超音波処理装置を用いたグレープフルーツ果皮からのペクチン抽出
超音波抽出装置を使用すると、果皮や果肉などの果実副産物からペクチンを非常に効率よく抽出できます。超音波処理は、信頼性が高く、操作が簡単で安全なペクチン抽出法であり、生産速度を高めながらペクチンの収量と品質を向上させます。以下では、グレープフルーツ果皮からペクチンを超音波抽出する効果的な手法を示します。
ペクチンの超音波抽出の手順
ペクチンの超音波抽出とは、原料（果皮、柑橘類の副産物など）からのペクチンの放出を促進するために、強力超音波を適用することです。超音波処理は、細胞壁を破壊し、植物材料からペクチンを放出させる、十分に確立された技術です。
以下に、プローブ型超音波処理装置を用いてグレープフルーツ果皮からペクチンを超音波抽出し、その後エタノールで沈殿させるプロトコルを示します：
使用する材料・器具：
- グレープフルーツ果皮50gr
- 精製水200mL
- エタノール400mL
- 超音波処理装置UP200St + ソノトロードS26d14
- ガラスビーカー
超音波処理装置UIP4000hdTは、4kWの強力な抽出装置で、 工業的なペクチン生産に使用されます。
原料の準備：
- 原料として柑橘類の果皮を用意します。このプロトコルでは、グレープフルーツの果皮を使用します。
- 柑橘類の果皮を十分に洗い、汚れや付着物を取り除きます。
- 抽出に利用できる表面積を増やすため、柑橘類の果皮を小さく切ります。
溶媒の選択：
水は安価で毒性がなく、抽出に適した溶媒です。ペクチンを分解することなく可溶化できるため、ペクチン抽出には水が一般的に使用されます。溶媒として使用する水に少量の酸（クエン酸、酢酸、硝酸、塩酸など）を加えると、植物材料からのペクチンの可溶化を助け、抽出プロセスを促進します。溶媒のpHを約2–3に調整することが適切な目安となります。
超音波抽出の手順：
- 細かく刻んだ柑橘類の果皮約50 grをビーカーまたはフラスコに入れます。
- 選択した溶媒約200 mlを柑橘類の果皮に加えます。
- プローブ型超音波処理装置を使用して、混合物を超音波で処理します。ここでは、ソノトロードS26d14を装備した、200ワットの強力な超音波抽出装置UP200Htを使用します。振幅を100%に設定します。
- 最適な抽出が達成されるまで、混合物を約10 min超音波処理します。
ろ過：
超音波処理後、あらかじめ湿らせた目の細かいメッシュまたはろ布を使用して混合物をろ過し、抽出したペクチン溶液を固形残渣であるグレープフルーツ果皮の粒子から分離します。このろ過操作を数回繰り返すことで、固形残渣をすべて確実に除去します。
エタノールによる沈殿：
- 抽出溶液からペクチンを沈殿させるために、エタノールが沈殿剤またはプロセス停止剤として一般的に使用されます。
- ろ過したペクチン溶液を清潔な容器に移します。
- 撹拌を続けながら、ペクチン溶液にエタノールを徐々に加えます。エタノールとペクチン溶液の比率は条件によって異なりますが、通常は体積比で約2:1（エタノール: 溶液）です。
- 溶液中のエタノールの最終濃度が約70–80%に達するまで、エタノールを加え続けます。この濃度はペクチンの沈殿を促進します。
- 沈殿を促進するため、混合物を十分な時間、通常は数時間または一晩静置します。
- 沈殿後、遠心分離またはろ過によって沈殿したペクチンを回収します。
- 沈殿したペクチンをエタノールで洗浄し、不純物と残留溶媒を取り除きます。
- 最後に、精製したペクチンを真空下または低温で乾燥させ、残っている水分を除去します。
ペクチン含有量と果実由来の原料には自然なばらつきがあるため、それに応じて抽出手順の調整が必要になる場合があります。つまり、柑橘類の果皮の種類、熟度、ペクチン収量、求めるペクチンの特性に応じて、具体的な抽出条件と沈殿条件を最適化する必要がある場合があります。重量分析や分光光度法などの分析手法を用いて、ペクチン含有量を定量し、抽出効率を評価できます。
超音波処理装置UP400St による抽出
残留テンサイパルプの1000x倍率のSEM像：(a) 抽出前、および (b) Xylanasae (250 U/g)、(c) セルラーゼ (300 U/g)、(d) Xylanasae+セルラーゼ (1:1)、(e) Xylanasae+セルラーゼ (1:1.5)、(f) Xylanasae+セルラーゼ (1:2) を用いたペクチン抽出後。
（研究および画像：Abou-Elseoud et al., 2021）
Hielscherの超音波処理装置による工業的なペクチン抽出
上記で示したペクチンの超音波抽出と同じ手順を、工業的なインライン生産へ線形にスケールアップできます。超音波フローセル反応器を使用すると、大量の果実副産物を連続的なインライン処理で処理できます。
