Ultraschallextraktioun vu Pektin aus Uebst a Biooffall

• Pektiner si ganz heefeg benotzt Liewensmëttelzousazstoffer, déi haaptsächlech wéinst hirer geléierender Wierkung bäigefüügt ginn.
• D’Ultraschallextraktioun erhéicht d’Ausbezuelung an d’Qualitéit vu Pektinextrakter däitlech.
• D’Ultraschallbehandlung ass fir hir prozessverstäerkend Wierkunge bekannt, déi schonn a ville verschiddenen industrielle Prozesser genotzt ginn.

Pektiner a Pektinextraktioun

Pektin ass en natierlecht komplext Polysaccharid (Heteropolysaccharid), dat virun allem an den Zellwänn vun Uebst virkënnt, besonnesch an Zitrusfriichten an Äppeltrester. Souwuel d’Schuele vun Äppel wéi och déi vun Zitrusfriichten hunn en héije Pektingehalt. Äppeltrester enthält 10–15% Pektin op Basis vun der Dréchemasse, wärend Zitrusschuelen 20–30% enthalen. Pektiner si biokompatibel, biologesch ofbaubar an erneierbar Polysaccharide mat exzellente Geléier- a Verdéckungseegenschaften, wat si zu héich geschaten Zousazstoffer mécht. Si gi breet a Liewensmëttel, kosmeteschen a pharmazeutesche Produkter als Rheologiemodifikatore benotzt, wou si als Geléier-, Iwwerzuchs-, Stabiliséierungs- a Verdéckungsmëttel an, a verschiddene Formuléierungen, als Emulgatoren déngen. D’Ultraschallextraktioun ass eng effizient Method, fir héichwäerteg Pektiner aus Uebstschuelen an Trester ze isoléieren, woubäi d’Ausbezuelung erhéicht an d’Veraarbechtungszäit an d’Gesamtkäschte reduzéiert ginn.

Déi konventionell Pektinextraktioun fir industriell Uwendunge gëtt mat engem saierkatalyséierte Prozess duerchgefouert (mat Salpéitersaier, Salzsaier oder Schwiefelsaier). Déi saierkatalyséiert Extraktioun ass dee meeschtbenotzte Prozess an der industrieller Pektinproduktioun, well déi aner Extraktiounstechniken, wéi direkt Kachen (60ºC–100ºC) fir bis zu 24hrs an en niddrege pH-Wäert (1,0–3,0), lues sinn, eng niddreg Ausbezuelung hunn an en thermeschen Ofbau vun der extrahéierter Faser verursaache kënnen, an d’Pektinausbezuelung heiansdo duerch d’Prozessbedéngunge limitéiert ass. Allerdéngs huet och déi saierkatalyséiert Extraktioun hir Nodeeler: Déi aggressiv Saierbehandlung verursaacht eng Depolymeriséierung an eng Deesterifizéierung vun de Pektinketten, wat d’Pektinqualitéit negativ beaflosst. D’Produktioun vu grousse Quantitéite saierem Ofwaasser erfuerdert eng Nobeaarbechtung an eng deier Recyclingbehandlung, wat de Prozess zu enger Ëmweltbelaaschtung mécht.

Ultraschallextraktioun vu Pektin

D’Ultraschallextraktioun ass eng schounend, net-thermesch Behandlung, déi a ville verschiddene Liewensmëttelprozesser agesat gëtt. Bei der Extraktioun vu Pektiner aus Uebst a Geméis liwwert d’Ultraschallbehandlung Pektin vun héijer Qualitéit. Mat Ultraschall extrahéiert Pektiner zeechne sech duerch hire Gehalt un Anhydrouronsäier, Methoxyl a Kalziumpektat souwéi duerch hiren Esterifizéierungsgrad aus. Déi schounend Bedéngunge vun der Ultraschallextraktioun verhënneren en thermeschen Ofbau vun den hëtztempfindleche Pektiner.
D’Qualitéit an d’Rengheet vum Pektin kënnen ofhängeg vun der Anhydrogalakturonsäier, dem Esterifizéierungsgrad an dem Äschegehalt vum extrahéierte Pektin variéieren. Pektin mat engem héije Molekulargewiicht, engem niddregen Äschegehalt (ënner 10%) an engem héije Gehalt un Anhydrogalakturonsäier (iwwer 65%) gëllt als Pektin vu gudder Qualitéit. Well d’Intensitéit vun der Ultraschallbehandlung ganz präzis kontrolléiert ka ginn, kënnen d’Eegenschafte vum Pektinextrakt duerch d’Astellung vun der Amplitüd, der Extraktiounstemperatur, dem Drock, der Verweilzäit an dem Léisungsmëttel beaflosst ginn.

