Պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանում մրգերից և բիո-թափոններից

• Պեկտինները շատ հաճախ օգտագործվող սննդային հավելումներ են, որոնք հիմնականում ավելացվում են դոնդողացնող ազդեցության համար:
• Ուլտրաձայնային արդյունահանումը զգալիորեն մեծացնում է պեկտինի քաղվածքների բերքատվությունը և որակը:
• Sonication-ը հայտնի է իր գործընթացն ուժեղացնող էֆեկտներով, որոնք արդեն օգտագործվում են բազմաբնույթ արդյունաբերական գործընթացներում:

Պեկտիններ և պեկտինի արդյունահանում

Պեկտինը բնական բարդ պոլիսախարիդ է (հետերոպոլիսախարիդ), որը հայտնաբերված է հատկապես մրգերի բջիջների պատերում, հատկապես ցիտրուսային մրգերում և խնձորի մրգերում: Պեկտինի բարձր պարունակությունը հայտնաբերված է ինչպես խնձորի, այնպես էլ ցիտրուսային մրգերի կեղևներում: Խնձորի հատիկները պարունակում են 10-15% պեկտին չոր նյութի վրա, մինչդեռ ցիտրուսային կեղևը պարունակում է 20-30%: Պեկտինները կենսահամատեղելի են, կենսաքայքայվող և վերականգնվող և ցուցադրում են մեծ գելացնող և խտացնող հատկություններ, ինչը նրանց դարձնում է բարձր արժեքավոր հավելում: Պեկտինները լայնորեն օգտագործվում են սննդի, կոսմետիկայի և դեղագործական ապրանքների մեջ՝ որպես ռեոլոգիայի փոփոխիչ, ինչպիսիք են էմուլգատորը, գելացնող միջոցը, ապակեպատիչը, կայունացուցիչը և խտացուցիչը:
Արդյունաբերական կիրառությունների համար սովորական պեկտինի արդյունահանումն իրականացվում է թթվային կատալիզացված գործընթացների միջոցով (ազոտական, աղաթթվի կամ ծծմբաթթվի օգտագործմամբ): Թթվային կատալիզացված արդյունահանումը արդյունաբերական պեկտինի արտադրության մեջ ամենահաճախ հանդիպող գործընթացն է, քանի որ արդյունահանման մյուս մեթոդները, ինչպիսիք են ուղղակի եռացումը (60ºC-100ºC) մինչև 24 ժամ տևողությամբ և ցածր pH (1.0-3.0) դանդաղ և ցածր եկամտաբերություն ունեն և կարող են առաջացնել ջերմություն: արդյունահանվող մանրաթելի դեգրադացիան և պեկտինի ելքը երբեմն սահմանափակվում է գործընթացի պայմաններով: Այնուամենայնիվ, թթվային կատալիզացված արդյունահանումը ունի նաև իր թերությունները. կոշտ թթվային բուժումը առաջացնում է պեկտինային շղթաների ապապոլիմերացում և դեստերիզացում, ինչը բացասաբար է անդրադառնում պեկտինի որակի վրա: Թթվային արտահոսքի մեծ ծավալների արտադրությունը պահանջում է հետմշակման և թանկարժեք վերամշակման մշակում, ինչը գործընթացը դարձնում է բնապահպանական բեռ:

Պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանում

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը մեղմ, ոչ ջերմային բուժում է, որը կիրառվում է սննդի բազմազան պրոցեսների համար: Ինչ վերաբերում է մրգերից և բանջարեղենից պեկտինների արդյունահանմանը, ապա sonication-ը արտադրում է բարձրորակ պեկտին: Ուլտրաձայնային եղանակով արդյունահանվող պեկտինները գերազանցում են իրենց անհիդրոուրոնաթթվի, մեթոքսիլային և կալցիումի պեկտատի պարունակությամբ, ինչպես նաև էսթերֆիկացման աստիճանով: Ուլտրաձայնային արդյունահանման մեղմ պայմանները կանխում են ջերմային զգայուն պեկտինների ջերմային քայքայումը:
Պեկտինի որակը և մաքրությունը կարող են տարբեր լինել՝ կախված անհիդրոգալակտուրոնաթթվից, էսթերֆիկացման աստիճանից, արդյունահանվող պեկտինի մոխրի պարունակությունից: Բարձր մոլեկուլային քաշով և ցածր մոխրի (10%-ից ցածր) պարունակությամբ պեկտինը բարձր անհիդրոգալակտուրոնաթթվով (65%-ից բարձր) հայտնի է որպես լավ որակի պեկտին: Քանի որ ուլտրաձայնային բուժման ինտենսիվությունը կարող է շատ ճշգրիտ վերահսկվել, պեկտինի էքստրակտի հատկությունների վրա կարող են ազդել ամպլիտուդը, արդյունահանման ջերմաստիճանը, ճնշումը, պահպանման ժամանակը և լուծիչը կարգավորելը:

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

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը կարող է իրականացվել՝ օգտագործելով տարբեր լուծիչներ ինչպիսիք են ջուրը, կիտրոնաթթուն, ազոտաթթվի լուծույթը (HNO₃, pH 2.0), կամ ամոնիումի օքսալատ/օքսալաթթու, ինչը հնարավորություն է տալիս նաև ինտեգրել արդյունահանման առկա գծերի մեջ (retro-fitting):

Մրգային թափոնները որպես աղբյուր. Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հետազոտությունն արդեն հաջողությամբ կիրառվել է խնձորի խմիչքից, ցիտրուսային մրգերի կեղևից (օրինակ՝ նարինջ, կիտրոն, գրեյպֆրուտ), խաղողի մրգից, նռան, շաքարի ճակնդեղի միջուկից, վիշապի մրգի կեղևից, փշոտ տանձի կեղևից, փշոտ տանձի կեղևից, և մանգոյի կեղևները:

Պեկտինի տեղումներ ուլտրաձայնային արդյունահանումից հետո

Էթանոլի ավելացումը քաղվածքի լուծույթին կարող է օգնել պեկտինի առանձնացմանը մի գործընթացի միջոցով, որը կոչվում է տեղումներ: Պեկտինը, որը բարդ պոլիսախարիդ է, որը գտնվում է բույսերի բջիջների պատերում, նորմալ պայմաններում լուծելի է ջրում։ Այնուամենայնիվ, էթանոլի ավելացումով լուծիչի միջավայրը փոխելով, պեկտինի լուծելիությունը կարող է կրճատվել՝ հանգեցնելով լուծույթից դրա տեղումների:

Էթանոլի օգտագործմամբ պեկտինային տեղումների քիմիան կարելի է բացատրել երեք ռեակցիաներով.

• Ջրածնային կապերի խախտումՊեկտինի մոլեկուլները միմյանց հետ պահվում են ջրածնային կապերով, որոնք նպաստում են դրանց լուծելիությանը ջրում: Էթանոլը խաթարում է այս ջրածնային կապերը՝ մրցելով ջրի մոլեկուլների հետ՝ պեկտինի մոլեկուլների վրա կապող վայրերի համար: Քանի որ էթանոլի մոլեկուլները փոխարինում են ջրի մոլեկուլները պեկտինի մոլեկուլների շուրջ, պեկտինի մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերը թուլանում են՝ նվազեցնելով դրանց լուծելիությունը լուծիչում:
• Նվազեցված վճարունակ բևեռականություն. Էթանոլն ավելի քիչ բևեռային է, քան ջուրը, ինչը նշանակում է, որ այն ավելի ցածր կարողություն ունի լուծելու բևեռային նյութերը, ինչպիսին է պեկտինը: Քանի որ էթանոլը ավելացվում է էքստրակտի լուծույթին, լուծիչի ընդհանուր բևեռականությունը նվազում է, ինչը թույլ է տալիս պեկտինի մոլեկուլների լուծույթում մնալը: Սա հանգեցնում է լուծույթից պեկտինի տեղումների, քանի որ այն դառնում է ավելի քիչ լուծելի էթանոլ-ջուր խառնուրդում:
• Պեկտինի կոնցենտրացիայի բարձրացում. Քանի որ պեկտինի մոլեկուլները նստում են լուծույթից, մնացած լուծույթում պեկտինի կոնցենտրացիան մեծանում է: Սա թույլ է տալիս ավելի հեշտ տարանջատել պեկտինը հեղուկ փուլից ֆիլտրման կամ ցենտրիֆուգման միջոցով:

