Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Rendimenti di pectina più elevati con l'estrazione a ultrasuoni

L'estrazione ad ultrasuoni permette di ottenere alti rendimenti di pectine di qualità superiore. Utilizzando la sonicazione, le pectine di valore possono essere prodotte in modo efficiente da scarti di frutta (ad esempio, sottoprodotti della lavorazione del succo) e altre materie prime biologiche. L'estrazione ad ultrasuoni pectina eccelle altre tecniche di estrazione producendo rendimenti più elevati, dando pectine di qualità superiore, e una procedura di estrazione rapida.

Estrazione intensificata di pectina mediante sonicazione

La pectina è utilizzata come gelificante, emulsionante e addensante in numerosi prodotti alimentari e come ingrediente in cosmetici e prodotti farmaceutici. L'estrazione industriale convenzionale della pectina avviene tramite l'estrazione con acqua calda, dove le materie prime come le bucce di agrumi, la sansa di mela e altri scarti di frutta vengono messe a bagno in acqua calda a 60-100 °C a pH basso (circa pH 1,5 - 3,5) per un lungo periodo di tempo. Ciò rende l'estrazione dell'acqua calda convenzionale un processo che richiede tempo ed energia, spesso non è nemmeno abbastanza efficiente da rilasciare elevate quantità di pectine disponibili nella materia prima.
Per superare l'inefficienza del metodo di produzione convenzionale, l'estrazione ad ultrasuoni viene applicata come tecnica di intensificazione del processo che riduce il tempo di estrazione e massimizza la resa di pectina in modo significativo rispetto all'estrazione tradizionale con acqua calda.

Il vantaggio dell'estrazione di pectina a ultrasuoni

L'estrazione ad ultrasuoni viene applicata in molti campi della produzione di estratti, ad esempio estratti botanici ed erboristici per alimenti, integratori, prodotti farmaceutici e cosmetici. Un esempio molto importante di estrazione ad ultrasuoni è l'estrazione di cannabidiolo (CBD) e altri composti dalla pianta di cannabis.
L'estrazione ad ultrasuoni è una tecnica di estrazione non termica, che impedisce così i composti bioattivi contro la degradazione termica. Tutti i parametri di processo ad ultrasuoni, come l'ampiezza, l'intensità, il tempo, la temperatura e la pressione, possono essere controllati con precisione. Ciò consente un controllo preciso del processo e della qualità e rende facile la ripetizione e la riproduzione dei risultati dell'estrazione una volta ottenuti. I produttori di estratti apprezzano gli ultrasuoni per l'affidabile ripetibilità del processo, che aiuta a standardizzare i processi e i prodotti.

Parametri di processo per l'estrazione della pectina a ultrasuoni

  • Intensità della sonicazione
  • Temperatura
  • Valore pH
  • durata
  • Dimensione delle particelle della materia prima
The ultrasonicator UIP4000hdT is a powerful extractor for industrial pectin production.

L'estrattore ad ultrasuoni UIP4000hdT è un potente estrattore da 4kW per la produzione industriale di pectina.

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La determinazione dei parametri di processo rilevanti permette di ottimizzare il processo di estrazione ad ultrasuoni per ottenere la massima efficienza e una qualità di estrazione superiore.
Ad esempio, la dimensione delle particelle della materia prima (ad esempio, le bucce di agrumi) è un fattore importante: Una dimensione delle particelle più piccola significa una maggiore superficie su cui le onde ultrasoniche agiscono. Una piccola dimensione delle particelle si traduce quindi in una maggiore resa di pectina, un grado di metilazione più basso e un rapporto più grande di rhamnogalacturonan (RG) regioni.
Il valore del pH del solvente di estrazione (cioè acqua + acido) è un altro parametro essenziale. Quando la pectina viene estratta in condizioni acide, molte regioni ramificate di rhamnogalacturonan del polimero vengono decomposte, in modo che rimangano principalmente regioni "diritte" di homogalacturonan (HG) con alcune molecole di zucchero neutre attaccate su o nella catena lineare principale.
L'estrazione della pectina ad ultrasuoni riduce il tempo di estrazione e abbassa la temperatura di processo richiesta, il che riduce la possibilità di una modifica indesiderata della pectina da parte degli acidi. Ciò consente di utilizzare gli acidi in condizioni limitate per modificare le pectine in modo preciso in base alle esigenze del prodotto.

Cosa rende l'estrazione della pectina a ultrasuoni così efficiente?

L'impatto dell'estrazione ad ultrasuoni influenza direttamente il gonfiore, la perforazione e la rottura delle pareti cellulari. Il trasferimento di massa indotta dagli ultrasuoni provoca l'idratazione del materiale pettinoso nella lamella centrale che porta alla rottura dei tessuti vegetali. La cavitazione e le forze di taglio ad ultrasuoni colpiscono direttamente le pareti cellulari e le rompono. Questi meccanismi portano ai risultati altamente efficienti dell'estrazione ad ultrasuoni.

La pectina estratta per via ultrasonica (anche la pectina estratta per cavitazione acustica, abbreviato ACAE) che aveva un peso molecolare inferiore e un grado di metossilazione più basso era più ricca di rhamnogalacturonan-I (RG-I) regione con lunghe catene laterali rispetto al calore convenzionale estratto (CHE) pectina estratta da analisi chimiche e FT-IR. Il consumo di energia per l'estrazione di pectina ulgtrasonica è stato significativamente inferiore rispetto al metodo di riscaldamento convenzionale, il che indica la sua promettente applicazione per la scala di produzione industriale.
(cfr. Wang et al., 2017)
Wang e i suoi colleghi (2017) sostengono anche che l'estrazione assistita da ultrasuoni (Emirati Arabi Uniti) ha dimostrato di essere un processo più economico e rispettoso dell'ambiente, con maggiore efficienza e meno costi rispetto all'estrazione con riscaldamento convenzionale (CHE).

Come funziona l'estrazione della pectina a ultrasuoni?

L'estrazione ad ultrasuoni si basa sugli effetti sonomeccanici degli ultrasuoni ad alta intensità. Per promuovere e intensificare l'estrazione della pectina tramite ultrasuoni, le onde ultrasoniche ad alta potenza sono accoppiate tramite una sonda ad ultrasuoni (chiamata anche corno ultrasonico o sonotrodo) nel mezzo liquido, cioè il liquame costituito dalla materia prima contenente pectina e dal solvente. Le onde ultrasoniche viaggiano attraverso il liquido e creano cicli alternati di bassa pressione / alta pressione. Durante i cicli di bassa pressione si creano minuscole bolle di vuoto (le cosiddette bolle di cavitazione) che crescono durante diversi cicli di pressione. Durante questi cicli di crescita delle bolle, i gas disciolti nel liquido entrano nella bolla di vuoto, in modo che la bolla di vuoto si trasformi in bolle di gas in crescita. Ad una certa dimensione, quando le bolle non possono assorbire più energia, implodono violentemente durante un ciclo di alta pressione. L'implosione della bolla è caratterizzata da intense forze cavitazionali, tra cui la temperatura e la pressione molto elevate che raggiungono rispettivamente fino a 4000K e 1000atm; così come i corrispondenti differenziali di alta temperatura e pressione. Queste turbolenze e forze di taglio generate ad ultrasuoni rompono le cellule dell'impianto e rilasciano le pectine intracellulari nel solvente a base d'acqua. Poiché la cavitazione ad ultrasuoni crea un trasferimento di massa molto intenso, la sonicazione si traduce in rendimenti eccezionalmente elevati in un tempo di elaborazione molto breve.

I perturbatori a ultrasuoni sono utilizzati per l'estrazione da fonti di fitofarmaci (ad esempio piante, alghe, funghi).

Estrazione ultrasonica da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo delle azioni durante l'estrazione ultrasonica dalle cellule (ingrandimento 2000x) [risorsa: Vilkhu et al. 2011].

Informazioni sulle pectine

La pectina è un eteropolisaccaride ramificato costituito da segmenti galatturonici a catena lunga e da altri zuccheri neutri come ramnosio, arabinosio, galattosio e xilosio. Per essere più specifici, la pectina è un blocco di copolimero costituito da acido galatturonico a catena lunga 1,4α e ramnosio a catena lunga 1,2 con rami laterali di β-D-galattosio, L-arabinosio e altre unità zuccherine. Dato che nella pectina si trovano diverse quantità di zucchero e diversi livelli di esterificazione del metile, la pectina non ha un peso molecolare definito come gli altri polisaccaridi. La pectina, che è specificata per l'uso negli alimenti, è definita come un eteropolisaccaride contenente almeno il 65% di unità di acido galatturonico. Applicando specifiche condizioni di estrazione, le pectine possono essere modificate e funzionalizzate con successo per soddisfare requisiti specifici. La produzione di pectine funzionalizzate e modificate è interessante per applicazioni speciali, ad esempio la pectina a basso metossile (LMP) per i prodotti farmaceutici.

The ultrasonicator UIP2000hdT is a 2kW extractor for industrial pectin production.

