb volt, mint az extrakció során kapott hozam, amelyet ugyanazon hőmérsékleti, időbeli és pH-körülmények között, de ultrahangos segítség nélkül végeztünk. Ezenkívül az ultrahangos extrakcióból származó pektinek is magasabb átlagos molekulatömeget mutattak. [Minjares-Fuentes et al. 2014]