Ultraskaņas ekstrakcija nodrošina augstas kvalitātes pektīnu ražu. Izmantojot ultraskaņu, vērtīgos pektīnus var efektīvi ražot no augļu atkritumiem (piemēram, no sulas pārstrādes blakusproduktiem) un citām bioloģiskām izejvielām. Ultraskaņas pektīna ekstrakcija izceļ citas ekstrakcijas metodes, ražojot augstāku ražu, nodrošinot labāku pektīna kvalitāti un ātru ekstrakcijas procedūru.

Pastiprināta pektīna ekstrakcija ar ultraskaņu

Pektīns tiek izmantots kā želejveida, emulgējošs un biezinātājs daudzos pārtikas produktos, kā arī sastāvdaļa kosmētikā un farmācijā. Parastā rūpnieciskā pektīna ekstrakcija tiek veikta, izmantojot karstā ūdens ekstrakciju, kur tādas izejvielas kā citrusaugļu mizas, ābolu izspaidas un citi augļu atkritumi ilgstoši tiek iemērktas 60–100 ° C karstā ūdenī ar zemu pH līmeni (aptuveni pH 1,5 – 3,5). Tas padara parasto karstā ūdens ieguvi par laikietilpīgu un enerģiju patērējošu procesu, kas bieži vien pat nav pietiekami efektīvs, lai atbrīvotu visu izejvielā pieejamo pektīnu daudzumu.
Lai pārvarētu tradicionālās ražošanas metodes neefektivitāti, ultraskaņas ekstrakciju izmanto kā procesu, kas pastiprina metodi, kas samazina ekstrakcijas laiku un ievērojami palielina pektīna ražu, salīdzinot ar tradicionālo karstā ūdens ieguvi.

Ultraskaņas pektīna ekstrakcijas priekšrocība

Ultraskaņas ekstrakcija tiek piemērota daudzās ieguves rūpniecības jomās, piemēram, botāniskais un augu ekstrakti pārtikai, piedevas, farmaceitiskie līdzekļi un kosmētika. Ļoti pamanāms ultraskaņas ekstrakcijas piemērs ir cannabidiol (CBD) un citu savienojumu ekstrakcija no kaņepju auga.
Ultraskaņas ekstrakcija ir neinsīvi ekstrakcijas metode, kas tādējādi novērš bioaktīvo savienojumu pret termisko noārdīšanos. Visus ultraskaņas procesa parametrus, piemēram, amplitūdu, intensitāti, laiku, temperatūru un spiedienu, var precīzi kontrolēt. Tas ļauj precīzi apstrādāt un uzlabot kvalitāti un ļauj viegli atkārtot un pavairot, kad iegūti ekstrakcijas rezultāti. Ekstrakts ražotāji novērtē ultrasonikāciju uzticamam procesa atkārtojamībai, kas palīdz standartizēt procesus un produktus.

Attiecīgo procesa parametru noteikšana ļauj optimizēt ultraskaņas ekstrakcijas procesu ar visaugstāko efektivitāti un izcilu ekstrakta kvalitāti.
Piemēram, izejvielu daļiņu izmērs (piemēram, citrusaugļu mizas) ir svarīgs faktors: Mazāks daļiņu izmērs nozīmē lielāku virsmas laukumu, lai ultraskaņas viļņi varētu iedarboties. Neliels daļiņu izmērs tādējādi rada augstāku pektīna ražu, zemāku metilēšanas pakāpi un lielāku rhamnogalacturonan reģionu attiecību.
Ekstrakcijas šķīdinātāja pH vērtība (t.i., ūdens + skābe) ir vēl viens būtisks parametrs. Ja pektīnu ekstrahē skābos apstākļos, daudzi rhamnogalacturonan sazarotie polimēra reģioni tiek sadalīti tā, ka galvenokārt paliek homogalakturonāna "taisnie" reģioni ar dažām neitrālām cukura molekulām, kas piestiprinātas galvenajā lineārajā ķēdē vai tajā.
Ultraskaņas pektīna ekstrakcija samazina ekstrakcijas laiku un pazemina nepieciešamo procesa temperatūru, kas samazina nevēlamu pektīna modifikāciju ar skābēm. Tas ļauj izmantot skābes noslēgtos apstākļos, lai tieši modificētu pektīnus produktu prasībām.

