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.
- 높은 겔화 용량
- 분산성
- 펙틴 색상
- 높은 칼슘 펙테이트
- 저하 감소 감소
- 환경 친화적
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.
고성능 초음파
Hielscher Ultrasonics는 식물 추출 과정의 파트너입니다. 연구 및 분석을 위해 소량을 추출하거나 상업 생산을 위해 많은 양을 처리하려는 경우에도 적합한 초음파 추출기가 필요합니다. 우리의 초음파 실험실 프로세서 우리뿐만 아니라 벤치 톱 및 산업용 초음파 개폐기 강력하고 사용하기 쉬우 며 전 부하 하에서 연중 무휴로 작동하도록 제작되었습니다. 넓은 범위의 부속품 크기와 모양이 다른 sonotrodes (초음파 탐침 / 뿔), 유동 세포와 반응기, 부스터는 사용자에게 특정 추출 과정을위한 최적의 설정을 허용합니다.
모든 디지털 초음파 기계에는 컬러 터치 디스플레이, 자동 데이터 프로토콜링을위한 통합 SD 카드 및 포괄적 인 공정 모니터링을위한 브라우저 원격 제어가 장착되어 있습니다. Hielscher의 정교한 초음파 시스템으로 높은 공정 표준화 및 품질 관리가 간단해졌습니다.
추출 프로세스의 요구 사항에 대해 오늘 문의하십시오! 식물 추출물에 대한 장기간의 경험을 도와 드릴 수있어서 기쁩니다!
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.
일괄 볼륨 | 유량 | 권장 장치 |
---|---|---|
10 ~ 2000mL | 20 ~ 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 ~ 20L | 0.2 ~ 4L / min | UIP2000hdT |
10 ~ 100L | 2 ~ 10L / min | UIP4000 |
N.A. | 10 ~ 100L / min | UIP16000 |
N.A. | 더 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
연락주세요! / 저희에게 물어보세요!
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]
문학 / 참고 문헌
- 바야르 N., 부알레그 T., Achour M., Kria M., Bougatef A., 캄문 R. (2017) : 점액 제거 후 오펀티아 선인장 인디카 cladodes에서 펙틴의 초음파 추출 : 실험 조건의 최적화 및 화학 및 기능의 평가 속성. 가시 배 cladodes에서 초음파 펙틴 추출. 식품 화학 235, 2017.
- 라파엘라 보기아, 페데리카 투리니, 칼라 빌라, 키아라 라카프라, 파올라 주닌, 브루넬라 파로디 (2016) : 기능성 식품 및 화장품 생산을위한 석류 마크에서 녹색 추출. 제약 (바젤). 2016 12 월; 9(4): 63.
- 시벨레 프레이타스 데 올리베이라, 디에고 조르다니, 라파엘 루트케미에, 폴리아나 데이세 구라크, 플로렌시아 클라데라-올리버라, 리기아 다마스메노 페레이라 마르작 (2016): 초음파에 의해 지원된 열정 과일 껍질에서 펙틴추출. LWT – 식품 과학 기술 71, 2016. 110-115.
- 안토넬라 닌세비치 그라시노, 믈라덴 브른치, 드라젠 비빅 토픽, 순시카 로카, 마자 덴트, 수자나 리맥 브른치크 (2016): 토마토 폐기물에서 펙틴의 초음파 보조 추출 및 특성 분석. 식품 화학 198 (2016) 93-100.
- 크라우저, S.; 세이드, A.; 이크발, M. (2015): 망고 컬티바르 쇼우스나의 껍질 폐기물에서 펙틴의 추출 및 화학적 특성분석을 위한 기존(수온산) 및 비전통적(초음파) 절차에 대한 비교 연구. 박제이 봇, 47(4): 1527-1533, 2015.
- R. Minjares-Fuentes, A. 페메니아, M.C. 가라우아, J.A. 메자-벨라스케스, S. 시말, C. 로셀로 (2014): 구연산을 이용한 포도 포맥에서 펙틴의 초음파 보조 추출: 반응 표면 방법론 접근법. 탄수화물 고분자 106 (2014) 179-189.
알만한 가치가있는 사실
펙 틴
펙틴은 자연적으로 발생하는 이종대당으로, 주로 사과 포맥과 감귤류와 같은 과일에서 발견됩니다. 펙틴은 펙틱 다당류라고도 하며 은하계산이 풍부합니다. pectic 그룹 내에서 여러 가지 다른 다당류가 확인되었습니다. 호모갈락투로난은 α-(1-4)-연결된 D-갈락투론산의 선형 사슬이다. 치환된 은하계는 D-은하산 잔기의 백본에서 분지하는 당류 부속제 잔류물(예: 자일로갈락투로난 및 아피오갈락투로난의 각각의 경우 D-xylose 또는 D-apiose)의 존재를 특징으로 한다. Rhamnogalacturonan I 펙틴 (RG-I)은 반복 이당의 중추를 포함 : 4)-α-D-갈락 투론 산 -(1,2)-α-L-rhamnose-(1) 많은 람노스 잔류물은 다양한 중성 당의 사이드체인을 가지고 있습니다. 중성 설탕은 주로 D-갈락토오스, L-아라비노스 및 D-자일로스입니다. 중성 당의 종류와 비율은 펙틴의 기원에 따라 다릅니다.
펙틴의 또 다른 구조적 유형은 복잡하고 고도로 분기된 다당류이며 자연에서 덜 자주 발견되는 rhamnogalacturonan II (RG-II)입니다. 람노갈락투론 II의 중추는 D-은하산 단위로만 구성됩니다. 분리 된 펙틴은 일반적으로 60,000 -130,000 g / mol의 분자량을 가지고 있으며, 기원 및 추출 조건에 따라 다다.
펙틴은 식품, 의약품 및 기타 산업에서 매니 폴드 응용 분야와 중요한 첨가제입니다. 펙틴의 사용은 Ca의 존재에 젤을 형성하는 높은 능력을 기반으로2+ 낮은 pH에서 이온 또는 용염. 펙틴에는 두 가지 형태가 있습니다: 저메톡실 펙틴 (LMP) 및 고 메톡실 펙틴 (HMP). 펙틴의 두 가지 유형은 메틸화 (DM)의 정도에 의해 구별됩니다. 메틸라티온에 의존하여 펙틴은 높은 메톡시 펙틴(DM)일 수 있습니다.>50) 또는 낮은 메톡시 펙틴 (DM)<50). 높은 메톡시 펙틴은 적어도 55 wt% 이상의 농도에서 자당이 존재한다는 전제 하에 산성 배지 (pH 2.0-3.5)에서 겔을 형성하는 능력을 특징으로한다. 낮은 메톡시 펙틴은 칼슘과 같은 이온이 존재하는 더 큰 pH 범위(2.0-6.0)에 걸쳐 겔을 형성할 수 있다.
높은 메톡실 펙틴의 겔화에 관하여, 펙틴 분자의 가교는 분자 사이 수소 결합 그리고 소수성 상호 작용 때문에 생깁니다. 낮은 메톡실 펙틴으로, 겔화는 서로 가까운 두 개의 서로 다른 사슬에 속하는 두 카르복실 그룹 사이의 칼슘 다리를 통해 이온 결합에서 얻어진다.
이러한 pH, 다른 용질의 존재, 분자 크기, 메톡실화 정도, 측사슬의 수 및 위치, 분자에 대한 전하 밀도는 펙틴의 겔화 특성에 영향을 미친다. 펙틴의 두 가지 유형은 용해도에 관한 구별된다. 수용성 또는 자유 펙틴 및 수용성 펙틴이 있습니다. 펙틴의 수용성은 중합 정도와 메톡실 기의 양 및 위치와 관련이 있습니다. 일반적으로 펙틴의 수용성은 분자량이 감소함에 따라 증가하고 에스테르화된 카르복실 그룹에서 증가합니다. 그러나, pH, 온도 및 용해의 종류도 용해도에 영향을 미칩니다.
상업적으로 사용되는 펙틴의 품질은 일반적으로 절대 용해도보다 분산성에 의해 결정됩니다. 건조 분말 펙틴이 물에 첨가될 때, 소위 형성되는 것으로 알려져 있습니다. “물고기 눈”. 이 물고기 눈은 분말의 급속한 수화로 인해 형성된 덩어리입니다. “피쉬 아이” 덩어리에는 건조하고 습윤되지 않은 펙틴 코어가 있으며, 습식 분말의 고수화 된 외부 층으로 코팅됩니다. 이러한 덩어리는 제대로 젖기 어렵고 매우 느리게 분산됩니다.
펙틴 사용
식품 산업에서 펙틴은 마멀레이드, 과일 스프레드, 잼, 젤리, 음료, 소스, 냉동 식품, 제과 및 베이커리 제품에 추가됩니다. 펙틴은 좋은 젤 구조, 깨끗한 물기를 주고 좋은 맛의 방출을 부여하기 위해 과자 젤리에 사용됩니다. 펙틴은 또한 요구르트를 마시는 것과 같은 산성 단백질 음료를 안정화시키고, 주스 기반 음료의 질감, 입느낌 및 펄프 안정성을 개선하고 구운 식품의 지방 대체물로 사용됩니다. 칼로리 감소 /저칼로리의 경우, 펙틴은 지방 및/또는 설탕 대체품으로 첨가됩니다.
제약 산업에서, 그것은 혈액 콜레스테롤 수치와 위장 장애를 줄이기 위해 사용 됩니다.
펙틴의 다른 산업 응용 분야는 식용 필름에 응용, 물 / 오일 에멀젼에 대한 에멀젼 안정제로, 유변학 개질제 및 가소제, 종이 및 섬유 등의 크기 조정제로 포함한다.
펙틴의 근원
펙틴은 대부분의 식물의 세포벽에서 발견될 수 있지만, 사과 포맥과 오렌지 껍질은 펙틴이 주요 품질이기 때문에 상업적으로 생산된 펙틴의 두 가지 주요 공급원입니다. 다른 소스 는 종종 가난한 겔화 행동을 보여줍니다. 과일에는 사과와 감귤류, 복숭아, 살구, 배, 구아바, 퀸스, 자두 및 구스베리 외에도 펙틴이 많은 것으로 알려져 있습니다. 채소, 토마토, 당근, 감자 는 펙틴 함량이 높은 것으로 알려져 있습니다.
토마토
수백만 톤의 토마토(Lycopersicon esculentum Mill.)는 매년 토마토 주스, 페이스트, 퓌레, 케첩, 소스 및 살사와 같은 제품을 생산하기 위해 가공되어 대량의 폐기물을 발생시킵니다. 토마토를 가압한 후 얻은 토마토 폐기물은 33%의 종자, 27%의 피부, 40%의 펄프로 구성되며, 말린 토마토 포맥은 44%의 종자와 56%의 펄프와 피부를 함유하고 있다. 토마토 폐기물은 펙틴을 생산하는 좋은 소스입니다.