ულტრაბგერითი პექტინის ექსტრაქცია ხილისა და ბიო-ნარჩენებისგან

• პექტინები ძალიან ხშირად გამოყენებადი საკვები დანამატებია, რომლებიც ძირითადად მათი გელწარმომქმნელი ეფექტების გამო ემატება.
• ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მნიშვნელოვნად ზრდის პექტინის ექსტრაქტების გამოსავლიანობასა და ხარისხს.
• ულტრაბგერითი დამუშავება ცნობილია თავისი პროცესის ინტენსიფიკაციის ეფექტებით, რომლებიც უკვე გამოიყენება მრავალრიცხოვან სამრეწველო პროცესებში.

პექტინები და პექტინის ექსტრაქცია

პექტინი არის ბუნებრივი რთული პოლისაქარიდი (ჰეტეროპოლისაქარიდი), რომელიც განსაკუთრებით ხილის უჯრედის კედლებში გვხვდება, უპირველეს ყოვლისა ციტრუსებში და ვაშლის ჭაჭაში. მაღალი პექტინის შემცველობა აღმოჩენილია როგორც ვაშლის, ისე ციტრუსის ხილის კანში. ვაშლის ჭაჭა შეიცავს 10–15% პექტინს მშრალ ნივთიერებაზე, ხოლო ციტრუსის კანი შეიცავს 20–30%-ს. პექტინები არის ბიოთავსებადი, ბიოდეგრადირებადი და განახლებადი პოლისაქარიდები შესანიშნავი გელწარმომქმნელი და სიბლანტის მატებელი ფუნქციურობით, რაც მათ ძალიან ფასეულ დანამატებად აქცევს. ისინი ფართოდ გამოიყენება საკვებ, კოსმეტიკურ და ფარმაცევტულ პროდუქტებში რეოლოგიური მოდიფიკატორების სახით, მოქმედებენ როგორც გელწარმომქმნელი, გლასირების, სტაბილიზაციის და სიბლანტის მატებელი აგენტები და, ზოგიერთ ფორმულაში, როგორც ემულგატორები. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის ეფექტური მეთოდი ხილის კანისა და ჭაჭისგან მაღალი ხარისხის პექტინების იზოლაციისთვის, რაც ზრდის გამოსავლიანობას და ამავდროულად ამცირებს დამუშავების დროს და ჯამურ ღირებულებას.

კონვენციური პექტინის ექსტრაქცია სამრეწველო გამოყენებისთვის ხორციელდება მჟავა-კატალიზური პროცესების გამოყენებით (აზოტმჟავა, მარილმჟავა ან გოგირდმჟავა). მჟავა-კატალიზური ექსტრაქცია არის ყველაზე ხშირად გამოყენებადი პროცესი სამრეწველო პექტინის წარმოებაში, რადგან სხვა ექსტრაქციის ტექნიკები, როგორიცაა პირდაპირი დუღილი (60ºC–100ºC) 24 საათამდე და დაბალი pH (1,0–3,0), ნელია და აქვთ დაბალი გამოსავლიანობა და შეიძლება გამოიწვიონ ექსტრაგირებული ბოჭკოს თერმული დეგრადაცია, ხოლო პექტინის გამოსავლიანობა ზოგჯერ შეზღუდულია პროცესის პირობებით. თუმცა, მჟავა-კატალიზურ ექსტრაქციას ასევე აქვს უარყოფითი მხარეები: მკაცრი მჟავა დამუშავება იწვევს პექტინის ჯაჭვების დეპოლიმერიზაციას და დეესტერიფიკაციას, რაც უარყოფითად მოქმედებს პექტინის ხარისხზე. მჟავა ჩამდინარე წყლების დიდი მოცულობების წარმოება მოითხოვს შემდგომ დამუშავებას და ძვირადღირებულ რეციკლირებას, რაც პროცესს გარემოსთვის დატვირთვადს ხდის.