Kas padara Ultraskaņas pektīna ekstrakciju tik efektīvu?

Ultraskaņas ekstrakcijas ietekme tieši ietekmē šūnu sieniņu pietūkumu, perforāciju un salūšanu. Ultraskaņas izraisīta masas pārnese izraisa krūšu materiāla mitrināšanu vidējā lamellas vidū, kas noved pie veģetālo audu salūšanas. Ultraskaņas kavitācija un bīdes spēki tieši ietekmē šūnu sienas un lauzt tos atvērtus. Šie mehānismi rada ļoti efektīvus ultraskaņas ekstrakcijas rezultātus.

Ultrasoniski ekstrahēts pektīns (arī akustiskā kavitācija palīdzēja ekstrahēt pektīnu, saīsināti ACAE), kam bija zemāka molekulmasa un metoksilācijas pakāpe, bija bagātāks rhamnogalacturonan-I reģionā ar garām sānu ķēdēm, salīdzinot ar parasto siltumu ekstrahēto pektīnu no ķīmiskās un FT-IR analīzes. Enerģijas patēriņš ulgtrasoniskā pektīna ekstrakcijai bija ievērojami zemāks nekā tradicionālā apkures metode, kas norāda uz tā daudzsološo pielietojumu rūpnieciskās ražošanas mērogā.
(sal. Wang et al., 2017)
Wang un viņa kolēģi (2017) arī pamato, ka ultraskaņas ekstrakcija ir pierādīta kā ekonomiskāks un videi draudzīgāks process ar augstāku efektivitāti un mazākām izmaksām, salīdzinot ar parasto apkures ieguvi.
 

Cukurbiešu mīkstuma atlikuma SEM ar 1000x palielinājumu: a) pirms ekstrakcijas un pēc pektīna ekstrakcijas, izmantojot b) ksilanasu (250 U/g), c) celulāzi (300 U/g), d) ksilanasae+celulāzi (1:1) un e) ksilanasē+celulāzi (1:1,5) un f) ksilanasae+celulāzi (1:2).
(pētījums un attēli: Abou-Elseoud et al., 2021)

Kā darbojas ultraskaņas pektīna ekstrakcija?

Ultraskaņas ekstrakcija ir balstīta uz augstas intensitātes ultraskaņas sonomehānisko ietekmi. Lai veicinātu un pastiprinātu pektīna ekstrakciju, izmantojot ultrasonikāciju, lieljaudas ultraskaņas viļņi tiek savienoti ar ultraskaņas zondi (ko sauc arī par ultraskaņas ragu vai sonotrode) šķidrā vidē, t.i., vircu, kas sastāv no pektīnu saturošas izejvielas un šķīdinātāja. Ultraskaņas viļņi ceļo caur šķidrumu un rada mainīgus zema spiediena / augsta spiediena ciklus. Zema spiediena ciklu laikā tiek izveidoti minūšu vakuuma burbuļi (tā sauktie kavitācijas burbuļi), kas aug vairākos spiediena ciklos. Šajos burbuļu augšanas ciklos izšķīdinātās gāzes šķidrumā nonāk vakuuma burbulī, lai vakuuma burbulis pārvērstos augošos gāzes burbuļos. Pēc noteikta izmēra, kad burbuļi nevar absorbēt vairāk enerģijas, tie implode vardarbīgi laikā augsta spiediena ciklā. Burbuļu implosion raksturo intensīvi kavitācijas spēki, tostarp ļoti augsta temperatūra un spiediens, kas attiecīgi sasniedz līdz 4000K un 1000atm; kā arī atbilstošās augstas temperatūras un spiediena starpības. Šie ultrasoniski radītie turbulences un bīdes spēki saplūda augu šūnas un atbrīvo intracelulāros pektīnus šķīdinātājā uz ūdens bāzes. Tā kā ultraskaņas kavitācija rada ļoti intensīvu masas pārnesi, ultraskaņas apstrāde rada ārkārtīgi augstu ražu ļoti īsā apstrādes laikā.

