ულტრაბგერითი პექტინის ექსტრაქცია ხილისა და ბიო-ნარჩენებისგან

• პექტინები არის ძალიან ხშირად გამოყენებული საკვები დანამატი, რომელსაც ძირითადად ემატება მისი გელის ეფექტისთვის.
• ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მნიშვნელოვნად ზრდის პექტინის ექსტრაქტების მოსავლიანობას და ხარისხს.
• Sonication ცნობილია თავისი პროცესის გამაძლიერებელი ეფექტებით, რომლებიც უკვე გამოიყენება მრავალმხრივ ინდუსტრიულ პროცესებში.

პექტინები და პექტინის ექსტრაქცია

პექტინი არის ბუნებრივი კომპლექსური პოლისაქარიდი (ჰეტეროპოლისაქარიდი), რომელიც გვხვდება განსაკუთრებით ხილის უჯრედის კედლებში, განსაკუთრებით ციტრუსოვან ხილსა და ვაშლის წიპწაში. პექტინის მაღალი შემცველობა გვხვდება როგორც ვაშლის, ასევე ციტრუსის ხილის ქერქში. ვაშლის წიწაკა შეიცავს 10-15% პექტინს მშრალ ნივთიერებაზე, ხოლო ციტრუსის ქერქი შეიცავს 20-30%. პექტინები ბიოშეთავსებადი, ბიოდეგრადირებადი და განახლებადია და ავლენენ დიდ გელისა და გასქელებას თვისებებს, რაც მათ უაღრესად ღირებულ დანამატად აქცევს. პექტინები ფართოდ გამოიყენება საკვებში, კოსმეტიკასა და ფარმაცევტულ პროდუქტებში, როგორც რეოლოგიის მოდიფიკატორი, როგორიცაა ემულგატორი, გელის აგენტი, მინანქრის აგენტი, სტაბილიზატორი და გასქელება.
ჩვეულებრივი პექტინის მოპოვება სამრეწველო გამოყენებისთვის ხორციელდება მჟავით კატალიზირებული პროცესების გამოყენებით (აზოტის, მარილმჟავას ან გოგირდის მჟავის გამოყენებით). მჟავით კატალიზებული ექსტრაქცია არის ყველაზე ხშირად გავრცელებული პროცესი სამრეწველო პექტინის წარმოებაში, რადგან მოპოვების სხვა ტექნიკა, როგორიცაა პირდაპირი დუღილი (60ºC-100ºC) 24 საათამდე და დაბალი pH (1.0-3.0) არის ნელი და დაბალი მოსავლიანობა და შეიძლება გამოიწვიოს თერმული. მოპოვებული ბოჭკოების დეგრადაცია და პექტინის მოსავლიანობა ზოგჯერ შეზღუდულია პროცესის პირობებით. თუმცა, მჟავით კატალიზირებულ ექსტრაქციას აქვს თავისი ნაკლოვანებებიც: მკაცრი მჟავე დამუშავება იწვევს პექტინის ჯაჭვების დეპოლიმერიზაციას და დეესტერიფიკაციას, რაც უარყოფითად მოქმედებს პექტინის ხარისხზე. მჟავე ჩამდინარე წყლების დიდი მოცულობის წარმოება მოითხოვს შემდგომ დამუშავებას და ძვირადღირებულ გადამუშავებას, რაც პროცესს ეკოლოგიურ ტვირთად აქცევს.

