Պեկտինի ավելի բարձր բերքատվություն ուլտրաձայնային արդյունահանմամբ

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը հանգեցնում է բարձրորակ պեկտինների բարձր բերքատվության: Օգտագործելով sonication, արժեքավոր պեկտինները կարող են արդյունավետ կերպով արտադրվել մրգերի թափոններից (օրինակ, հյութերի վերամշակման կողմնակի արտադրանքներից) և այլ կենսաբանական հումքից: Պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանումը գերազանցում է արդյունահանման այլ տեխնիկան՝ ապահովելով ավելի բարձր բերքատվություն, տալով պեկտինի բարձր որակ և արագ արդյունահանման ընթացակարգ:

Ինտենսիվացված պեկտինի արդյունահանում` արտազատման միջոցով

Պեկտինը օգտագործվում է որպես գելացնող, էմուլգացնող և խտացնող միջոց բազմաթիվ սննդամթերքներում, ինչպես նաև կոսմետիկայի և դեղագործական արտադրանքի բաղադրիչ: Սովորական արդյունաբերական պեկտինի արդյունահանումը կատարվում է տաք ջրով արդյունահանման միջոցով, որտեղ հումքը, ինչպիսիք են ցիտրուսային կեղևը, խնձորի մածուկը և այլ մրգերի թափոնները, երկար թրջվում են 60–100°C տաք ջրի մեջ ցածր pH-ով (մոտավորապես pH 1,5–3,5): ժամանակահատվածը։ Սա սովորական տաք ջրի արդյունահանումը դարձնում է ժամանակ և էներգիա խլող գործընթաց, որը հաճախ նույնիսկ բավականաչափ արդյունավետ չէ հումքի մեջ առկա պեկտինների ամբողջական քանակն ազատելու համար:
Սովորական արտադրության մեթոդի անարդյունավետությունը հաղթահարելու համար ուլտրաձայնային արդյունահանումը կիրառվում է որպես գործընթացն ուժեղացնող տեխնիկա, որը նվազեցնում է արդյունահանման ժամանակը և զգալիորեն մեծացնում է պեկտինի բերքատվությունը՝ համեմատած ավանդական տաք ջրի արդյունահանման հետ:

Պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանման առավելությունները

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը կիրառվում է էքստրակտների արտադրության բազմաթիվ ոլորտներում, օրինակ՝ բուսաբանական և բուսական մզվածքներ սննդամթերքի, հավելումների, դեղագործության և կոսմետիկայի համար: Ուլտրաձայնային արդյունահանման շատ նշանավոր օրինակ է կանեփի բույսից կանաբիդիոլի (CBD) և այլ միացությունների արդյունահանումը:
Ուլտրաձայնային արդյունահանումը ոչ ջերմային արդյունահանման տեխնիկա է, որն այդպիսով կանխում է կենսաակտիվ միացությունները ջերմային քայքայման դեմ: Ուլտրաձայնային գործընթացի բոլոր պարամետրերը, ինչպիսիք են ամպլիտուդը, ինտենսիվությունը, ժամանակը, ջերմաստիճանը և ճնշումը, կարող են ճշգրիտ վերահսկվել: Սա թույլ է տալիս ճշգրիտ գործընթացի և որակի վերահսկում և հեշտացնում է արդյունահանման արդյունքների կրկնությունը և վերարտադրումը: Էքստրակտ արտադրողները գնահատում են ուլտրաձայնային գործընթացը հուսալի կրկնելիության համար, որն օգնում է ստանդարտացնել գործընթացները և արտադրանքը:

 
Գտեք գրեյպֆրուտի կեղևից պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանման արձանագրությունը, որը ցուցադրված է վերևի տեսանյութում այստեղ:
 