 

An dësem Video stelle mir Iech déi héicheffizient Ultraschallextraktioun vu Pektin aus Grapefruitschuele mam Sondenultraschallapparat UP200Ht vir. D'Ultraschallbehandlung ass eng héicheffizient Method, fir héich Ausbezuelen u qualitativ héichwäertegem Pektin aus Nieweprodukter vun Uebst a Geméis ze erreechen. D'Ultraschallextraktioun liwwert méi grouss Pektinquantitéiten a besser Qualitéit bei enger méi kuerzer Veraarbechtungszäit.

 
Hei fannt Dir de Protokoll fir d’Ultraschallextraktioun vu Pektin aus Grapefruitschuelen, déi am Video hei uewen demonstréiert gëtt!
 

D’Ultraschallextraktioun ka mat verschiddene Léisungsmëttel wéi Waasser, Zitrounesaier, enger Salpéitersaierléisung (HNO₃, pH 2,0) oder Ammoniumoxalat/Oxalsaier duerchgefouert ginn, wouduerch et och méiglech ass, d’Ultraschallbehandlung an existent Extraktiounslinnen ze integréieren (Norüstung).

Uebstoffall als Quell: Héichleeschtungsultraschall gouf schonn erfollegräich agesat, fir Pektinen aus Äppeltrester, Schuele vun Zitrusfriichten (wéi Orangen, Zitrounen a Grapefruiten), Drauwentrester, Granatäppel, Zockerrüwepulp, Draachefriichtschuelen, Kladodie vu Figekaktussen, Passiounsfruuchtschuelen a Mangoschuelen ze isoléieren.

Pektinausfällung no der Ultraschallextraktioun

D’Zousetze vun Ethanol zu enger Extraktléisung kann hëllefen, Pektin duerch e Prozess ze trennen, deen Ausfällung genannt gëtt. Pektin, e komplext Polysaccharid, dat an den Zellwänn vu Planze virkënnt, ass ënner normale Bedéngungen a Waasser léislech. Duerch d’Verännerung vum Léisungsmëttelëmfeld mam Zousetze vun Ethanol kann d’Léislechkeet vum Pektin awer reduzéiert ginn, wat zu senger Ausfällung aus der Léisung féiert.

D’Chimie hannert der Pektinausfällung mat Ethanol kann duerch dräi Reaktiounen erkläert ginn:

• Ënnerbriechung vu Waasserstoffbrécken: Pektinmolekülle ginn duerch Waasserstoffbrécken zesummegehalen, déi zu hirer Léislechkeet a Waasser bäidroen. Ethanol ënnerbrécht dës Waasserstoffbrécken, andeems et mat Waassermoleküllen ëm Bindungsplazen op de Pektinmolekülle konkurréiert. Wann Ethanolmoleküllen d’Waassermolekülle ronderëm d’Pektinmoleküllen ersetzen, ginn d’Waasserstoffbrécken tëscht de Pektinmolekülle méi schwaach, wouduerch hir Léislechkeet am Léisungsmëttel reduzéiert gëtt.
• Reduzéiert Polaritéit vum Léisungsmëttel: Ethanol ass manner polar wéi Waasser, dat heescht, datt et eng méi kleng Fäegkeet huet, polar Substanze wéi Pektin ze léisen. Wann Ethanol der Extraktléisung bäigesat gëtt, hëlt d’Gesamtpolaritéit vum Léisungsmëttel of, wouduerch et fir Pektinmolekülle manner gënschteg gëtt, an der Léisung ze bleiwen. Dëst féiert zur Ausfällung vum Pektin aus der Léisung, well et am Ethanol-Waasser-Gemësch manner léislech gëtt.
• Erhéicht Pektinkonzentratioun: Wann d’Pektinmoleküllen aus der Léisung ausfalen, klëmmt d’Konzentratioun vum Pektin an der verbleiwender Léisung. Dëst erméiglecht eng méi einfach Trennung vum Pektin vun der flësseger Phas duerch Filtratioun oder Zentrifugatioun.

D’Ausfëlle vu Pektin mat Ethanol ass eng einfach an effektiv Method, fir Pektinen aus der Extraktléisung ze isoléieren. Dëse Prozessschrëtt kann einfach no der Ultraschallextraktioun vu Pektin duerchgefouert ginn. D’Zousetze vun Ethanol zu der Extraktléisung verännert d’Léisungsmëttelëmfeld esou, datt d’Léislechkeet vum Pektin reduzéiert gëtt, wat zu senger Ausfällung an der uschléissender Trennung vun der Léisung féiert. Dës Technik gëtt dacks bei der Extraktioun an der Ren ge vu Pektin aus Planzematerial fir verschidden industriell Uwendungen an Uwendungen am Liewensmëttelberäich agesat.
 
 
Interesséiert un der Valoriséierung vun Trester, Schuelen a Fruchtfleesch? – Liest méi iwwer d’Extraktioun vu Polyphenolen aus Uebstoffäll!

Industriell Ultraschallapparater fir d’Pektinextraktioun

Hielscher Ultrasonics ass Äre Partner fir Extraktiounsprozesser aus Planzematerial wéi Trester, Schuelen a Som. Egal ob Dir kleng Quantitéite fir Fuerschung an Analys extrahéiere wëllt oder grouss Volumë fir déi kommerziell Produktioun verschaffe wëllt, mir hunn de passenden Ultraschallextrakter fir Iech. Eis Ultraschall-Laborhomogenisateuren, eis Dëschapparater an eis industriell Ultraschallapparater si robust, einfach ze benotzen a fir de 24/7-Betrib ënner Vollbelaaschtung gebaut. Eng breet Palett un Accessoirë wéi Sonotroden (Ultraschallsonden / -häerner) a verschiddene Gréissten a Formen, Duerchflosszellen a Reakteren esou wéi Boosteren erméiglechen déi optimal Konfiguratioun fir Äre spezifeschen Extraktiounsprozess.
All digital Ultraschallmaschinne si mat engem faarwegen Touchdisplay, enger integréierter SD-Kaart fir d’automatesch Dateprotokolléierung an enger Fernsteierung iwwer de Browser fir eng ëmfaassend Prozessiwwerwaachung ekipéiert. Mat de sophistikéierten Ultraschallsystemer vun Hielscher ginn en héije Grad u Prozessstandardiséierung an d’Qualitéitskontroll einfach gemaach.
Kontaktéiert eis nach haut, fir d’Ufuerderunge vun Ärem Pektinextraktiounsprozess ze beschwätzen! Mir ënnerstëtzen Iech gär mat eiser laangjäreger Erfarung an der Ultraschallextraktioun an hëllefen Iech, déi héchst Prozesseffizienz an eng optimal Pektinqualitéit z’erreechen!

Déi folgend Tabell gëtt Iech en Iwwerbléck iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Fuerschungsresultater vun der Ultraschallextraktioun vu Pektin

Tomatenoffäll: Fir laang Extraktiounszäiten (12–24 h) beim Réckflossverfaren ze vermeiden, gouf eng Ultraschallbehandlung agesat, fir den Extraktiounsprozess zäitlech ze intensivéieren (15, 30, 45, 60 an 90 min). Jee no Extraktiounszäit leien d’Pektinausbezuele fir den éischten Ultraschallextraktiounsschrëtt bei Temperature vu 60°C an 80°C bei 15,2–17,2% respektiv 16,3–18,5%. Wann en zweeten Ultraschallextraktiounsschrëtt applizéiert gouf, ass d’Ausbezuel u Pektinnen aus Tomatenoffäll jee no Temperatur an Zäit op 34–36% geklommen. Offensichtlech verstäerkt d’Ultraschallextraktioun d’Opbrieche vun der Zellwandmatrix vun den Tomaten, wat zu bessere Wiesselwierkungen tëscht dem Léisungsmëttel an dem extrahéierte Material féiert.
Déi mat Ultraschall extrahéiert Pektinne kënnen als Pektinne mat héijem Methoxylgehalt (HM-Pektin) mat séier asetzende Geléierungseegenschaften (DE > 70%) an engem Veresterungsgrad vu 73,3–85,4% agestuuft ginn. n. De Kalziumpektatgehalt am mat Ultraschall extrahéierte Pektin gouf jee no Extraktiounsparameteren (Temperatur an Zäit) mat Wäerter tëscht 41,4% an 97,5% gemooss. Bei méi héijer Temperatur vun der Ultraschallextraktioun sinn d’Kalziumpektatgehalter méi héich (91–97%) a stellen domat am Verglach mat der konventioneller Extraktioun e wichtege Parameter fir d’Geléierungsfäegkeet vum Pektin duer.
Eng konventionell Léisungsmëttelextraktioun iwwer eng Dauer vu 24hr liwwert änlech Pektinausbezuele wéi eng Ultraschallextraktiounsbehandlung vu 15 min. Aus de kritt Resultater kann ee schléissen, datt d’Ultraschallbehandlung d’Extraktiounszäit däitlech verkierzt. D’NMR- an d’FTIR-Spektroskopie bestätegen d’Präsenz vun haaptsächlech veresterte Pektinnen an alle geproufte Prouwen. [Grassino et al. 2016]