ულტრაბგერითი პექტინის ექსტრაქცია

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის რბილი, არათერმული დამუშავება, რომელიც გამოიყენება მრავალრიცხოვან საკვებ პროცესებში. ხილიდან და ბოსტნეულიდან პექტინების ექსტრაქციის თვალსაზრისით, ულტრაბგერითი დამუშავება იძლევა მაღალი ხარისხის პექტინს. ულტრაბგერითად ექსტრაგირებული პექტინები გამოირჩევა თავიანთი ანჰიდროურონის მჟავას, მეთოქსილის და კალციუმის პექტატის შემცველობით, ასევე მათი ესტერიფიკაციის ხარისხით. ულტრაბგერითი ექსტრაქციის რბილი პირობები ხელს უშლის თერმულად მგრძნობიარე პექტინების თერმულ დეგრადაციას.
პექტინის ხარისხი და სიწმინდე შეიძლება განსხვავდებოდეს ანჰიდროგალაქტურონის მჟავას, ესტერიფიკაციის ხარისხის და ექსტრაგირებული პექტინის ნაცრიანობის მიხედვით. პექტინი მაღალი მოლეკულური მასით და დაბალი ნაცრიანობით (10%-ზე ნაკლები), მაღალი ანჰიდროგალაქტურონის მჟავას (65%-ზე მეტი) შემცველობით, ცნობილია როგორც მაღალი ხარისხის პექტინი. რადგან ულტრაბგერითი დამუშავების ინტენსივობა შეიძლება ძალიან ზუსტად კონტროლდებოდეს, პექტინის ექსტრაქტის თვისებებზე გავლენის მოხდენა შესაძლებელია ამპლიტუდის, ექსტრაქციის ტემპერატურის, წნევის, დაყოვნების დროის და გამხსნელის კორექტირებით.

 

ამ ვიდეოში წარმოგიდგენთ გრეიპფრუტის ქერქიდან პექტინის მაღალეფექტიან ულტრაბგერით ექსტრაქციას ზონდური სონიკატორის UP200Ht გამოყენებით. სონიკაცია მაღალეფექტიანი მეთოდია ხილისა და ბოსტნეულის გადამუშავების თანაპროდუქტებიდან მაღალი ხარისხის პექტინის მაღალი გამოსავლიანობით მისაღებად. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია უზრუნველყოფს უფრო დიდი რაოდენობისა და უკეთესი ხარისხის პექტინის მიღებას დამუშავების უფრო მოკლე დროში.

 
იპოვეთ პროტოკოლი ულტრაბგერითი პექტინის ექსტრაქციისთვის გრეიფრუტის კანისგან, რომელიც დემონსტრირებულია ზემოთ მოცემულ ვიდეოში აქ!
 

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა გამხსნელების გამოყენებით, როგორიცაა წყალი, ლიმონმჟავა, აზოტმჟავას ხსნარი (HNO₃, pH 2,0), ან ამონიუმის ოქსალატი/ოქსალის მჟავა, რაც ასევე საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი დამუშავება ინტეგრირებული იქნას არსებულ ექსტრაქციის ხაზებში (რეტროფიტი).

ხილის ნარჩენები როგორც წყარო: მაღალი წარმადობის ულტრაბგერა უკვე წარმატებით გამოიყენება პექტინების იზოლაციისთვის ვაშლის ჭაჭის, ციტრუსების კანის (მაგალითად, ფორთოხლის, ლიმონის, გრეიპფრუტის), ყურძნის ჭაჭის, ბროწეულის, შაქრის ჭარხლის ჭაჭის, დრაკონის ხილის კანის, ოპუნციის კლადოდების, პასიონის ხილის კანის და მანგოს კანისგან.

პექტინის დალექვა ულტრაბგერითი ექსტრაქციის შემდეგ

ეთანოლის დამატება ექსტრაქტის ხსნარს შეუძლია დაეხმაროს პექტინის გამოყოფას დალექვის პროცესის საშუალებით. პექტინი, რთული პოლისაქარიდი, რომელიც მცენარეების უჯრედის კედლებშია აღმოჩენილი, ჩვეულებრივ პირობებში წყალში იხსნება. თუმცა, ეთანოლის დამატებით გამხსნელის გარემოს ცვლილებით, პექტინის ხსნადობა შეიძლება შემცირდეს, რაც მის დალექვას იწვევს ხსნარიდან.