Ultraskaņas ekstrakcija no augu šūnām: mikroskopiskā šķērsgriezumu (TS) parāda darbības mehānismu ultraskaņas ekstrakcijas laikā no šūnām (palielinājums 2000x) [resurss: Vilkhu et al. 2011]

Pektīnus ekstrahē no augļu atkritumiem

Augļu atkritumi, piemēram, mizas, augļu mīkstuma atliekas (pēc augļu sulas presēšanas) un citi augļu blakusprodukti bieži vien ir bagāti pektīna avoti. Lai gan augļu atkritumus bieži izmanto kā dzīvnieku barību, pektīna ekstrakcija ir vērtīgāka augļu atkritumu izmantošana.
Ultraskaņas pektīna ekstrakcija jau ir veiksmīgi veikta ar citrusaugļu mizām (piemēram, apelsīniem, mandarīniem, greipfrūtiem), melones mizām, ābolu izspaidām, cukurbiešu mīkstumu, mango mizām, tomātu atkritumiem, kā arī džekfrūtu, pasifloras augļiem, vīģu mizām.

Ultraskaņas pektīna ekstrakcijas gadījumu izpēte

Sakarā ar trūkumiem parasto pektīnu ekstrakcijas ar siltumu, pētniecības un rūpniecības jau ir izpētītas novatoriskas alternatīvas, piemēram, ultraskaņas ekstrakcija. Tādējādi ir pieejamas daudzas informācijas par procesa parametriem dažādām izejvielām, kā arī procesa optimizācijas dati.

Pektīna ultraskaņas ekstrakcija no ābolu izspaidas

Dranca un Oroian (2019) pētīja pektīna ultraskaņas ekstrakcijas procesu no ābolu izspaidu piemaļķiem, piemērojot dažādus ultraskaņas apstākļus un izmantojot Box-Behnken atbildes virsmas dizainu. Viņi konstatēja, ka ultraskaņas amplitūda spēcīgi ietekmē ekstrahētā pektīna ražu un esterifikācijas pakāpi, bet ekstrakcijas pH lielā mērā ietekmēja visas trīs atbildes, t. i., ražu, GalA saturu un esterifikācijas pakāpi. Optimālie ekstrakcijas apstākļi bija 100% amplitūda, pH 1,8, cietā-šķidruma attiecība 1:10 g/ml un 30 min ultraskaņas apstrāde. Šādos apstākļos pektīnu raža bija 9,183% un bija 98,127 g/100 g GalA saturu un 83,202% esterifikācijas pakāpi. Lai iestatītu ultraskaņas ekstrahētā pektīna rezultātus attiecībā uz komerciālo pektīnu, pektīna paraugu, kas iegūts ar ultraskaņas ekstrakciju optimālos apstākļos, salīdzināja ar komerciāliem citrusaugļiem un ābolu pektīna paraugiem ar FT-IR, DSC, reoloģisko analīzi un SEM. Pirmās divas metodes uzsvēra dažas īpatnības pektīna parauga ekstrahē ar ultraskaņas ekstrakciju, piemēram, šaurāku sadales diapazonu molekulmasu, sakārtotu molekulāro izvietojumu, un augstu esterifikācijas pakāpi, kas bija līdzīga komerciāli pieejamu ābolu pektīnu sadalījumam. Ultrasoniski iegūtā parauga morfoloģisko īpašību analīze norāda noteikšanas modeli starp šā parauga fragmentu izmēru sadalījumu un tā GalA saturu vienā pusē un ūdens uzņemšanas spēju otrā pusē. Ultrasoniski ekstrahēta pektīna šķīduma viskozitāte bija daudz augstāka nekā risinājumiem, kas izgatavoti, izmantojot komerciālu pektīnu, kas varbūt sakarā ar augsto galakturonskābes koncentrāciju. Apsverot arī augstu esterifikācijas pakāpi, tas varētu izskaidrot, kāpēc viskozitāte bija lielāka ultrasoniski ekstrahētajam pektīnam. Pētnieki secina, ka pektīna tīrība, struktūra un reoloģiskā uzvedība, kas iegūta ar ultraskaņas ekstrakciju no Malus domestica "Fălticeni" ābolu izspaidas, norāda uz daudzsološiem šīs šķīstošās šķiedras pielietojumiem. (sal. ar Dranca & Oroian 2019) Oroian 2019)