Գործընթացի համապատասխան պարամետրերի որոշումը թույլ է տալիս օպտիմալացնել ուլտրաձայնային արդյունահանման գործընթացը առավելագույն արդյունավետության և էքստրակտի բարձր որակի:
Օրինակ, հումքի մասնիկների չափը (օրինակ՝ ցիտրուսային կեղևը) կարևոր գործոն է. ավելի փոքր մասնիկի չափը նշանակում է ավելի մեծ մակերես, որի վրա ուլտրաձայնային ալիքները կարող են գործել: Փոքր մասնիկների չափը հանգեցնում է պեկտինի ավելի բարձր ելքի, մեթիլացման ավելի ցածր աստիճանի և ռամնոգալակտուրոնային շրջանների ավելի մեծ հարաբերակցության:
The pH value of the extraction solvent (i.e. water + acid) is another essential parameter. When pectin is extracted under acidic conditions, many rhamnogalacturonan branched regions of the polymer are decomposed, so that mainly homogalacturonan “straight” regions with a few neutral sugar molecules attached on or in the main linear chain remain.
Պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանումը նվազեցնում է արդյունահանման ժամանակը և նվազեցնում գործընթացի պահանջվող ջերմաստիճանը, ինչը նվազեցնում է թթուների կողմից պեկտինի անցանկալի փոփոխության հավանականությունը: Սա թույլ է տալիս թթուներ օգտագործել սահմանափակ պայմաններում՝ պեկտինները ճշգրտորեն փոխելու արտադրանքի պահանջներին:

Ի՞նչն է դարձնում ուլտրաձայնային պեկտինի արդյունահանումը այդքան արդյունավետ:

Ուլտրաձայնային արդյունահանման ազդեցությունը ուղղակիորեն ազդում է բջջային պատերի այտուցվածության, պերֆորացիայի և կոտրման վրա: Ուլտրաձայնային եղանակով առաջացած զանգվածի փոխանցումը առաջացնում է պեկտինային նյութի խոնավացում միջին լամելայում, ինչը հանգեցնում է բուսական հյուսվածքների քայքայմանը: Ուլտրաձայնային կավիտացիան և կտրող ուժերը ուղղակիորեն ազդում են բջջային պատերի վրա և կոտրում դրանք: Այս մեխանիզմները հանգեցնում են ուլտրաձայնային արդյունահանման բարձր արդյունավետ արդյունքների:

Ուլտրաձայնային եղանակով արդյունահանվող պեկտինը (նաև ակուստիկ կավիտացիայի օգնությամբ արդյունահանվող պեկտին, կրճատ՝ ACAE), որն ուներ ավելի ցածր մոլեկուլային քաշ և մեթոքսիլացման աստիճան, ավելի հարուստ էր ռամնոգալակտուրոն-I տարածաշրջանում երկար կողային շղթաներով՝ համեմատած սովորական ջերմային արդյունահանվող պեկտինի հետ քիմիական և FT-IR վերլուծությունից: Ուլտրաձայնային պեկտինի արդյունահանման էներգիայի սպառումը զգալիորեն ցածր էր, քան սովորական ջեռուցման մեթոդը, ինչը ցույց է տալիս դրա խոստումնալից կիրառումը արդյունաբերական արտադրության մասշտաբով:
(տես Wang et al., 2017)
Վանգը և նրա գործընկերները (2017) նաև ընդգծում են, որ ուլտրաձայնային օգնությամբ արդյունահանումը ապացուցված է, որ ավելի խնայող և շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ գործընթաց է՝ ավելի բարձր արդյունավետությամբ և ավելի քիչ ծախսերով՝ համեմատած սովորական ջեռուցման արդյունահանման հետ:
 

Շաքարի ճակնդեղի մնացորդային միջուկի SEM 1000 անգամ մեծացմամբ. ա) արդյունահանումից առաջ և պեկտինի արդյունահանումից հետո՝ օգտագործելով (բ) Xylanasae (250 U/g), (c) Cellulase (300 U/g), (d) Xylanasae+Cellulase. (1:1), և (ե) Xylanasae+Cellulase (1:1.5), և (f) Xylanasae+Cellulase (1:2):(ուսումնասիրություն և պատկերներ. Աբու-Էլսեուդ և այլք, 2021)