ეთანოლის გამოყენებით პექტინის დალექვის ქიმიური საფუძველი შეიძლება აიხსნას სამი რეაქციით:

• წყალბადური ბმების დარღვევა: პექტინის მოლეკულები ერთმანეთთან დაკავშირებულია წყალბადური ბმებით, რომლებიც ხელს უწყობს მათ ხსნადობას წყალში. ეთანოლი არღვევს ამ წყალბადურ ბმებს წყლის მოლეკულებთან კონკურენციით პექტინის მოლეკულებზე არსებულ დამაკავშირებელ ადგილებში. როდესაც ეთანოლის მოლეკულები აცვლიან წყლის მოლეკულებს პექტინის მოლეკულების გარშემო, პექტინის მოლეკულებს შორის წყალბადური ბმები სუსტდება, რაც ამცირებს მათ ხსნადობას გამხსნელში.
• გამხსნელის პოლარობის შემცირება: ეთანოლი ნაკლებად პოლარულია ვიდრე წყალი, რაც ნიშნავს, რომ მას აქვს პოლარული ნივთიერებების, როგორიცაა პექტინი, გახსნის ნაკლები უნარი. როდესაც ეთანოლი ემატება ექსტრაქტის ხსნარს, გამხსნელის ჯამური პოლარობა მცირდება, რაც ხელს უშლის პექტინის მოლეკულების ხსნარში დარჩენას. ეს იწვევს პექტინის დალექვას ხსნარიდან, რადგან ის ნაკლებად იხსნება ეთანოლ-წყლის ნარევში.
• პექტინის კონცენტრაციის ზრდა: როდესაც პექტინის მოლეკულები ილექება ხსნარიდან, დარჩენილ ხსნარში პექტინის კონცენტრაცია იზრდება. ეს საშუალებას იძლევა პექტინი უფრო მარტივად გამოიყოს თხევადი ფაზიდან ფილტრაციის ან ცენტრიფუგირების გზით.

ეთანოლის გამოყენებით პექტინის დალექვა არის მარტივი და ეფექტური მეთოდი პექტინების იზოლაციისთვის ექსტრაქტის ხსნარიდან, რაც არის პროცესის ეტაპი, რომელიც მარტივად შეიძლება განხორციელდეს ულტრაბგერითი პექტინის ექსტრაქციის შემდეგ. ეთანოლის დამატება ექსტრაქტის ხსნარს ცვლის გამხსნელის გარემოს ისე, რომ შემცირდეს პექტინის ხსნადობა, რაც იწვევს მის დალექვას და შემდგომ გამოყოფას ხსნარიდან. ეს ტექნიკა ფართოდ გამოიყენება მცენარეული მასალებიდან პექტინის ექსტრაქციისა და გასუფთავებისთვის სხვადასხვა სამრეწველო და საკვებ დანიშნულებებში.
 
 
გაინტერესებთ ჭაჭის, კანისა და რბილის სარგებლის მოპოვება? – წაიკითხეთ მეტი ხილის ნარჩენებიდან პოლიფენოლების ექსტრაქციის შესახებ!

სამრეწველო სონიკატორები პექტინის ექსტრაქციისთვის

Hielscher Ultrasonics არის თქვენი პარტნიორი მცენარეული მასალების, როგორიცაა ჭაჭა, კანი და მარცვლები, ექსტრაქციის პროცესებისთვის. მიუხედავად იმისა, გსურთ მცირე რაოდენობის ექსტრაქცია კვლევისა და ანალიზისთვის თუ დიდი მოცულობების დამუშავება კომერციული წარმოებისთვის, ჩვენ გვაქვს შესაბამისი ულტრაბგერითი ექსტრაქტორი თქვენთვის. ჩვენი ულტრაბგერითი ლაბორატორიული ჰომოგენიზატორები, ასევე ჩვენი სამაგიდე და სამრეწველო სონიკატორები არის მდგრადი, მარტივად გამოსაყენებელი და შექმნილია 24/7 სრული დატვირთვით მუშაობისთვის. აქსესუარების ფართო არჩევანი, როგორიცაა სონოტროდები (ულტრაბგერითი პრობები / რქები) სხვადასხვა ზომისა და ფორმის, ნაკადის უჯრედები და რეაქტორები და ბუსტერები საშუალებას იძლევა ოპტიმალური კონფიგურაციისთვის თქვენი კონკრეტული ექსტრაქციის პროცესისთვის.
ყველა ციფრული ულტრაბგერითი მანქანა აღჭურვილია ფერადი სენსორული ეკრანით, ინტეგრირებული SD ბარათით მონაცემთა ავტომატური პროტოკოლირებისთვის და ბრაუზერული დისტანციური მართვით პროცესის სრულყოფილი მონიტორინგისთვის. Hielscher-ის დახვეწილი ულტრაბგერითი სისტემებით, პროცესის მაღალი სტანდარტიზაცია და ხარისხის კონტროლი მარტივდება.
დაგვიკავშირდით დღეს, რათა განვიხილოთ თქვენი პექტინის ექსტრაქციის პროცესის მოთხოვნები! ჩვენ სიამოვნებით დაგეხმარებით ულტრაბგერითი ექსტრაქციის სფეროში ჩვენი გრძელვადიანი გამოცდილებით და დაგეხმარებით პროცესის მაღალი ეფექტურობისა და პექტინის ოპტიმალური ხარისხის მიღწევაში!