Augstas veiktspējas ultraskaņas nosūcējs Pektīna ražošanai

Ultraskaņas ekstrakcija ir uzticama pārstrādes tehnoloģija, kas atvieglo un paātrina augstas kvalitātes pektīnu ražošanu dažādās izejvielās, piemēram, citrusaugļu blakusproduktos un mizās, ābolu izspaidās un daudzās citās. Hielscher Ultrasonics portfelis aptver pilnu diapazonu no kompaktiem laboratorijas ultrasonikatoriem līdz rūpnieciskām ekstrakcijas sistēmām. Tādējādi mēs Hielscher varam jums piedāvāt vispiemērotāko ultrasonicator jūsu paredzētajai procesa jaudai. Mūsu ilgmūu pieredzējušie darbinieki palīdzēs jums no priekšizpētes un procesa optimizācijas līdz jūsu ultraskaņas sistēmas uzstādīšanai galīgajā ražošanas līmenī.
Mūsu ultraskaņas nosūcēju mazā pēdu nospiedums, kā arī to daudzpusība uzstādīšanas opcijās padara tos piemērotus pat mazās telpas pektīna apstrādes iekārtās. Ultraskaņas procesori tiek uzstādīti visā pasaulē pārtikas, farmācijas un uztura bagātinātāju ražotņu ražošanā.

Hielscher Ultraskaņas – Izsmalcināta ekstrakcijas iekārta

Hielscher Ultrasonics produktu portfelis aptver pilnu augstas veiktspējas ultraskaņas nosūcēju klāstu no maza līdz lielam mērogam. Papildu piederumi ļauj viegli montēt vispiemērotāko ultraskaņas ierīces konfigurāciju jūsu pektīna ekstrakcijas procesam. Optimālais ultraskaņas iestatījums ir atkarīgs no paredzētās jaudas, apjoma, izejvielas, partijas vai inline procesa un laika skalas.

Partija un iekļautā

Hielscher ultrasonicators var izmantot partijas un nepārtrauktas caurplūdes apstrādei. Ultraskaņas partijas apstrāde ir ideāli piemērota procesa testēšanai, optimizācijai un mazam līdz vidējam ražošanas līmenim. Attiecībā uz lielu apjomu pektīna, inline apstrāde varētu būt izdevīgāka. Nepārtrauktai iekļauto sajaukšanas procesu, ir nepieciešama sarežģīta iestatīšana – kas sastāv no sūkņa, šļūteņiem vai caurulēm un tvertnēm -, bet tas ir ļoti efektīvs, ātrs un prasa ievērojami mazāku darbaspēku. Hielscher Ultrasonics ir vispiemērotākais ekstrakcijas iestatījums jūsu ekstrakcijas apjoma un procesa mērķiem.