Estrattore batch a ultrasuoni UIP2000hdT con corno a cascata

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Pectine estratte dai rifiuti di frutta

Ultrasonic extraction is highly efficient to produce high-quality pectins from citrus waste.Gli scarti di frutta come le bucce, i residui di polpa di frutta (dopo la spremitura del succo di frutta) e altri sottoprodotti della frutta sono spesso fonti di pectina ricca. Mentre i prodotti di scarto della frutta sono spesso utilizzati come mangime per animali, l'estrazione della pectina è un uso più prezioso degli scarti della frutta.
L'estrazione ad ultrasuoni della pectina viene già effettuata con successo con bucce di agrumi (come arance, mandarini, pompelmi), bucce di melone, vinaccia di mela, barbabietola da zucchero, bucce di mango, scarti di pomodoro, così come jackfruit, frutto della passione, bucce di fico tra gli altri.

Casi di studio di estrazione della pectina a ultrasuoni

A causa degli svantaggi dell'estrazione convenzionale di pectina tramite calore, la ricerca e l'industria hanno già studiato alternative innovative come l'estrazione a ultrasuoni. In tal modo, sono disponibili numerose informazioni sui parametri di processo per diverse materie prime e dati di ottimizzazione del processo.

Estrazione ad ultrasuoni di pectina dalla pomace di mela

Dranca e Oroian (2019) hanno studiato il processo di estrazione assistita ad ultrasuoni della pectina dalla sansa di mela applicando varie condizioni ultrasoniche e utilizzando il design della superficie di risposta Box-Behnken. Hanno scoperto che l'ampiezza degli ultrasuoni influenza fortemente la resa e il grado di esterificazione della pectina estratta, mentre il pH di estrazione ha avuto un grande impatto su tutte e tre le risposte, cioè resa, contenuto di GalA e grado di esterificazione. Le condizioni ottimali per l'estrazione sono state il 100% di ampiezza, pH di 1,8, rapporto solido-liquido di 1:10 g/mL, e 30 minuti di sonicazione. In queste condizioni, la resa di pectina era del 9,183% e aveva un contenuto di GalA di 98,127 g/100 g e un grado di esterificazione dell'83,202%. Per impostare i risultati della pectina estratta ad ultrasuoni in relazione con la pectina commerciale, campione di pectina ottenuta per estrazione ad ultrasuoni in condizioni ottimali sono stati confrontati con campioni commerciali di agrumi e pectina di mela da FT-IR, DSC, analisi reologiche, e SEM. Le prime due tecniche hanno evidenziato alcune particolarità del campione di pectina estratto per estrazione ad ultrasuoni, come il range di distribuzione più ristretto del peso molecolare, la disposizione molecolare ordinata e l'elevato grado di esterificazione che era simile a quello delle pectine di mela disponibili in commercio. L'analisi delle caratteristiche morfologiche del campione ottenuto ad ultrasuoni indica un modello di determinazione tra la distribuzione delle dimensioni dei frammenti di questo campione e il suo contenuto di GalA da un lato e la capacità di assorbimento dell'acqua dall'altro. La viscosità della soluzione di pectina estratta ad ultrasuoni era molto più alta di quella delle soluzioni realizzate con pectina commerciale, che forse a causa dell'alta concentrazione di acido galatturonico. Se si considera anche l'alto grado di esterificazione, questo potrebbe spiegare perché la viscosità era più alta per la pectina estratta ad ultrasuoni. I ricercatori concludono che la purezza, la struttura e il comportamento reologico della pectina estratta per estrazione ultrasonica dalla vinaccia di mela Malus domestica 'Fălticeni' indicano promettenti applicazioni di questa fibra solubile. (cfr. Dranca & Oroian 2019)

Il metodo di estrazione della pectina ad ultrasuoni eccelle per

  • Rendimenti più elevati
  • Elaborazione più veloce
  • condizioni di lavorazione più miti
  • Miglioramento dell'efficienza complessiva
  • Funzionamento semplice e sicuro
  • ROI veloce

Estrattore ad ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di pectina

Ultrasonic extractor UIP4000hdT with flow-through setup for pectin extractionL'estrazione ad ultrasuoni è una tecnologia di lavorazione affidabile, che facilita e accelera la produzione di pectine di alta qualità varie materie prime come i sottoprodotti e le bucce di agrumi, la sansa di mela e molte altre. Il portafoglio Hielscher Ultrasonics copre l'intera gamma, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti ai sistemi di estrazione industriale. In questo modo, noi di Hielscher siamo in grado di offrirvi l'ecografo più adatto alla vostra capacità di processo prevista. Il nostro personale di lunga esperienza vi assisterà dai test di fattibilità e dall'ottimizzazione del processo all'installazione del vostro sistema ad ultrasuoni a livello di produzione finale.
L'ingombro ridotto dei nostri estrattori a ultrasuoni e la loro versatilità nelle opzioni di installazione li rendono adatti anche a impianti di trattamento della pectina in spazi ristretti. I processori ad ultrasuoni sono installati in tutto il mondo in impianti di produzione di alimenti, farmaci e integratori alimentari.