ულტრაბგერითი პექტინის ექსტრაქცია

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის რბილი, არათერმული მკურნალობა, რომელიც გამოიყენება მრავალჯერადი კვების პროცესების დროს. რაც შეეხება ხილიდან და ბოსტნეულიდან პექტინების მოპოვებას, სონიკა აწარმოებს მაღალი ხარისხის პექტინს. ულტრაბგერითი მოპოვებული პექტინები გამოირჩევიან მათი ანჰიდრურონის მჟავით, მეთოქსილისა და კალციუმის პექტატის შემცველობით, აგრეთვე ესტერიფიკაციის ხარისხით. ულტრაბგერითი ექსტრაქციის რბილი პირობები ხელს უშლის სითბოსადმი მგრძნობიარე პექტინების თერმულ დეგრადაციას.
პექტინის ხარისხი და სისუფთავე შეიძლება განსხვავდებოდეს ანჰიდროგალაქტურონის მჟავის, ესტერიფიკაციის ხარისხის, მოპოვებული პექტინის ნაცრის შემცველობის მიხედვით. მაღალი მოლეკულური წონის მქონე პექტინი და ფერფლის დაბალი შემცველობა (10%-ზე დაბალი) მაღალი ანჰიდროგალაქტურონის მჟავით (65%-ზე მეტი) ცნობილია როგორც კარგი ხარისხის პექტინი. ვინაიდან ულტრაბგერითი მკურნალობის ინტენსივობა შეიძლება ძალიან ზუსტად იყოს კონტროლირებადი, პექტინის ექსტრაქტის თვისებებზე შეიძლება გავლენა იქონიოს ამპლიტუდის, ექსტრაქციის ტემპერატურის, წნევის, შეკავების დროისა და გამხსნელის რეგულირებით.

 
იპოვეთ გრეიფრუტის ქერქიდან პექტინის ულტრაბგერითი ექსტრაქციის პროტოკოლი, რომელიც ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ ვიდეოში!
 

ულტრაბგერითი მოპოვება შესაძლებელია სხვადასხვა გზით გამხსნელები როგორიცაა წყალი, ლიმონმჟავა, აზოტის მჟავა ხსნარი (HNO₃, pH 2.0), ან ამონიუმის ოქსალატის/ოქსილის მჟავას, რაც ასევე შესაძლებელს ხდის სონიკაციის ინტეგრირებას არსებულ ექსტრაქციის ხაზებში (რეტრო-ფიტინგი).

ხილის ნარჩენები, როგორც წყარო: მაღალი ეფექტურობის ულტრაბგერა უკვე წარმატებით იქნა გამოყენებული ვაშლის წიწაკის, ციტრუსის ხილის ქერქისგან (როგორიცაა ფორთოხალი, ლიმონი, გრეიფრუტი), ყურძნის ფაფუკი, ბროწეული, შაქრის ჭარხლის რბილობი, დრაკონის ნაყოფის კანი, ეკლიანი მსხლის კლადოდები, ვნების ხილის კანიდან პექტინების იზოლირება. და მანგოს ქერქი.

პექტინის ნალექი ულტრაბგერითი ექსტრაქციის შემდეგ

ექსტრაქტის ხსნარში ეთანოლის დამატებამ შეიძლება ხელი შეუწყოს პექტინის გამოყოფას პროცესის საშუალებით, რომელსაც ეწოდება ნალექი. პექტინი, რთული პოლისაქარიდი, რომელიც გვხვდება მცენარეების უჯრედის კედლებში, ნორმალურ პირობებში წყალში ხსნადია. თუმცა, გამხსნელი გარემოს შეცვლით ეთანოლის დამატებით, პექტინის ხსნადობა შეიძლება შემცირდეს, რაც იწვევს მის დალექვას ხსნარიდან.

ეთანოლის გამოყენებით პექტინის ნალექის ქიმია შეიძლება აიხსნას სამი რეაქციით:

• წყალბადის ბმების დარღვევა: პექტინის მოლეკულები ერთმანეთთან იმართება წყალბადის ბმებით, რაც ხელს უწყობს მათ წყალში ხსნადობას. ეთანოლი არღვევს ამ წყალბადის ობლიგაციებს, კონკურენციას უწევს წყლის მოლეკულებს პექტინის მოლეკულებზე შეკავშირების ადგილებისთვის. როდესაც ეთანოლის მოლეკულები ცვლის წყლის მოლეკულებს პექტინის მოლეკულების გარშემო, წყალბადის ბმები პექტინის მოლეკულებს შორის სუსტდება, რაც ამცირებს მათ ხსნადობას გამხსნელში.
• გამხსნელის პოლარობის დაქვეითება: ეთანოლი ნაკლებად პოლარულია ვიდრე წყალი, რაც იმას ნიშნავს, რომ მას აქვს უფრო დაბალი უნარი დაითხოვოს პოლარული ნივთიერებები, როგორიცაა პექტინი. როგორც ეთანოლი ემატება ექსტრაქტის ხსნარს, გამხსნელის საერთო პოლარობა მცირდება, რაც ნაკლებად ხელსაყრელია პექტინის მოლეკულებისთვის ხსნარში დარჩენისთვის. ეს იწვევს პექტინის დალექვას ხსნარიდან, რადგან ის ნაკლებად ხსნადი ხდება ეთანოლ-წყლის ნარევში.
• პექტინის კონცენტრაციის გაზრდა: როდესაც პექტინის მოლეკულები ხსნარიდან გამოდის, პექტინის კონცენტრაცია დარჩენილ ხსნარში იზრდება. ეს საშუალებას იძლევა პექტინის უფრო ადვილად გამოყოფა თხევადი ფაზიდან ფილტრაციის ან ცენტრიფუგაციის გზით.