Ultraskaņas nosūcējs katrai produkta ietilpībai

Hielscher Ultrasonics produktu klāsts aptver pilnu ultraskaņas procesoru spektru no kompaktiem laboratorijas ultrasonatoriem pār galda un izmēģinājuma sistēmām līdz pilnībā rūpnieciskiem ultraskaņas procesoriem ar spēju apstrādāt kravas automašīnas stundā. Pilns produktu klāsts ļauj mums piedāvāt jums vispiemērotāko ultraskaņas nosūcēju jūsu pektīnu saturošajam izejmateriālam, procesa jaudai un ražošanas mērķiem.
Ultraskaņas solīšanas sistēmas ir ideāli piemērotas priekšizpētes testiem un procesu optimizācijai. Lineāra palielināšana, pamatojoties uz noteiktiem procesa parametriem, ļauj ļoti viegli palielināt apstrādes jaudu no mazākām partijām līdz pilnībā komerciālai ražošanai. Augšuppārkāpumu var veikt, vai nu uzstādot jaudīgāku ultraskaņas nosūcēju vienību, vai vienlaikus klasterot vairākus ultrasonatorus. Ar UIP16000 Hielscher piedāvā visspēcīgāko ultraskaņas nosūcēju visā pasaulē.

Precīzi kontrolējama amplitūdas optimāliem rezultātiem

Visi Hielscher ultrasonicators ir precīzi kontrolējami un tādējādi uzticami darba zirgi ražošanā. Amplitūda ir viens no svarīgākajiem procesa parametriem, kas ietekmē pektīna ultraskaņas ekstrakcijas efektivitāti un efektivitāti no augļiem un bioatkritumiem.
Visi Hielscher Ultrasonics’ procesori ļauj precīzi iestatīt amplitūdu. Sonotrodes un pastiprinātājs ragi ir piederumi, kas ļauj mainīt amplitūdu vēl plašākā diapazonā. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas un nodrošināt nepieciešamo ultraskaņas intensitāti prasīgiem lietojumiem. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā.
Precīzi amplitūdas iestatījumi un ultraskaņas procesa parametru pastāvīga uzraudzība, izmantojot viedo programmatūru, dod jums iespēju apstrādāt jūsu izejvielu ar visefektīvākajiem ultraskaņas apstākļiem. Optimāla ultraskaņas apstrāde, lai iegūtu vislabākos ekstrakcijas rezultātus!
Hielscher ultraskaņas iekārtu robustums ļauj 24/7 darboties lieljaudas režīmā un prasīgā vidē. Tas padara Hielscher ultraskaņas aprīkojumu par uzticamu darba rīku, kas atbilst jūsu ekstrakcijas prasībām.

Viegla testēšana bez riska

Ultraskaņas procesi var būt pilnīgi lineāri mērogoti. Tas nozīmē, ka katru rezultātu, ko esat sasniedzis, izmantojot lab vai bench-top ultrasonicator, var mērogot tieši uz to pašu produkciju, izmantojot tieši tos pašus procesa parametrus. Tas padara ultrasonikāciju ideāli piemērotu bezriska priekšizpētes testēšanai, procesu optimizācijai un turpmākai ieviešanai komerciālā ražošanā. Sazinieties ar mums, lai uzzinātu, kā ultraskaņas apstrāde var palielināt jūsu pektīna ekstraktu ražošanu.

Augstākā kvalitāte – Projektē un ražo Vācijā

Hielscher kā ģimenes un ģimenes vadīts uzņēmums nosaka visaugstāko kvalitātes standartu prioritāti saviem ultraskaņas procesoriem. Visi ultrasonatori ir projektēti, ražoti un rūpīgi pārbaudīti mūsu galvenajā mītnē Teltovā netālu no Berlīnes, Vācijā. Hielscher ultraskaņas aprīkojuma robustums un uzticamība padara to par darba zirgu jūsu ražošanā. 24/7 ekspluatācija pilnā noslodzē un prasīgā vidē ir hielscher augstas veiktspējas maisītāju dabiska īpašība.

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: