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
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.
Szonda típusú szonikátor UIP1000hdT for the extraction of pectins and phenols from fruit waste.
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.
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).
- nagy zselésedési kapacitás
- jó diszpergálhatóság
- pektin szín
- magas kalcium-pektát
- kevesebb lebomlás
- környezetbarát
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.
Interested in the valorization of pomace, peel and pulp? – Read more about polyphenol extraction from fruit waste!
ultrahangos átfolyó reaktor
- Nagyobb hozam
- jobb minőség
- nem-termikus
- Csökkentett extrakciós idő
- a folyamat intenzívebbé tétele
- utólagos felszerelés lehetséges
- Zöld extrakció
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.
Minden digitális ultrahangos gép színes érintőképernyővel, integrált SD-kártyával rendelkezik az automatikus adatprotokollozáshoz és a böngésző távirányítójához az átfogó folyamatfelügyelethez. A Hielscher kifinomult ultrahangos rendszereivel a magas folyamatszabványosítás és minőségellenőrzés egyszerű.
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:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000 |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Laboratóriumi szonikátor UP200Ht pektinek kivonása a grapefruit héjából oldószerként használt vízzel.
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]
Ultrasonic batch extractor UIP2000hdT with cascatrode horn
Tények, amelyeket érdemes tudni
What is Pectin?
A pektin egy természetben előforduló heteropoliszacharid, amely főleg olyan gyümölcsökben található, mint az almatörköly és a citrusfélék. A pektinek, más néven pektikus poliszacharidok, galakturonsavban gazdagok. A pektikus csoporton belül számos különböző poliszacharidot azonosítottak. A homogalakturonánok a α-(1–4)-hez kötött D-galakturonsav lineáris láncai. A szubsztituált galakturonánokat szacharid függelékmaradékok (például D-xilóz vagy D-apióz a xilogalacturonán és az apiogalakturán) jelenléte jellemzi, amelyek a D-galakturonsavmaradékok gerincéből ágaznak el. A ramnogalakturonán I pektinek (RG-I) tartalmazzák az ismétlődő diszacharid gerincét: 4)-α-D-galakturonsav-(1,2)-α-L-ramnóz-(1. Sok ramnóz maradék különböző semleges cukrok oldalláncával rendelkezik. A semleges cukrok főként D-galaktóz, L-arabinóz és D-xilóz. A semleges cukrok típusa és aránya a pektin eredetétől függően változik.
A pektin másik szerkezeti típusa a ramnogalakturonán II (RG-II), amely összetett, erősen elágazó poliszacharid, és ritkábban található a természetben. A ramnogalakturon II gerincét kizárólag D-galakturonsav egységek alkotják. Az izolált pektin molekulatömege jellemzően 60 000–130 000 g/mol, amely az eredettől és az extrakciós körülményektől függően változik.
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?
Az élelmiszeriparban pektint adnak a lekvárokhoz, gyümölcskészítményekhez, dzsemekhez, zselékhez, italokhoz, szószokhoz, fagyasztott élelmiszerekhez, édességekhez és pékárukhoz. A pektint cukrászzselékben használják, hogy jó gélszerkezetet, tiszta harapást és jó ízfelszabadulást biztosítsanak. A pektint savas fehérjeitalok, például joghurt fogyasztásának stabilizálására is használják, hogy javítsák a textúrát, a szájérzetet és a cellulóz stabilitását a lé alapú italokban és zsírhelyettesítőként a pékárukban. A kalóriaszegény / alacsony kalóriatartalmú pektint zsír- és / vagy cukorhelyettesítőként adják hozzá.
A gyógyszeriparban a vér koleszterinszintjének és a gyomor-bélrendszeri rendellenességek csökkentésére használják.
A pektin egyéb ipari alkalmazásai közé tartozik az ehető filmekben való alkalmazása, a víz / olaj emulziók emulzióstabilizátoraként, reológiai módosítóként és lágyítószerként, papír és textíliák méretezőszereként stb.
What are Good Sources for Pectin?
Bár a pektin a legtöbb növény sejtfalában megtalálható, az almatörköly és a narancshéj a kereskedelemben előállított pektinek két fő forrása, mivel pektinek kiváló minőségűek. Más források gyakran rossz zselésedési viselkedést mutatnak. A gyümölcsökben az alma és a citrusfélék mellett az őszibarack, a sárgabarack, a körte, a guajava, a birsalma, a szilva és az egres nagy mennyiségű pektinről ismert. A zöldségek közül a paradicsom, a sárgarépa és a burgonya magas pektintartalmáról ismert.
Why is Tomato Pulp used for Pectin Production?
Évente több millió tonna paradicsomot (Lycopersicon esculentum Mill.) dolgoznak fel olyan termékek előállítására, mint a paradicsomlé, paszta, püré, ketchup, szósz és salsa, ami nagy mennyiségű hulladék keletkezését eredményezi. A paradicsom préselése után nyert paradicsomhulladék 33% magból, 27% héjból és 40% cellulózból áll, míg a szárított paradicsomtörköly 44% magot és 56% pépet és héjat tartalmaz. A paradicsomhulladék nagyszerű forrás a pektinek előállításához.
Irodalom/Hivatkozások
- 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.