Pectine-extractie uit pompelmoesschillen met behulp van een sonificator
Pectines uit fruitbijproducten zoals schillen of pulp worden zeer efficiënt geëxtraheerd met ultrasone extractoren. Als een betrouwbare, eenvoudige en veilig te gebruiken pectine-extractiemethode verhoogt ultrasone extractie de pectineopbrengst en pectinekwaliteit bij een versnelde productiesnelheid. Hieronder demonstreren we de efficiënte techniek van ultrasone pectine-extractie uit grapefruitschillen.
Ultrasone pectine extractie stap voor stap
Ultrasone pectine-extractie beschrijft de toepassing van ultrageluid om het vrijkomen van pectines uit een grondstof (bijv. fruitschillen, bijproducten van citrusvruchten) te bevorderen. Sonificatie is een beproefde techniek om celwanden te verstoren en pectine vrij te maken uit plantaardig materiaal.
Het volgende protocol voor ultrasone pectine-extractie uit grapefruitschillen met behulp van een sonicator van het probe-type en daaropvolgende ethanolprecipitatie:
Gebruikte materialen:
- 50gr pompelmoesschil
- 200 ml gezuiverd water
- 400 ml ethanol
- Sonicator UP200St + sonotrode S26d14
- Glazen bekers
De ultrasoonreiniger UIP4000hdT is een krachtige afzuigkap met een vermogen van 4 kW. gebruikt voor industriële pectineproductie.
Bereiding van grondstoffen:
- Verkrijg citrusschillen als grondstof. In dit protocol gebruiken we grapefruitschillen.
- Was de citrusschil grondig om vuil te verwijderen.
- Snijd de citrusschil in kleine stukjes om het extractieoppervlak te vergroten.
Selectie van oplosmiddelen:
Water is het geprefereerde oplosmiddel voor extractie, dat goedkoop en niet-toxisch is. 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 bij het oplossen van pectine uit plantaardig materiaal en verbetert het extractieproces. Het oplosmiddel instellen op een pH-waarde van ongeveer 2-3 pH is een goede richtlijn.
Ultrasone extractieprocedure:
- Doe ongeveer 50 gr fijngehakte stukjes citrusschil in een bekerglas of erlenmeyer.
- Voeg ongeveer 200 ml van het gekozen oplosmiddel toe aan de citrusschil.
- Gebruik een sonotonde om het mengsel met ultrasone golven te behandelen. Wij gebruiken de UP200Ht, 200 watt krachtige ultrasone extractor uitgerust met de sonotrode S26d14. Stel de amplitude in op 100%.
- Sonificeer het mengsel ongeveer 10 minuten tot een optimale extractie is bereikt.
Filtratie:
Filtreer het mengsel na de sonicatie met behulp van een vooraf bevochtigd fijn gaas of filterdoek om de geëxtraheerde pectineoplossing te scheiden van het vaste residu, de deeltjes van de grapefruitschil. Herhaal deze filtratiestappen verschillende keren om er zeker van te zijn dat alle vaste resten verwijderd zijn.
Neerslaan van ethanol:
- Om pectine uit de geëxtraheerde oplossing te laten neerslaan, wordt meestal ethanol gebruikt als neerslag- of glansmiddel.
- Breng de gefilterde pectineoplossing over in een schone container.
- Voeg onder voortdurend roeren geleidelijk ethanol toe aan de pectineoplossing. De verhouding tussen ethanol en pectineoplossing varieert, maar is meestal ongeveer 2:1 (ethanol: oplossing) per volume.
- Ga door met het toevoegen van ethanol totdat een eindconcentratie van ongeveer 70-80% ethanol in de oplossing is bereikt. Deze concentratie bevordert het neerslaan van pectine.
- Laat het mengsel lang genoeg staan, meestal enkele uren of 's nachts, om de neerslag te bevorderen.
- Vang na het neerslaan de neergeslagen pectine op door centrifugeren of filtreren.