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გვაწვდის ინფორმაციას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი გამტარუნარიანობის შესახებ:

ულტრაბგერითი პექტინის ექსტრაქციის სამეცნიერო შედეგები

ტომატის ნარჩენები: რეფლუქსის პროცედურაში ხანგრძლივი ექსტრაქციის დროის (12–24 h) თავიდან ასაცილებლად, ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენებოდა ექსტრაქციის პროცესის ინტენსიფიკაციისთვის დროის მიხედვით (15, 30, 45, 60 და 90 min). ექსტრაქციის დროზე დაყრდნობით, მიღებული პექტინის გამოსავალი პირველი ულტრაბგერითი ექსტრაქციის ეტაპისთვის, 60°C და 80°C ტემპერატურებზე, შესაბამისად, 15,2–17,2% და 16,3–18,5% იყო. როდესაც მეორე ულტრაბგერითი ექსტრაქციის ეტაპი გამოიყენებოდა, პექტინის გამოსავალი ტომატის ნარჩენებიდან გაიზარდა 34–36%-მდე, ტემპერატურებსა და დროზე დაყრდნობით). ცხადია, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ზრდის ტომატის უჯრედის კედლის მატრიცის დაშლას, რაც იწვევს უკეთეს ურთიერთქმედებას გამხსნელსა და ექსტრაქციულ მასალას შორის.
ულტრაბგერითად ექსტრაქციული პექტინები შეიძლება დაიყოს მაღალი მეთოქსილის პექტინებად (HM-პექტინი) სწრაფი გელირების თვისებებით (DE > 70%) და ესტერიფიკაციის ხარისხით 73,3–85,4%. კალციუმის პექტატის შემცველობა ულტრაბგერითად ექსტრაქციულ პექტინში იზომებოდა 41,4%-დან 97,5%-მდე, ექსტრაქციის პარამეტრებზე (ტემპერატურა და დრო) დაყრდნობით. ულტრაბგერითი ექსტრაქციის უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, კალციუმის პექტატის შემცველობა უფრო მაღალია (91–97%) და, შესაბამისად, წარმოადგენს პექტინის გელირების უნარის მნიშვნელოვან პარამეტრს ტრადიციულ ექსტრაქციასთან შედარებით.
24-საათიანი ტრადიციული გამხსნელით ექსტრაქცია იძლევა მსგავს პექტინის გამოსავალს 15 წუთიანი ულტრაბგერითი ექსტრაქციის დამუშავებასთან შედარებით. მიღებული შედეგების თვალსაზრისით, შეიძლება დასკვნა, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება მნიშვნელოვნად ამცირებს ექსტრაქციის დროს. NMR და FTIR სპექტროსკოპია ადასტურებს ძირითადად ესტერიფიცირებული პექტინის არსებობას ყველა შესწავლილ ნიმუშში. [Grassino et al. 2016]

ვნების ხილის კანი: ექსტრაქციის გამოსავალი, გალაქტურონის მჟავა და ესტერიფიკაციის ხარისხი განხილულ იქნა როგორც ექსტრაქციის ეფექტურობის მაჩვენებლები. ულტრაბგერითი დახმარებით მიღებული პექტინის უმაღლესი გამოსავალი იყო 12,67% (ექსტრაქციის პირობები 85ºC, 664 W/cm2, pH 2,0 და 10 min). იმავე პირობებში ჩატარდა ტრადიციული გაცხელებით ექსტრაქცია და შედეგი იყო 7,95%. ეს შედეგები თანხვედრაშია სხვა კვლევებთან, რომლებიც აღწერენ პოლისაქარიდების, მათ შორის პექტინის, ჰემიცელულოზების და სხვა წყალში ხსნადი პოლისაქარიდების ეფექტური ექსტრაქციისთვის საჭირო მოკლე დროს ულტრაბგერითი დახმარებით. ასევე დაფიქსირდა, რომ ექსტრაქციის გამოსავალი გაიზარდა 1,6-ჯერ, როდესაც ექსტრაქცია ხორციელდებოდა ულტრაბგერითი დახმარებით. მიღებულმა შედეგებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერა იყო ეფექტური და დროის დამზოგავი ტექნიკა მარაკუიას კანიდან პექტინის ექსტრაქციისთვის. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