ეთანოლის გამოყენებით პექტინის დალექვა მარტივი და ეფექტური მეთოდია ექსტრაქტის ხსნარიდან პექტინების იზოლირებისთვის, რაც წარმოადგენს პროცესის საფეხურს, რომელიც ადვილად შეიძლება ჩატარდეს პექტინის ულტრაბგერითი ექსტრაქციის შემდეგ. ექსტრაქტის ხსნარში ეთანოლის დამატება ცვლის გამხსნელის გარემოს ისე, რომ ამცირებს პექტინის ხსნადობას, რაც იწვევს მის დალექვას და შემდგომ გამოყოფას ხსნარიდან. ეს ტექნიკა ჩვეულებრივ გამოიყენება მცენარეული მასალისგან პექტინის მოპოვებისა და გაწმენდისთვის სხვადასხვა სამრეწველო და კვების მიზნებისათვის.

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი

Hielscher Ultrasonics არის თქვენი პარტნიორი ბოტანიკური პროდუქტებიდან მოპოვების პროცესებში. თუ გსურთ მცირე რაოდენობით ამოღება კვლევისა და ანალიზისთვის ან დიდი მოცულობის დამუშავება კომერციული წარმოებისთვის, ჩვენ გვაქვს თქვენთვის შესაფერისი ულტრაბგერითი ექსტრაქტორი. ჩვენი ულტრაბგერითი ლაბორატორიული ჰომოგენიზატორები, ისევე როგორც ჩვენი სკამების და სამრეწველო სონიკატორები არის მტკიცე, ადვილად გამოსაყენებელი და შექმნილია 24/7 მუშაობისთვის სრული დატვირთვით. აქსესუარების ფართო სპექტრი, როგორიცაა sonotrodes (ულტრაბგერითი ზონდები / რქები) სხვადასხვა ზომის და ფორმის, ნაკადის უჯრედები და რეაქტორები და გამაძლიერებლები იძლევა ოპტიმალური დაყენების საშუალებას თქვენთვის კონკრეტული მოპოვების პროცესისთვის.
ყველა ციფრული ულტრაბგერითი აპარატი აღჭურვილია ფერადი სენსორული დისპლეით, ინტეგრირებული SD ბარათით მონაცემთა ავტომატური პროტოკოლისთვის და ბრაუზერის დისტანციური მართვის პულტით პროცესის ყოვლისმომცველი მონიტორინგისთვის. Hielscher-ის დახვეწილი ულტრაბგერითი სისტემებით, პროცესის მაღალი სტანდარტიზაცია და ხარისხის კონტროლი მარტივია.
დაგვიკავშირდით დღეს თქვენი პექტინის მოპოვების პროცესის მოთხოვნების განსახილველად! მოხარული ვიქნებით დაგეხმაროთ ულტრაბგერითი ექსტრაქციის გრძელვადიანი გამოცდილებით და დაგეხმარებით პროცესის უმაღლესი ეფექტურობისა და პექტინის ოპტიმალური ხარისხის მიღწევაში!