Ultrasuoni Hielscher – Sofisticate attrezzature per l'estrazione

Il portafoglio di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intera gamma di estrattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni, dalla piccola alla grande scala. Gli accessori aggiuntivi consentono di assemblare facilmente la configurazione di dispositivi ad ultrasuoni più adatta al vostro processo di estrazione della pectina. L'impostazione ottimale degli ultrasuoni dipende dalla capacità prevista, dal volume, dalla materia prima, dal lotto o dal processo in linea e dalla linea temporale.

Lotto e in linea

Gli ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati per l'elaborazione a flusso continuo e a batch. L'elaborazione a ultrasuoni in batch è ideale per il controllo del processo, l'ottimizzazione e la produzione di piccole e medie dimensioni. Per una produzione di grandi volumi di pectina, l'elaborazione in linea potrebbe essere più vantaggiosa. Un processo continuo di miscelazione in linea richiede un'impostazione sofisticata – che consiste in una pompa, tubi flessibili o tubazioni e serbatoi -, ma è altamente efficiente, rapido e richiede molta meno manodopera. Hielscher Ultrasonics ha la configurazione di estrazione più adatta per il vostro volume di estrazione e gli obiettivi di processo.

Estrattori ad ultrasuoni per ogni capacità di prodotto

Cella di flusso UIP4000hdT per sonicazione in linea su scala industrialeLa gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intero spettro dei processori ad ultrasuoni, dai compatti ultrasuoni da laboratorio ai sistemi da banco e pilota fino ai processori ad ultrasuoni completamente industriali con la capacità di processare carichi di camion all'ora. L'intera gamma di prodotti ci permette di offrirvi l'estrattore ad ultrasuoni più adatto per la vostra materia prima contenente pectina, la capacità di processo e gli obiettivi di produzione.
I sistemi da banco a ultrasuoni sono ideali per le prove di fattibilità e l'ottimizzazione dei processi. Lo scale-up lineare basato su parametri di processo stabiliti rende molto semplice l'aumento delle capacità di lavorazione da lotti più piccoli a una produzione completamente commerciale. L'up-scaling può essere effettuato sia installando un'unità di estrazione ad ultrasuoni più potente sia raggruppando diversi ultrasuoni in parallelo. Con l'UIP16000, Hielscher offre l'estrattore ad ultrasuoni più potente al mondo.

Ampiezze precisamente controllabili per risultati ottimali

Tutti gli ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e quindi affidabili nella produzione. L'ampiezza è uno dei parametri di processo cruciali che influenzano l'efficienza e l'efficacia dell'estrazione ad ultrasuoni della pectina dalla frutta e dai rifiuti organici.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Tutti i prodotti Hielscher Ultrasonics’ I processori consentono di impostare con precisione l'ampiezza. I sonotrodi e le trombe di richiamo sono accessori che permettono di modificare l'ampiezza in una gamma ancora più ampia. I processori industriali ad ultrasuoni di Hielscher sono in grado di fornire ampiezze molto elevate e di fornire l'intensità ultrasonica richiesta per le applicazioni più esigenti. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Le impostazioni precise dell'ampiezza e il monitoraggio permanente dei parametri di processo a ultrasuoni tramite un software intelligente vi danno la possibilità di trattare la vostra materia prima con le condizioni a ultrasuoni più efficaci. Sonicazione ottimale per i migliori risultati di estrazione!
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Questo rende l'apparecchiatura ad ultrasuoni di Hielscher uno strumento di lavoro affidabile che soddisfa le vostre esigenze di estrazione.

Test facili e senza rischi

I processi ad ultrasuoni possono essere scalati in modo completamente lineare. Ciò significa che ogni risultato ottenuto usando un laboratorio o un ultrasuonatore da banco, può essere scalato esattamente alla stessa uscita usando esattamente gli stessi parametri di processo. Ciò rende gli ultrasuoni ideali per prove di fattibilità senza rischi, per l'ottimizzazione del processo e la successiva implementazione nella produzione commerciale. Contattateci per sapere come la sonicazione può aumentare la produzione di estratto di pectina.

Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania

Come azienda a conduzione familiare e a conduzione familiare, Hielscher dà priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori ad ultrasuoni. Tutti gli ultrasonicatori sono progettati, fabbricati e accuratamente testati nella nostra sede centrale a Teltow vicino a Berlino, in Germania. Robustezza e affidabilità delle attrezzature ad ultrasuoni di Hielscher lo rendono un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7 e in ambienti esigenti è una caratteristica naturale dei miscelatori ad alte prestazioni di Hielscher.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Si prega di utilizzare il modulo sottostante per richiedere ulteriori informazioni sui processori ad ultrasuoni, le applicazioni e il prezzo. Saremo lieti di discutere il vostro processo con voi e di offrirvi un sistema ad ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze!









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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.

Letteratura / Referenze