Էթանոլի օգտագործմամբ պեկտինի նստեցումը պարզ և արդյունավետ մեթոդ է էքստրակտի լուծույթից պեկտինները մեկուսացնելու համար, որը գործընթացի քայլ է, որը հեշտությամբ կարող է իրականացվել պեկտինի ուլտրաձայնային արդյունահանումից հետո: Էթանոլի ավելացումը էքստրակտային լուծույթին փոխում է լուծիչի միջավայրն այնպես, որ նվազեցնում է պեկտինի լուծելիությունը՝ հանգեցնելով դրա նստեցմանը և հետագա անջատմանը լուծույթից: Այս տեխնիկան սովորաբար օգտագործվում է բույսերի նյութերից պեկտինի արդյունահանման և մաքրման համար՝ տարբեր արդյունաբերական և սննդային կիրառությունների համար:

Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր

Hielscher Ultrasonics-ը ձեր գործընկերն է բուսաբանական նյութերից արդյունահանման գործընթացների համար: Անկախ նրանից, թե դուք ցանկանում եք փոքր քանակությամբ արդյունահանել հետազոտության և վերլուծության համար կամ մշակել մեծ ծավալներ կոմերցիոն արտադրության համար, մենք ձեզ համար ունենք համապատասխան ուլտրաձայնային արդյունահանող սարք: Մեր ուլտրաձայնային լաբորատոր հոմոգենիզատորները, ինչպես նաև մեր նստարանային և արդյունաբերական ձայնագրիչները ամուր են, օգտագործման համար դյուրին և կառուցված 24/7 աշխատանքի համար՝ լրիվ ծանրաբեռնվածության ներքո: Աքսեսուարների լայն տեսականի, ինչպիսիք են սոնոտրոդները (ուլտրաձայնային զոնդերը/եղջյուրները) տարբեր չափերի և ձևերի, հոսքի բջիջների և ռեակտորների և ուժեղացուցիչների համար, թույլ են տալիս օպտիմալ կարգավորել հատուկ արդյունահանման գործընթացը:
Բոլոր թվային ուլտրաձայնային մեքենաները հագեցած են գունավոր սենսորային էկրանով, տվյալների ավտոմատ արձանագրման համար ինտեգրված SD քարտով և բրաուզերի հեռակառավարմամբ՝ գործընթացի համապարփակ մոնիտորինգի համար: Hielscher-ի բարդ ուլտրաձայնային համակարգերի շնորհիվ պարզ է դառնում գործընթացի ստանդարտացումը և որակի վերահսկումը:
Կապվեք մեզ հետ այսօր՝ քննարկելու ձեր պեկտինի արդյունահանման գործընթացի պահանջները: Մենք ուրախ կլինենք օգնել ձեզ ուլտրաձայնային արդյունահանման մեր երկարաժամկետ փորձով և օգնել ձեզ հասնել գործընթացի ամենաբարձր արդյունավետության և պեկտինի օպտիմալ որակի:

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

Ուլտրաձայնային պեկտինի արդյունահանման հետազոտության արդյունքները

Լոլիկի թափոններ. Ռեֆլյուքսային պրոցեդուրաներում երկար արդյունահանման ժամանակներից (12-24 ժամ) խուսափելու համար օգտագործվել է ուլտրաձայնային արդյունահանման գործընթացի ինտենսիվացման համար ժամանակային առումով (15, 30, 45, 60 և 90 րոպե): Կախված արդյունահանման ժամանակներից, ստացված պեկտինի ելքը ուլտրաձայնային արդյունահանման առաջին փուլի համար, 60°C և 80°C ջերմաստիճաններում համապատասխանաբար կազմում է 15,2–17,2% և 16,3–18,5%։ երբ կիրառվեց ուլտրաձայնային արդյունահանման երկրորդ քայլը, լոլիկի թափոններից պեկտինների բերքատվությունը բարձրացվեց մինչև 34-36%, կախված ջերմաստիճանից և ժամանակից): Ակնհայտ է, որ ուլտրաձայնային արդյունահանումը մեծացնում է լոլիկի բջջային պատի մատրիցայի խզումը, ինչը հանգեցնում է լուծիչի և արդյունահանվող նյութի ավելի լավ փոխազդեցության:
Ուլտրաձայնային եղանակով արդյունահանվող պեկտինները կարող են դասակարգվել որպես բարձր մեթոքսիլ պեկտիններ (HM-pectin)՝ արագ կարգավորվող գելացնող հատկություններով (DE > 70%) և 73,3–85,4% էստերացման աստիճան։ n. Ուլտրաձայնային եղանակով արդյունահանվող պեկտինում կալցիումի պեկտատի պարունակությունը չափվել է 41,4%-ից մինչև 97,5%՝ կախված արդյունահանման պարամետրերից (ջերմաստիճան և ժամանակ): Ուլտրաձայնային արդյունահանման ավելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում կալցիումի պեկտատի պարունակությունն ավելի բարձր է (91–97%) և որպես այդպիսին ներկայացնում է պեկտինի ժելացման կարողության կարևոր պարամետր՝ համեմատած սովորական արդյունահանման հետ:
Սովորական լուծիչով արդյունահանումը 24 ժամ տևողությամբ տալիս է պեկտինի համանման ելք՝ համեմատած 15 րոպե ուլտրաձայնային արդյունահանման բուժման հետ: Ստացված արդյունքներից կարելի է եզրակացնել, որ ուլտրաձայնային բուժումը զգալիորեն նվազեցնում է արդյունահանման ժամանակը: NMR և FTIR սպեկտրոսկոպիան հաստատում է հիմնականում էստերացված պեկտինի առկայությունը բոլոր հետազոտված նմուշներում: [Grassino et al. 2016]

Կրքի մրգի կեղև. Որպես արդյունահանման արդյունավետության ցուցիչներ դիտարկվել են արդյունահանման եկամտաբերությունը, գալակտուրոնաթթուն և էսթերֆիկացման աստիճանը: Ուլտրաձայնային օգնությամբ ստացված պեկտինի ամենաբարձր եկամտաբերությունը եղել է 12,67% (արդյունահանման պայմանները 85ºC, 664 Վտ/սմ2, pH 2,0 և 10 րոպե): Այս նույն պայմանների համար կատարվել է սովորական ջեռուցման արդյունահանում և արդյունքը կազմել է 7,95%: Այս արդյունքները համապատասխանում են այլ ուսումնասիրություններին, որոնք ներկայացնում են ուլտրաձայնային օգնությամբ պոլիսախարիդների, այդ թվում՝ պեկտինի, կիսցելյուլոզների և ջրում լուծվող այլ պոլիսախարիդների արդյունավետ արդյունահանման կարճ ժամանակ: Դիտարկվել է նաև, որ արդյունահանման ելքը աճել է 1,6 անգամ, երբ արդյունահանումն իրականացվում է ուլտրաձայնային օգնությամբ: Ստացված արդյունքները ցույց տվեցին, որ ուլտրաձայնային հետազոտությունը արդյունավետ և ժամանակ խնայող մեթոդ էր կրքի մրգի կեղևից պեկտինի արդյունահանման համար: [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Փշոտ տանձի կլադոդներ. Լորձաթաղանթի հեռացումից հետո Opuntia ficus indica (OFI) կլադոդներից պեկտինի ուլտրաձայնային օգնությամբ (ԱՄԷ) արդյունահանումը փորձ է արվել՝ օգտագործելով պատասխան մակերեսի մեթոդաբանությունը: Գործընթացի փոփոխականները օպտիմիզացվել են իզովարիանտ կենտրոնական կոմպոզիտային դիզայնի միջոցով՝ պեկտինի արդյունահանման ելքը բարելավելու նպատակով: Ձեռք բերված օպտիմալ պայմանն էր՝ ձայնային ախտահանման ժամանակը 70 րոպե, ջերմաստիճանը 70, pH 1,5 և ջուր-նյութ հարաբերակցությունը 30 մլ/գ։ Այս պայմանը հաստատվել է, և փորձնական արդյունահանման կատարողականը կազմել է 18,14% ± 1,41%, ինչը սերտորեն կապված է կանխատեսված արժեքի հետ (19,06%): Այսպիսով, ուլտրաձայնային արդյունահանումը խոստումնալից այլընտրանք է սովորական արդյունահանման գործընթացին՝ շնորհիվ իր բարձր արդյունավետության, որը ձեռք է բերվել ավելի քիչ ժամանակում և ավելի ցածր ջերմաստիճաններում: OFI cladodes-ից (UAEPC) ուլտրաձայնային արդյունահանմամբ արդյունահանվող պեկտինն ունի ցածր էստերիկացման աստիճան, ուրոնաթթվի բարձր պարունակություն, կարևոր ֆունկցիոնալ հատկություններ և լավ հակառադիկալային ակտիվություն: Այս արդյունքները կողմ են UAEPC-ի օգտագործմանը որպես պոտենցիալ հավելանյութ սննդի արդյունաբերության մեջ: [Bayar et al. 2017]

Խաղողի պոմաս. Հետազոտական աշխատանքում «Ուլտրաձայնային օգնությամբ պեկտինների արդյունահանումը խաղողի մածուկից՝ կիտրոնաթթվի օգտագործմամբ. մակերեսային արձագանքման մեթոդաբանության մոտեցում», խաղողի մածուկից պեկտիններ հանելու համար օգտագործվում է sonication՝ որպես արդյունահանող միջոց կիտրոնաթթուով: Համաձայն արձագանքման մակերևույթի մեթոդաբանության՝ պեկտինի ամենաբարձր եկամտաբերությունը (~32.3%) կարելի է ձեռք բերել, երբ ուլտրաձայնային արդյունահանման գործընթացն իրականացվում է 75ºC ջերմաստիճանում 60 րոպեի ընթացքում՝ օգտագործելով pH 2.0 կիտրոնաթթվի լուծույթ: Այս պեկտիկական պոլիսախարիդները, որոնք կազմված են հիմնականում գալակտուրոնաթթվի միավորներից (ընդհանուր շաքարների մոտ 97%-ը), ունեն միջին մոլեկուլային քաշը 163,9 կԴա և էսթերֆիկացման աստիճանը (DE)՝ 55,2%։
Խաղողի մակերևույթի մորֆոլոգիան ցույց է տալիս, որ ձայնային լուծույթը կարևոր դեր է խաղում բուսական հյուսվածքը քայքայելու և արդյունահանման բերքատվությունը բարձրացնելու գործում: Օպտիմալ պայմաններով պեկտինների ուլտրաձայնային արդյունահանումից հետո ստացված եկամտաբերությունը (75°C, 60 րոպե, pH 2.0) 20%-ով ավելի բարձր էր, քան ստացված եկամտաբերությունը, երբ արդյունահանումն իրականացվեց ջերմաստիճանի, ժամանակի և pH-ի նույն պայմանների կիրառմամբ, բայց առանց ուլտրաձայնային օգնություն: Բացի այդ, ուլտրաձայնային արդյունահանման պեկտինները նույնպես ավելի բարձր միջին մոլեկուլային քաշ են ցուցադրել: [Minjares-Fuentes et al. 2014]