Hielscher Ultrasonicsは、ペクチン生産に向けた果実・野菜原料の処理用に、高度な産業用超音波処理装置のラインアップを提供しています。
超音波処理は、ペクチン抽出だけでなく、果実の搾りかす、果肉、果皮、種子からのポリフェノールの分離にも使用されます。 詳細はこちらをご覧ください！
- 高い効率
- 最先端の技術
- 信頼性と堅牢性
- 調整可能で精密なプロセス制御
- バッチ処理とインライン処理
- あらゆる容量に対応
- インテリジェントなソフトウェア
- スマート機能（プログラム設定、データ記録、遠隔制御など）
- 簡単で安全な操作
- メンテナンスの負担が少ない
- CIP（定置洗浄）
以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています：
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 0.5–1.5mL | n.a. | VialTweeter | 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | さらに大きな流量 | クラスター構成の UIP16000 |
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設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質
Hielscherの超音波処理装置は、最高水準の品質と設計基準で広く知られています。堅牢性と操作の容易さにより、当社の超音波処理装置を産業設備に円滑に組み込むことができます。Hielscherの超音波処理装置は、過酷な条件や厳しい要求のある環境にも容易に対応します。
Hielscher UltrasonicsはISO認証企業であり、最先端技術と使いやすさを備えた高性能な超音波処理装置を特に重視しています。もちろん、Hielscherの超音波処理装置はCEに適合し、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。
Hielscher Ultrasonicsは、ラボ、パイロット、産業規模での混合用途、分散、乳化、抽出に使用する高性能な超音波ホモジナイザーを製造しています。
文献・参考資料
- Divyani Panwar, Parmjit S. Panesar, Harish K. Chopra (2023): Ultrasound-assisted extraction of pectin from Citrus limetta peels: Optimization, characterization, and its comparison with commercial pectin. Food Bioscience, Volume 51, 2023.
- 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.
知っておきたいペクチンの基礎知識
ペクチンは、植物、特に果実の細胞壁に存在する複雑な多糖類で、主にα-1,4-グリコシド結合で連結されたガラクツロン酸残基から構成されています。この構造配置がペクチンに独特の特性を与え、さまざまな産業用途を持つ汎用性の高い生体分子にしています。
天然の状態では、ペクチンはメチル化度の異なる高分子の不均一な混合物として存在し、そのため多様な機能特性を示します。メチル化度はペクチンのゲル形成能力に影響し、低メトキシルペクチンは高メトキシルペクチンよりも強いゲルを形成します。
ペクチンの機能は、水、金属イオン、糖、その他の高分子と相互作用する能力に由来します。特にゲル化特性により、食品産業や製薬産業で価値のある成分となっています。ペクチンは、ジャム、ゼリー、果実の砂糖煮、菓子類、乳製品デザートなどの食品で、ゲル化剤、安定剤、増粘剤として一般的に使用されます。医薬品では、薬物の放出を制御するマトリックスとして、また錠剤製剤の結合剤として使用されます。
食品分野や医薬品分野以外にも、ペクチンはさまざまな産業で利用されています。化粧品産業では、エマルションの安定剤やスキンケア製品の皮膜形成剤として使用されます。また、ペクチンは生体適合性と生分解性を持つため、創傷治癒、組織工学、薬物送達システムなど、生物医学分野への応用の可能性も示しています。
こうした多様な機能と生体適合性により、ペクチンは複数の産業にわたる幅広い用途を持つ、価値のある生体材料となっています。
Hielscher Ultrasonicsは、高性能な超音波ホモジナイザーを ラボ規模 から 産業規模まで製造しています。