Pectine-extractie uit grapefruitschillen met een sonicator
Pectinen uit bijproducten van fruit, zoals schillen of pulp, worden met ultrasone extractoren zeer efficiënt geëxtraheerd. Als betrouwbare, eenvoudige en veilig te gebruiken methode voor pectine-extractie verhoogt sonicatie de pectineopbrengst en de pectinekwaliteit bij een hogere productiesnelheid. Hieronder demonstreren we de doeltreffende techniek van ultrasone pectine-extractie uit grapefruitschillen.
Ultrasone pectine-extractie stap voor stap
Ultrasone pectine-extractie beschrijft de toepassing van ultrageluid met hoog vermogen om de vrijmaking van pectinen uit een grondstof (bijv. fruitschillen, bijproducten van citrusvruchten) te bevorderen. Sonicatie is een beproefde techniek om celwanden open te breken en pectine uit plantaardig materiaal vrij te maken.
Het volgende protocol voor ultrasone pectine-extractie uit grapefruitschillen met een sonicator met sonde en daaropvolgende ethanolprecipitatie:
Gebruikte materialen:
- 50gr grapefruitschillen
- 200mL gezuiverd water
- 400mL ethanol
- Sonicator UP200St + sonotrode S26d14
- Glazen bekerglazen
De sonicator UIP4000hdT is een krachtige extractor van 4kW die voor industriële pectineproductie wordt gebruikt.
Voorbereiding van de grondstof:
- Gebruik citrusschillen als grondstof. In dit protocol gebruiken we grapefruitschillen.
- Was de citrusschillen grondig om vuil of verontreinigingen te verwijderen.
- Snijd de citrusschillen in kleine stukjes om het oppervlak voor de extractie te vergroten.
Keuze van het oplosmiddel:
Water is het voorkeursoplosmiddel voor extractie; het is goedkoop en niet-toxisch. Water wordt vaak gebruikt voor pectine-extractie omdat het pectine kan oplossen zonder afbraak te veroorzaken. Het toevoegen van een kleine hoeveelheid zuren (bijv. citroenzuur, azijnzuur, salpeterzuur of zoutzuur) aan water als oplosmiddel helpt pectine uit plantaardig materiaal op te lossen en verbetert het extractieproces. Het instellen van het oplosmiddel op een pH-waarde van ca. 2–3 pH is een goede richtwaarde.
Procedure voor ultrasone extractie:
- Doe ca. 50 gr fijngehakte stukjes citrusschil in een bekerglas of kolf.
- Voeg ongeveer 200 ml van het gekozen oplosmiddel toe aan de citrusschillen.
- Gebruik een sonicator met sonde om het mengsel met ultrasone golven te behandelen. We gebruiken de UP200Ht, een krachtige ultrasone extractor van 200 watt, uitgerust met de sonotrode S26d14. Stel de amplitude in op 100%.
- Soniceer het mengsel gedurende ongeveer 10 min totdat een optimale extractie is bereikt.
Filtratie:
Filter het mengsel na sonicatie met een vooraf bevochtigd fijnmazig gaas of filterdoek om de geëxtraheerde pectineoplossing te scheiden van het vaste residu, de deeltjes grapefruitschil. Door deze filtratiestappen meerdere keren te herhalen, worden alle vaste resten verwijderd.
Ethanolprecipitatie:
- Om pectine uit de geëxtraheerde oplossing neer te slaan, wordt ethanol vaak gebruikt als precipitatiemiddel of als middel om het proces te stoppen.
- Breng de gefilterde pectineoplossing over naar een schone houder.
- Voeg geleidelijk ethanol toe aan de pectineoplossing terwijl u voortdurend roert. De volumeverhouding tussen ethanol en pectineoplossing varieert, maar bedraagt doorgaans ongeveer 2:1 (ethanol: oplossing).
- Blijf ethanol toevoegen totdat een eindconcentratie van ongeveer 70–80% ethanol in de oplossing is bereikt. Deze concentratie bevordert de precipitatie van pectine.
- Laat het mengsel voldoende lang staan, gewoonlijk enkele uren of een nacht, om de precipitatie te vergemakkelijken.
- Verzamel na de precipitatie de neergeslagen pectine door centrifugatie of filtratie.
- Was de neergeslagen pectine met ethanol om onzuiverheden en achtergebleven oplosmiddel te verwijderen.
- Droog ten slotte de gezuiverde pectine onder vacuüm of bij lage temperatuur om eventueel resterend vocht te verwijderen.
Omdat het pectinegehalte en de grondstof op basis van fruit aan natuurlijke variaties onderhevig zijn, kan het nodig zijn de extractieprocedure hierop aan te passen. Dit betekent dat de specifieke extractie- en precipitatieomstandigheden mogelijk moeten worden geoptimaliseerd afhankelijk van het type citrusschil, de rijpheid, de pectineopbrengst en de gewenste pectine-eigenschappen. Analytische technieken zoals gravimetrische analyse of spectrofotometrische methoden kunnen worden ingezet om het pectinegehalte te kwantificeren en de extractie-efficiëntie te beoordelen.
Sonicator UP400St voor extractie
SEM van resterende suikerbietenpulp bij een vergroting van 1000x: (a) vóór extractie, en na extractie van pectine met (b) Xylanasae (250 U/g), (c) cellulase (300 U/g), (d) Xylanasae+cellulase (1:1), en (e) Xylanasae+cellulase (1:1,5), en (f) Xylanasae+cellulase (1:2).
(onderzoek en afbeeldingen: Abou-Elseoud et al., 2021)
Industriële pectine-extractie met sonicatoren van Hielscher
Dezelfde hierboven gedemonstreerde procedure voor ultrasone pectine-extractie kan lineair worden opgeschaald naar industriële inlineproductie. Met een ultrasone reactor met doorstroomcel kunnen grote volumes bijproducten van fruit in een continue inlinebehandeling worden verwerkt.
Hielscher Ultrasonics biedt een geavanceerde reeks industriële sonicatoren voor de verwerking van fruit- en groentemateriaal voor pectineproductie.
Sonicatie wordt niet alleen gebruikt voor pectine-extractie, maar ook voor de isolatie van polyfenolen uit persresten, pulp, schillen en zaden van fruit. Lees hier meer!
- hoge efficiëntie
- geavanceerde technologie
- betrouwbaarheid & robuustheid
- instelbare, nauwkeurige procesregeling
- batch & inline
- voor elk volume
- intelligente software
- slimme functies (bijv. programmeerbaarheid, gegevensregistratie, afstandsbediening)
- eenvoudig en veilig te bedienen
- weinig onderhoud
- CIP (reiniging ter plaatse)
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0,5 tot 1,5mL | n.v.t. | VialTweeter | 1 tot 500mL | 10 tot 200mL/min | UP100H |
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 tot 150L | 3 tot 15L/min | UIP6000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Ontwerp, productie en advies – kwaliteit uit Duitsland
De sonicatoren van Hielscher staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Dankzij hun robuustheid en eenvoudige bediening kunnen onze sonicatoren soepel in industriële installaties worden geïntegreerd. De sonicatoren van Hielscher zijn moeiteloos bestand tegen zware omstandigheden en veeleisende omgevingen.
Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op sonicatoren met hoge prestaties, geavanceerde technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard voldoen de sonicatoren van Hielscher aan de CE-voorschriften en aan de eisen van UL, CSA en RoHs.
Hielscher Ultrasonics produceert ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties voor mengtoepassingen, dispersie, emulgering en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- Divyani Panwar, Parmjit S. Panesar, Harish K. Chopra (2023): Ultrasound-assisted extraction of pectin from Citrus limetta peels: Optimization, characterization, and its comparison with commercial pectin. Food Bioscience, Volume 51, 2023.
- Cibele Freitas de Oliveira, Diego Giordani, Rafael Lutckemier, Poliana Deyse Gurak, Florencia Cladera-Olivera, Ligia Damasceno Ferreira Marczak (2016): Extraction of pectin from passion fruit peel assisted by ultrasound. LWT – Food Science and Technology 71, 2016. 110-115.
- Antonela Nincevic Grassino, Mladen Brncic, Drazen Vikic-Topic, Suncica Roca, Maja Dent, Suzana Rimac Brncíc (2016): Ultrasound assisted extraction and characterization of pectin from tomato waste. Food Chemistry 198 (2016) 93–100.
- Krauser, S.; Saeed, A.; Iqbal, M. (2015): Comparative Studies on Conventional (Water-Hot Acid) and Non-Conventional (Ultrasonication) Procedures for Extraction and Chemical Characterization of Pectin from Peel Waste of Mango Cultivar Chausna. Pak. J. Bot., 47(4): 1527-1533, 2015.
Wetenswaardigheden: pectine
Pectine is een complex polysacharide dat voorkomt in de celwanden van planten, met name in fruit, en voornamelijk bestaat uit galacturonzuurresiduen die door α-1,4-glycosidische bindingen met elkaar zijn verbonden. Deze structuur verleent pectine unieke eigenschappen, waardoor het een veelzijdig biomolecuul is met uiteenlopende industriële toepassingen.
In zijn natuurlijke toestand komt pectine voor als een heterogeen mengsel van polymeren met verschillende methyleringsgraden, wat tot uiteenlopende functionele kenmerken leidt. De methyleringsgraad beïnvloedt het vermogen van pectine om gels te vormen, waarbij laagmethoxylpectinen sterkere gels vormen dan hoogmethoxylpectinen.
De functionaliteiten van pectine komen voort uit het vermogen om interacties aan te gaan met water, metaalionen, suikers en andere macromoleculen. Vooral de gelerende eigenschappen maken het tot een waardevol ingrediënt in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie. Pectine wordt vaak gebruikt als geleermiddel, stabilisator en verdikkingsmiddel in voedingsmiddelen zoals jam, gelei, vruchtenconserven, zoetwaren en zuiveldesserts. In farmaceutische toepassingen dient het als matrix voor gecontroleerde afgifte van geneesmiddelen en als bindmiddel in tabletformuleringen.
Naast de toepassingen in de voedingsmiddelen- en farmaceutische sector wordt pectine in diverse andere industrieën gebruikt. In de cosmetische industrie wordt het ingezet als stabilisator in emulsies en als filmvormend middel in huidverzorgingsproducten. Bovendien heeft pectine dankzij zijn biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid potentiële toepassingen in de biogeneeskunde, waaronder wondgenezing, weefseltechnologie en systemen voor geneesmiddelafgifte.
Deze uiteenlopende functionaliteiten en het biocompatibele karakter van pectine maken het tot een waardevol biomateriaal met een breed scala aan toepassingen in meerdere industrieën.
Hielscher Ultrasonics produceert ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties, van laboratoriumformaat tot industrieel formaat.