Ինչպե՞ս է աշխատում ուլտրաձայնային պեկտինի արդյունահանումը:

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը հիմնված է բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնի սոնոմեխանիկական ազդեցության վրա: Ուլտրաձայնային միջոցով պեկտինի արդյունահանումը խթանելու և ուժեղացնելու համար բարձր հզորության ուլտրաձայնային ալիքները զուգակցվում են ուլտրաձայնային զոնդի միջոցով (նաև կոչվում է ուլտրաձայնային շչակ կամ սոնոտրոդ) հեղուկ միջավայրի մեջ, այսինքն՝ պեկտին պարունակող հումքից և լուծիչից բաղկացած ցեխի մեջ: Ուլտրաձայնային ալիքները անցնում են հեղուկի միջով և ստեղծում փոփոխվող ցածր ճնշման? բարձր ճնշման ցիկլեր: Ցածր ճնշման ցիկլերի ժամանակ ստեղծվում են րոպեական վակուումային պղպջակներ (այսպես կոչված՝ կավիտացիոն պղպջակներ), որոնք աճում են ճնշման մի քանի ցիկլերի ընթացքում։ Պղպջակների աճի այդ ցիկլերի ընթացքում հեղուկի մեջ լուծված գազերը մտնում են վակուումային պղպջակ, այնպես որ վակուումային պղպջակը վերածվում է աճող գազի պղպջակների: Որոշակի չափսերի դեպքում, երբ փուչիկները չեն կարողանում ավելի շատ էներգիա կլանել, դրանք ուժգին պայթում են բարձր ճնշման ցիկլի ժամանակ: Պղպջակների պայթյունը բնութագրվում է ինտենսիվ կավիտացիոն ուժերով, ներառյալ շատ բարձր ջերմաստիճանը և ճնշումը, որոնք հասնում են համապատասխանաբար մինչև 4000K և 1000atm; ինչպես նաև համապատասխան բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման տարբերություններ: Այս ուլտրաձայնային գեներացվող տուրբուլենտները և կտրող ուժերը կոտրում են բույսերի բջիջները և ազատում ներբջջային պեկտինները ջրի վրա հիմնված լուծիչի մեջ: Քանի որ ուլտրաձայնային կավիտացիան ստեղծում է զանգվածի բարձր ինտենսիվ փոխանցում, sonication-ը բերում է բացառիկ բարձր եկամտաբերության՝ մշակման շատ կարճ ժամանակում:

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը բույսերի բջիջներից. մանրադիտակային լայնակի հատվածը (TS) ցույց է տալիս գործողությունների մեխանիզմը բջիջներից ուլտրաձայնային արդյունահանման ժամանակ (խոշորացում 2000x) [ռեսուրս՝ Vilkhu et al. 2011]

Պեկտիններ, որոնք արդյունահանվում են մրգերի թափոններից

Մրգային թափոնները, ինչպիսիք են կեղևը, մրգի միջուկի մնացորդները (մրգահյութի սեղմումից հետո) և այլ մրգային ենթամթերքները հաճախ պեկտինի հարուստ աղբյուրներ են: Թեև մրգերի թափոնները հաճախ օգտագործվում են որպես կենդանիների կեր, պեկտինի արդյունահանումը մրգերի թափոնների ավելի արժեքավոր օգտագործում է:
Պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանումն արդեն հաջողությամբ իրականացվում է ցիտրուսային կեղևներով (օրինակ՝ նարինջներ, մանդարիններ, գրեյպֆրուտ), սեխի կեղև, խնձորի մրգահյութ, շաքարի ճակնդեղի միջուկ, մանգոյի կեղև, լոլիկի թափոններ, ինչպես նաև ջեքֆրուտի, կրքի մրգերի, թզի կեղևի հետ միասին:

Ուլտրաձայնային պեկտինի արդյունահանման դեպքերի ուսումնասիրություն

Ջերմային միջոցով սովորական պեկտինի արդյունահանման թերությունների պատճառով հետազոտությունները և արդյունաբերությունը արդեն ուսումնասիրել են նորարարական այլընտրանքներ, ինչպիսիք են ուլտրաձայնային արդյունահանումը: Այսպիսով, առկա են բազմաթիվ տեղեկատվություն տարբեր հումքի գործընթացի պարամետրերի, ինչպես նաև գործընթացի օպտիմալացման տվյալների վերաբերյալ:

Պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանում խնձորի սրածայրից

Dranca and Oroian (2019) investigated the ultrasonically-assisted extraction process of pectin from apple pomace applying various ultrasonic conditions and using Box-Behnken response surface design. They found that the ultrasound amplitude strongly influences the yield and the degree of esterification of the extracted pectin, while the extraction pH had a great impact on all three responses, i.e. yield, GalA content, and degree of esterification. The optimal conditions for extraction were 100% amplitude, pH of 1.8, solid-liquid ratio of 1:10 g/mL, and 30 min sonication. Under these conditions, pectin yield was 9.183% and had a 98.127 g/100 g GalA content and 83.202% degree of esterification. To set the results of ultrasonically extracted pectin into relation with commercial pectin, pectin sample obtained by ultrasonic extraction under optimal conditions were compared to commercial citrus and apple pectin samples by FT-IR, DSC, rheological analysis, and SEM. The first two techniques highlighted some particularities of the pectin sample extracted by ultrasonic extraction such as the narrower distribution range of molecular weight, the orderly molecular arrangement, and the high degree of esterification that was similar to that of commercially available apple pectins. The analysis of the morphological characteristics of ultrasonically obtained sample indicates a determination pattern between the distribution of the fragment sizes of this sample and its GalA content on one side, and the water uptake capacity on the other side. The viscosity of ultrasonically extracted pectin solution was much higher than that of the solutions made using commercial pectin, which maybe because of the high concentration of galacturonic acid. When also considering the high degree of esterification, this might explain why the viscosity were higher for the ultrasonically extracted pectin. The researchers conclude that the purity, structure and rheological behaviour of pectin extracted by ultrasonic extraction from Malus domestica ‘Fălticeni’ apple pomace indicates promising applications of this soluble fiber. (cf. Dranca & Օրոյան 2019)

Պեկտինի արտադրության համար բարձրորակ ուլտրաձայնային արդյունահանող սարք

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը մշակման հուսալի տեխնոլոգիա է, որը հեշտացնում և արագացնում է բարձրորակ պեկտինների տարբեր հումքի արտադրությունը, ինչպիսիք են ցիտրուսային մրգերի ենթամթերքները և կեղևները, խնձորի մրգերը և շատ ուրիշներ: Hielscher Ultrasonics պորտֆոլիոն ընդգրկում է կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից մինչև արդյունաբերական արդյունահանման համակարգեր: Այսպիսով, մենք Hielscher-ում կարող ենք առաջարկել ձեզ ամենահարմար ուլտրաձայնային սարքը ձեր նախատեսվող պրոցեսի հզորության համար: Մեր երկարամյա փորձառու անձնակազմը կօգնի ձեզ տեխնիկատնտեսական հիմնավորումից և գործընթացի օպտիմալացումից մինչև ձեր ուլտրաձայնային համակարգի վերջնական արտադրության մակարդակի տեղադրումը:
Մեր ուլտրաձայնային արդյունահանող սարքերի փոքր ոտնահետքը, ինչպես նաև դրանց բազմակողմանիությունը տեղադրման տարբերակներում, ստիպում են դրանք տեղավորվել նույնիսկ փոքր տարածության մեջ պեկտինի մշակման օբյեկտներում: Ուլտրաձայնային պրոցեսորները տեղադրվում են ամբողջ աշխարհում սննդի, դեղագործական և սննդային հավելումների արտադրությունում:

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.