과일 및 바이오 폐기물에서 초음파 펙틴 추출

• 펙틴은 매우 자주 사용되는 식품 첨가물이며, 주로 겔화 효과에 첨가됩니다.
• 초음파 추출은 펙틴 추출물의 수율과 품질을 크게 향상시킵니다.
• 초음파 처리는 이미 매니 폴드 산업 공정에 사용되는 공정 강화 효과알려져있다.

 

펙틴 및 펙틴 추출

펙틴은 특히 감귤류와 사과 포맥에서 과일의 세포벽에서 발견되는 천연 복합 다당류(헤테로다당류)입니다. 높은 펙틴 함량은 사과와 감귤류의 과일 껍질에서 발견됩니다. 사과 포맥은 10-15%의 펙틴을 건조한 물질로 함유하고 있으며 감귤류 껍질에는 20-30%가 함유되어 있습니다. 펙틴은 생체 적합성, 생분해성 및 재생 가능하며 훌륭한 겔화 및 농축 특성을 나타내므로 매우 가치 있는 첨가제입니다. 펙틴은 유화제, 겔화제, 글레이징 제, 안정제 및 증점제와 같은 유변학 수정제로 식품, 화장품 및 제약 제품에 널리 사용됩니다.
산업 응용 을위한 기존의 펙틴 추출은 산 촉매 공정 (질산, 염산 또는 황산 사용)을 사용하여 수행됩니다. 산 촉매 추출은 산업용 펙틴 생산에서 가장 빈번한 공정으로, 최대 24시간 동안 직접 비등(60ºC-100ºC)과 같은 다른 추출 기술이 느리고 낮은 pH(1.0-3.0)이기 때문에 수율이 느리고 낮으며 열 분해를 일으킬 수 있습니다. 추출된 섬유및 펙틴 수율은 때때로 공정 조건에 의해 제한된다. 그러나 산 촉매 추출에는 단점도 있습니다 : 가혹한 산성 처리는 펙틴 사슬의 탈중합 및 제백화를 일으켜 펙틴 품질에 부정적인 영향을 미칩니다. 대량의 산성 유출물을 생산하려면 후처리 및 고가의 재활용 처리가 필요하므로 이 공정은 환경적 부담이 됩니다.

초음파 펙틴 추출

초음파 추출은 매니 폴드 식품 공정에 적용되는 온화한 비 열 처리입니다. 과일과 채소에서 펙틴을 추출하는 것과 관련하여 초음파 처리는 고품질의 펙틴을 생산합니다. 초음파 추출 된 펙틴은 무수 성 산, 메톡실 및 칼슘 펙테이트 내용물뿐만 아니라 에스테르화 정도에 의해 탁월합니다. 초음파 추출의 온화한 조건은 열에 민감한 펙틴의 열 분해를 방지합니다.
펙틴의 품질과 순도는 무수갈락투론산, 에스테르화 정도, 추출된 펙틴의 회분 함량에 따라 달라질 수 있습니다. 분자량이 높고 회분이 낮은 펙틴(10% 미만) 높은 무수갈락투론산 함량 (65 % 이상) 좋은 품질의 펙틴으로 알려져 있습니다. 초음파 처리의 강도는 매우 정밀하게 제어 될 수 있기 때문에 펙틴 추출물의 특성은 진폭, 추출 온도, 압력, 보존 시간 및 용매를 조정하여 영향을받을 수 있습니다.

초음파 추출은 다양한 것을 사용하여 실행할 수 있습니다. 용제 물, 구연산, 질산 용액 (HNO)_삼, pH 2.0, 또는 암모늄 옥살산 / 옥살산, 이는 또한 기존의 추출 라인 (레트로 피팅)에 초음파를 통합 할 수 있습니다.

소스로 과일 폐기물 : 고성능 초음파는 이미 사과 포맥, 감귤류 과일 껍질 (오렌지, 레몬, 자몽 등), 포도 포맥, 석류, 사탕무 펄프, 드래곤 과일 껍질, 가시 배 cladode, 패션 과일에서 펙틴을 분리하는 데 성공적으로 적용되었습니다. 껍질을 벗기고 망고 껍질을 벗깁니다.

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아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.