- Was de neergeslagen pectine met ethanol om onzuiverheden en resterend oplosmiddel te verwijderen.
- Droog ten slotte de gezuiverde pectine onder vacuüm of bij lage temperatuur om eventueel resterend vocht te verwijderen.
Aangezien het pectinegehalte en de grondstof op basis van fruit onderhevig zijn aan natuurlijke variaties, moet de extractieprocedure mogelijk dienovereenkomstig worden aangepast. Dit betekent dat de specifieke extractie- en precipitatiecondities 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 gebruikt om het pectinegehalte te kwantificeren en de efficiëntie van de extractie te beoordelen.
Sonicator UP400ST voor extractie
SEM van overgebleven suikerbietenpulp bij 1000x vergroting: (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 Hielscher Sonicators
Dezelfde procedure van ultrasone pectine-extractie die hierboven is gedemonstreerd, kan lineair worden opgeschaald naar industriële inline productie. Het gebruik van een ultrasone flowcelreactor maakt het mogelijk om grote volumes fruitbijproducten in een continue inline behandeling te verwerken.
Hielscher Ultrasonics biedt een geavanceerde lijn industriële sonicators voor de verwerking van fruit- en plantaardig materiaal voor de productie van pectine.
Sonificatie wordt niet alleen gebruikt voor pectine-extractie, maar ook voor de isolatie van polyfenolen uit fruitpulp, pulp, schil en zaden. Lees hier meer!
- hoog rendement
- ultramoderne technologie
- betrouwbaarheid & robuustheid
- instelbare, nauwkeurige procesregeling
- batch & inline
- voor elk volume
- intelligente software
- slimme functies (bijv. programmeerbaar, dataprotocollering, afstandsbediening)
- eenvoudig en veilig te bedienen
- gering onderhoud
- CIP (clean-in-place)
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0.5 tot 1.5mL | n.v.t. | VialTweeter | 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 tot 150 liter | 3 tot 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany
Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.
Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispergeren, emulgeren 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 complexe polysacharide die voorkomt in de celwanden van planten, vooral in fruit, en is voornamelijk samengesteld uit galacturonzuurresiduen die verbonden zijn door α-1,4-glycosidebindingen. Deze structurele rangschikking geeft pectine unieke eigenschappen, waardoor het een veelzijdig biomolecuul is met verschillende industriële toepassingen.
In zijn natuurlijke staat bestaat pectine als een heterogeen mengsel van polymeren met verschillende mate van methylering, wat leidt tot verschillende functionele eigenschappen. De mate van methylering beïnvloedt het vermogen van pectine om gels te vormen, waarbij pectines met een laag methoxygehalte sterkere gels vormen dan pectines met een hoog methoxygehalte.
De functionaliteiten van pectine komen voort uit de mogelijkheid tot interactie met water, metaalionen, suikers en andere macromoleculen. Vooral de gelerende eigenschappen maken het een waardevol ingrediënt in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie. Pectine wordt vaak gebruikt als geleermiddel, stabilisator en verdikkingsmiddel in voedingsmiddelen zoals jam, gelei, fruitconserven, snoepgoed en zuiveldesserts. In farmaceutische producten dient het als een matrix voor gecontroleerde geneesmiddelafgifte en als bindmiddel in tabletformules.
Naast de toepassingen in de voedingsmiddelen- en farmaceutische sector, vindt pectine ook zijn toepassing in verschillende andere industrieën. In de cosmetische industrie wordt het gebruikt als stabilisator in emulsies en als filmvormer in huidverzorgingsproducten. Bovendien vertoont pectine potentiële toepassingen in de biogeneeskunde, waaronder wondgenezing, weefselmanipulatie en systemen voor medicijnafgifte, vanwege zijn biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid.
Deze verschillende functionaliteiten en biocompatibele aard van pectine maken het een waardevol biomateriaal met een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.