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:

ულტრაბგერითი პექტინის ექსტრაქციის კვლევის შედეგები

პომიდვრის ნარჩენები: რეფლუქსის პროცედურაში ხანგრძლივი ექსტრაქციის დროის (12-24 სთ) თავიდან აცილების მიზნით, ულტრაბგერითი გამოიყენებოდა ექსტრაქციის პროცესის გაძლიერებისათვის დროის თვალსაზრისით (15, 30, 45, 60 და 90 წთ). ექსტრაქციის დროიდან გამომდინარე, მიღებული პექტინის მოსავლიანობა პირველი ულტრაბგერითი ექსტრაქციის საფეხურზე, 60°C და 80°C ტემპერატურაზე არის 15,2–17,2% და 16,3–18,5% შესაბამისად. როდესაც გამოყენებული იქნა ულტრაბგერითი მოპოვების მეორე ეტაპი, პომიდვრის ნარჩენებიდან პექტინების მოსავლიანობა გაიზარდა 34-36%-მდე, ტემპერატურისა და დროის მიხედვით). ცხადია, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ზრდის პომიდვრის უჯრედის კედლის მატრიცის გახეთქვას, რაც იწვევს უკეთეს ურთიერთქმედებას გამხსნელსა და მოპოვებულ მასალას შორის.
ულტრაბგერითი მოპოვებული პექტინები შეიძლება კლასიფიცირდეს, როგორც მაღალი მეთოქსილის პექტინები (HM-პექტინი) სწრაფი დამუშავების გეელური თვისებებით (DE > 70%) და ესტერიფიკაციის ხარისხი 73,3–85,4%. ნ. კალციუმის პექტიტის შემცველობა ულტრაბგერით მოპოვებულ პექტინში გაზომილი იყო 41.4%-დან 97.5%-მდე, ექსტრაქციის პარამეტრების მიხედვით (ტემპერატურა და დრო). ულტრაბგერითი ექსტრაქციის მაღალ ტემპერატურაზე, კალციუმის პექტიტის შემცველობა უფრო მაღალია (91–97%) და, როგორც ასეთი, წარმოადგენს პექტინის გელის უნარის მნიშვნელოვან პარამეტრს ჩვეულებრივ ექსტრაქციასთან შედარებით.
ჩვეულებრივი გამხსნელი ექსტრაქცია 24 საათის განმავლობაში იძლევა პექტინის მსგავს გამოსავლიანობას ულტრაბგერითი ექსტრაქციის მკურნალობის 15 წუთთან შედარებით. მიღებულ შედეგებთან დაკავშირებით შეიძლება დავასკვნათ, რომ ულტრაბგერითი მკურნალობა საგრძნობლად ამცირებს ექსტრაქციის დროს. NMR და FTIR სპექტროსკოპია ადასტურებს უპირატესად ესტერიფიცირებული პექტინის არსებობას ყველა გამოკვლეულ ნიმუშში. [გრასინო და სხვ. 2016]

ვნების ხილის კანი: ექსტრაქციის მოსავლიანობა, გალაქტურონის მჟავა და ესტერიფიკაციის ხარისხი განიხილებოდა ექსტრაქციის ეფექტურობის მაჩვენებლებად. ულტრაბგერითი ექსტრაქციის შედეგად მიღებული პექტინის ყველაზე მაღალი გამოსავალი იყო 12.67% (მოპოვების პირობები 85ºC, 664 ვტ/სმ2, pH 2.0 და 10 წთ). იგივე პირობებისთვის ჩატარდა ჩვეულებრივი გათბობის მოპოვება და შედეგი იყო 7,95%. ეს შედეგები შეესაბამება სხვა კვლევებს, რომლებიც აცხადებენ ულტრაბგერითი დახმარებით პოლისაქარიდების ეფექტური ექსტრაქციის მოკლე დროში, მათ შორის პექტინი, ჰემიცელულოზები და სხვა წყალში ხსნადი პოლისაქარიდები. ასევე დაფიქსირდა, რომ ექსტრაქციის გამოსავალი გაიზარდა 1.6-ჯერ, როდესაც ექსტრაქციას დაეხმარა ულტრაბგერითი. მიღებულმა შედეგებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი იყო ეფექტური და დროის დაზოგვის ტექნიკა ვნების ხილის ქერქიდან პექტინის მოპოვებისთვის. [ფრეიტას დე ოლივეირა და სხვ. 2016]