초음파 펙틴 추출의 연구 결과

토마토 폐기물: 역류 절차에서 긴 추출 시간 (12-24 h)을 피하기 위해 초음파는 시간 (15, 30, 45, 60 및 90 분)의 관점에서 추출 공정의 강화를 위해 사용되었습니다. 추출 시간에 따라 60 ° C 및 80 ° C의 온도에서 첫 번째 초음파 추출 공정에 대해 얻은 펙틴 수율은 각각 15.2 -17.2 %와 16.3 -18.5 %입니다. 두 번째 초음파 추출 단계가 적용되었을 때 토마토 폐기물의 펙틴 수율은 온도와 시간에 따라 34-36 %로 증가했습니다. 분명히 초음파 추출은 토마토 세포벽 매트릭스의 파열을 증가시켜 용매와 추출 된 물질 사이의 상호 작용을 향상시킵니다.
초음파 추출 된 펙틴은 빠른 세트 겔링 특성 (DE)을 가진 높은 메톡실 펙틴 (HM-펙틴)으로 분류 될 수 있습니다. > 70%) 그리고 73.3-85.4%의 에스테르화 정도. n. 초음파로 추출된 펙틴의 칼슘 펙테이트 함량은 추출 파라미터(온도 및 시간)에 따라 41.4%에서 97.5%로 측정되었다. 초음파 추출의 높은 온도에서 칼슘 펙테이트 함량이 더 높습니다 (91-97 %) 종래의 추출에 비해 펙틴 겔화 능력의 중요한 파라미터가 존재한다.
24 시간 의 기간 동안 기존의 용매 추출은 초음파 추출 처리의 15 분과 비교하여 유사한 펙틴 수율을 제공합니다. 얻어진 결과에 관해서는 초음파 처리가 추출 시간을 현저하게 감소시키는 것으로 결론을 내릴 수 있습니다. NMR 및 FTIR 분광법은 조사된 모든 샘플에서 우세하게 에스테르화된 펙틴의 존재를 확인합니다. [그라시노 외. 2016]

패션 프루트 필: 추출 수율, 은하산 및 에스테르화 정도는 추출 효율의 지표로 간주되었다. 초음파 보조 추출에 의해 얻은 펙틴의 가장 높은 수율은 12.67 %(추출 조건 85ºC, 664 W / cm2, pH 2.0 및 10 분)였습니다. 이와 같은 조건에서, 종래의 가열 추출이 수행되었고 그 결과는 7.95%였다. 이러한 결과는 펙틴, 헤미셀룰로스 및 기타 수용성 다당류를 포함한 다당류의 효과적인 추출을 위한 짧은 시간을 초음파에 의해 보조하는 다른 연구에 따라 다당류를 보고합니다. 또한 추출이 초음파에 의해 지원되었을 때 추출 수율이 1.6 배 증가한 것으로 관찰되었습니다. 얻은 결과는 초음파가 열정 과일 껍질에서 펙틴을 추출하기위한 효율적이고 시간을 절약하는 기술임을 입증했습니다. [프레이타스 데 올리베이라 외. 2016]

가시 배 클라데데스: 오펀티아 선인장 인디카(OFI)로부터펙틴의 초음파 보조 추출(UAE)은 점액 제거 후 반응 표면 방법론을 이용하여 시도하였다. 공정 변수는 펙틴 추출 수율을 개선하기 위해 이소변 중앙 복합 설계에 의해 최적화되었습니다. 얻어진 최적 상태는 : 초음파 처리 시간 70 분, 온도 70, pH 1.5 및 물 재료 비 30 ml / g. 이 조건은 검증되었고, 실험 추출의 성능은 18.14% ±1.41%였으며, 이는 예측값(19.06%)과 밀접하게 연관되었다. 따라서 초음파 추출은 더 적은 시간과 낮은 온도에서 달성 된 고효율 덕분에 기존의 추출 공정에 대한 유망한 대안을 제시합니다. OFI cladodes (UAEPC)에서 초음파 추출에 의해 추출 된 펙틴은 에스테르화, 높은 우론산 함량, 중요한 기능적 특성 및 좋은 항 라디칼 활성을 가지고 있습니다. 이러한 결과는 식품 산업에서 잠재적 인 첨가제로 UAEPC의 사용에 찬성. [바야르 외. 2017]

포도 포마시: 연구 논문 "구연산을 사용하여 포도 포맥에서 펙틴의 초음파 보조 추출 : 반응 표면 방법론 접근"에서 초음파 처리는 구연산이있는 포도 포맥에서 펙틴을 추출제로 추출하는 데 사용됩니다. 응답 표면 방법론에 따르면, 가장 높은 펙틴 수율 (~32.3%) 초음파 추출 공정이 pH 2.0의 구연산 용액을 사용하여 60 분 동안 75ºC에서 수행 될 때 달성 될 수 있습니다. 은락 투 론 산 단위에 의해 주로 구성 이 펙틱 다당류 (전체 설탕의 97 %)는 평균 분자량이 163.9kDa의 정도와 에스테르화의 정도 (DE) 55.2 %.
초음파 처리 된 포도 포맥의 표면 형태는 초음파 처리가 식물 조직을 파괴하고 추출 수율을 향상시키는 데 중요한 역할을한다는 것을 보여줍니다. 최적의 조건(75°C, 60분, pH 2.0)을 사용하여 펙틴을 초음파 추출한 후 얻은 수율은 추출시 얻은 수율보다 20% 높았으며, 동일한 온도, 시간 및 pH 조건을 적용하였으나 초음파없이 지원. 또한, 초음파 추출에서 펙틴은 또한 더 높은 평균 분자량을 나타내었다. [민자레스 푸엔테스 외. 2014]