Passiounsfruuchtschuelen: D’Extraktiounsausbezuel, d’Galakturonsaier an de Veresterungsgrad goufen als Indicateure vun der Extraktiounseffizienz betruecht. Déi héchst Pektinausbezuel, déi mat ultraschallënnerstëtzter Extraktioun erreecht gouf, war 12,67% (Extraktiounsbedéngungen: 85ºC, 664 W/cm2, pH 2,0 an 10 min). Ënner de selwechte Bedéngunge gouf eng konventionell Extraktioun duerch Erhëtze gemaach, an d’Resultat war 7,95%. Dës Resultater stëmme mat anere Studien iwwereneen, déi iwwer déi kuerz Zäit fir eng effektiv, duerch Ultraschall ënnerstëtzten Extraktioun vu Polysacchariden, dorënner Pektin, Hemizellulosen an aner waasserléislech Polysacchariden, berichten. Et gouf och observéiert, datt d’Extraktiounsausbezuel op dat 1,6-Facht geklommen ass, wann d’Extraktioun duerch Ultraschall ënnerstëtzt gouf. Déi kritt Resultater hu gewisen, datt Ultraschall eng effizient an zäitspuerend Technik fir d’Extraktioun vu Pektin aus Passiounsfruuchtschuele war. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Kladoode vu Feigekakteen: Déi ultraschallënnerstëtzten Extraktioun (UAE) vu Pektin aus Kladoode vun Opuntia ficus indica (OFI) no der Entfernung vun de Schläimstoffer gouf mat der Äntwertflächenmethodik ausprobéiert. D’Prozessvariabele goufe mat engem isovariante zentral zesummegesate Versuchsplang optiméiert, fir d’Ausbezuel vun der Pektinextraktioun ze verbesseren. Déi ermittelt optimal Bedéngung war: Ultraschallbehandlungszäit 70 min, Temperatur 70, pH 1,5 an e Waasser-Material-Verhältnis vun 30 ml/g. Dës Bedéngung gouf validéiert, an d’Ausbezuel vun der experimenteller Extraktioun louch bei 18,14% ± 1,41%, wat no beim virausgesote Wäert (19,06%) louch. Domat stellt d’Ultraschallextraktioun eng villverspriechend Alternativ zum konventionellen Extraktiounsprozess duer, dank hirer héijer Effizienz, déi a manner Zäit a bei méi niddregen Temperaturen erreecht gouf. De Pektin, dee mat Ultraschallextraktioun aus OFI-Kladooden extrahéiert gouf (UAEPC), huet en niddrege Veresterungsgrad, en héijen Uronsaiergehalt, wichteg funktionell Eegenschaften an eng gutt Aktivitéit géint fräi Radikaler. Dës Resultater schwätze fir den Asaz vun UAEPC als potenziellen Zousazstoff an der Liewensmëttelindustrie. [Bayar et al. 2017]

Drauwentreschter: An der Fuerschungsaarbecht „Ultraschallënnerstëtzt Extraktioun vu Pektinnen aus Drauwentreschter mat Zitrounesäier: Eng Approche mat der Äntwertflächenmethodik“ gëtt d’Beschallung benotzt, fir Pektinnen aus Drauwentreschter mat Zitrounesäier als Extraktiounsmëttel ze extrahéieren. No der Äntwertflächenmethodik kann déi héchst Pektinausbezuelung (∼32,3%) erreecht ginn, wann den Ultraschallextraktiounsprozess bei 75ºC fir 60 min mat enger Zitrounesäierléisung mat engem pH vun 2,0 duerchgefouert gëtt. Dës pektesch Polysacchariden, déi haaptsächlech aus Galakturonsäiereenheete bestinn (∼97% vun de gesamten Zockeren), hunn en duerchschnëttlecht Molekulargewiicht vun 163,9kDa an e Veresterungsgrad (DE) vu 55,2%.
D’Uewerflächemorphologie vu beschallten Drauwentreschter weist, datt d’Beschallung eng wichteg Roll beim Opbrieche vum planzleche Geweebe a beim Erhéije vun den Extraktiounsausbezuelunge spillt. D’Ausbezuelung, déi no der Ultraschallextraktioun vu Pektinnen ënner den optimale Bedéngungen (75°C, 60 min, pH 2,0) erreecht gouf, war 20% méi héich wéi d’Ausbezuelung, déi erreecht gouf, wann d’Extraktioun ënner de selwechte Bedéngunge vun Temperatur, Zäit a pH, awer ouni Ultraschallënnerstëtzung, duerchgefouert gouf. Zousätzlech haten d’Pektinnen aus der Ultraschallextraktioun och e méi héicht duerchschnëttlecht Molekulargewiicht. [Minjares-Fuentes et al. 2014]