ეკლიანი ტკბილი ბროწეულის კლადოდები: ულტრაბგერითი დახმარებით (UAE) პექტინის ექსტრაქცია Opuntia ficus indica (OFI) კლადოდებიდან ლორწოს მოცილების შემდეგ ცდად იქნა გამოყენებული რეაგირების ზედაპირის მეთოდოლოგია. პროცესის ცვლადები ოპტიმიზირებული იქნა იზოვარიანტული ცენტრალური კომპოზიტური დიზაინით პექტინის ექსტრაქციის გამოსავლის გასაუმჯობესებლად. მიღებული ოპტიმალური პირობა იყო: ულტრაბგერითი დამუშავების დრო 70 min, ტემპერატურა 70, pH 1,5 და წყალ-მასალის თანაფარდობა 30 ml/g. ეს პირობა ვალიდირებული იქნა და ექსპერიმენტული ექსტრაქციის წარმადობა იყო 18,14% ± 1,41%, რაც მჭიდროდ იყო დაკავშირებული პროგნოზირებულ მნიშვნელობასთან (19,06%). შესაბამისად, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია წარმოადგენს პერსპექტიულ ალტერნატივას ტრადიციული ექსტრაქციის პროცესისთვის მისი მაღალი ეფექტურობის წყალობით, რომელიც მიიღწევა ნაკლებ დროში და უფრო დაბალ ტემპერატურებზე. ულტრაბგერითი ექსტრაქციით OFI კლადოდებიდან (UAEPC) მიღებულ პექტინს აქვს ესტერიფიკაციის დაბალი ხარისხი, მაღალი ურონის მჟავას შემცველობა, მნიშვნელოვანი ფუნქციური თვისებები და კარგი ანტი-რადიკალური აქტივობა. ეს შედეგები ხელს უწყობს UAEPC-ის გამოყენებას როგორც პოტენციურ დამატებას საკვების მრეწველობაში. [Bayar et al. 2017]

ყურძნის პომასი: კვლევით სტატიაში „Citric acid-ის გამოყენებით ყურძნის პომასიდან პექტინების ულტრაბგერითი დამხმარე ექსტრაქცია: პასუხის ზედაპირის მეთოდოლოგიის მიდგომა“, ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება ყურძნის პომასიდან პექტინების ამოსაღებად, როგორც ექსტრაქციის აგენტი, ციტრუსის მჟავას გამოყენებით. პასუხის ზედაპირის მეთოდოლოგიის თანახმად, პექტინის უმაღლესი გამოსავლიანობა (∼32,3%) მიიღწევა, როდესაც ულტრაბგერითი ექსტრაქციის პროცესი ხორციელდება 75ºC-ზე 60 წუთის განმავლობაში, pH 2,0-ის მქონე ციტრუსის მჟავას ხსნარის გამოყენებით. ეს პექტინური პოლისაქარიდები, რომლებიც ძირითადად შედგება გალაქტურონის მჟავას ერთეულებისგან (საერთო შაქრების ∼97%), აქვთ საშუალო მოლეკულური მასა 163,9kDa და ესტერიფიკაციის ხარისხი (DE) 55,2%.
ულტრაბგერითად დამუშავებული ყურძნის პომასის ზედაპირული მორფოლოგია აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება მნიშვნელოვან როლს თამაშობს მცენარეული ქსოვილის დაშლაში და ექსტრაქციის გამოსავლიანობის გაზრდაში. პექტინების ულტრაბგერითი ექსტრაქციის შემდეგ მიღებული გამოსავლიანობა (ოპტიმალური პირობებით: 75°C, 60 წთ, pH 2,0) იყო 20%-ით უფრო მაღალი, ვიდრე გამოსავლიანობა, რომელიც მიიღებოდა იმავე ტემპერატურის, დროის და pH-ის პირობების გამოყენებით, მაგრამ ულტრაბგერითი დახმარების გარეშე. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი ექსტრაქციით მიღებულმა პექტინებმა ასევე აჩვენეს უფრო მაღალი საშუალო მოლეკულური მასა. [Minjares-Fuentes et al. 2014]