ეკლიანი მსხლის კლადოდები: პექტინის ულტრაბგერითი დახმარებით მოპოვება (UAE) Opuntia ficus indica (OFI) კლადოდებიდან ლორწოვანის მოცილების შემდეგ მცდელობა იყო საპასუხო ზედაპირის მეთოდოლოგიის გამოყენებით. პროცესის ცვლადები ოპტიმიზირებული იყო იზოვარიანტული ცენტრალური კომპოზიტური დიზაინით, პექტინის ექსტრაქციის გამოსავლის გასაუმჯობესებლად. მიღებული ოპტიმალური მდგომარეობა იყო: გაჟონვის დრო 70 წთ, ტემპერატურა 70, pH 1,5 და წყალ-მასალა 30 მლ/გ. ეს პირობა დადასტურდა და ექსპერიმენტული ექსტრაქციის შესრულება იყო 18.14% ± 1.41%, რაც მჭიდროდ იყო დაკავშირებული პროგნოზირებულ მნიშვნელობასთან (19.06%). ამრიგად, ულტრაბგერითი მოპოვება წარმოადგენს პერსპექტიულ ალტერნატივას ჩვეულებრივი მოპოვების პროცესისთვის მისი მაღალი ეფექტურობის წყალობით, რომელიც მიიღწევა ნაკლებ დროში და დაბალ ტემპერატურაზე. OFI cladodes-დან (UAEPC) ულტრაბგერითი ექსტრაქციის შედეგად მიღებულ პექტინს აქვს ესტერიფიკაციის დაბალი ხარისხი, შარდმჟავას მაღალი შემცველობა, მნიშვნელოვანი ფუნქციური თვისებები და კარგი ანტი-რადიკალური აქტივობა. ეს შედეგები ემხრობა UAEPC-ის, როგორც პოტენციური დანამატის გამოყენებას კვების მრეწველობაში. [ბაიარი და სხვ. 2017]

ყურძნის ფაფა: კვლევით ნაშრომში „პექტინების ულტრაბგერითი მოპოვება ყურძნის ფაფაკიდან ლიმონმჟავას გამოყენებით: საპასუხო ზედაპირის მეთოდოლოგიის მიდგომა“, სონიკა გამოიყენება ყურძნის ფაფასიდან პექტინების ამოსაღებად ლიმონმჟავასთან, როგორც ექსტრაქციის აგენტად. რეაგირების ზედაპირის მეთოდოლოგიის მიხედვით, პექტინის ყველაზე მაღალი მოსავლიანობა (~32.3%) შეიძლება მიღწეული იქნას, როდესაც ულტრაბგერითი ექსტრაქციის პროცესი 75ºC-ზე 60 წუთის განმავლობაში განხორციელდება ლიმონმჟავას pH 2.0 ხსნარის გამოყენებით. ამ პექტიკურ პოლისაქარიდებს, რომლებიც ძირითადად შედგება გალაქტურონის მჟავის ერთეულებისგან (მთლიანი შაქრის 97%), აქვთ საშუალო მოლეკულური წონა 163,9 კდა და ესტერიფიკაციის ხარისხი (DE) 55,2%.
გაჟღენთილი ყურძნის წიპწის ზედაპირის მორფოლოგია აჩვენებს, რომ გაჟღენთვა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მცენარეული ქსოვილის დაშლაში და ექსტრაქციის მოსავლიანობის გაძლიერებაში. ოპტიმალური პირობებით (75°C, 60 წთ, pH 2.0) პექტინების ულტრაბგერითი ექსტრაქციის შემდეგ მიღებული მოსავლიანობა 20%-ით აღემატებოდა მოპოვებას, როდესაც მოპოვება განხორციელდა ტემპერატურის, დროის და pH-ის იგივე პირობების გამოყენებით, მაგრამ გარეშე. ულტრაბგერითი დახმარება. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი მოპოვების პექტინები ასევე აჩვენებდნენ უფრო მაღალ საშუალო მოლეკულურ წონას. [მინჯარეს-ფუენტესი და სხვ. 2014]