Hielscher Echografietechniek

Ultrasone Pectine-extractie uit fruit en bio-afval

  • Pectines zijn een zeer veelgebruikt levensmiddelenadditief, dat vooral wordt toegevoegd vanwege de gelerende werking.
  • Ultrasone extractie verhoogt de opbrengst en kwaliteit van pectine extracten aanzienlijk.
  • Sonificatie staat bekend om haar procesversterkende effecten, die al worden gebruikt in tal van industriële processen.

 

Pectines en Pectine Extractie

Citrusvruchtenafval zoals schillen en residuen na het sap zijn ideaal voor de ultrasone extractie van pectines.Pectine is een natuurlijk complex polysacharide (heteropolysacharide) dat vooral voorkomt in de celwanden van vruchten, vooral in citrusvruchten en appelpulp. Een hoog pectinegehalte zit in de vruchtenschillen van zowel appel- als citrusvruchten. Appelpulp bevat 10-15% pectine op basis van droge stof, terwijl citrusschillen 20-30% van de pectine bevatten. Pectines zijn biocompatibel, biologisch afbreekbaar en hernieuwbaar en hebben grote gelerende en verdikkende eigenschappen, waardoor ze een zeer gewaardeerd additief zijn. De pectines worden wijd gebruikt in voedsel, schoonheidsmiddelen en farmaceutische producten zoals reologiemodificator zoals emulgator, geleermiddel, verglazingsagent, glansmiddel, stabilisator, en verdikkingsmiddel.
Conventionele pectine extractie voor industriële toepassingen wordt uitgevoerd met behulp van een zuur gekatalyseerd proces (met behulp van salpeter-, zoutzuur- of zwavelzuur). Zuurgekatalyseerde extractie is het meest voorkomende proces in de industriële pectineproductie, aangezien de andere extractietechnieken zoals direct koken (60ºC-100ºC) gedurende 24 uur en een lage pH-waarde (1,0-3,0) langzaam en laag in opbrengst zijn en thermische degradatie van de geëxtraheerde vezel kunnen veroorzaken en de pectineopbrengst soms beperkt wordt door de procesomstandigheden. De zuur gekatalyseerde extractie heeft echter ook nadelen: De harde zure behandeling veroorzaakt depolymerisatie en deesterificatie van de pectineketens, wat de pectine kwaliteit negatief beïnvloedt. De productie van grote hoeveelheden zure effluenten vereist een nabewerking en een dure recyclagebehandeling, wat het proces tot een milieubelasting maakt.

Ultrasone Pectine Extractie

UIP4000hdT (4kW) ultrasone processor voor de extractie van pectines in een industrieel inlineproces.Ultrasone extractie is een milde, niet-thermische behandeling, die wordt toegepast op veelvoudige voedselprocessen. Wat de extractie van pectines uit groenten en fruit betreft, produceert de sonische behandeling pectine van hoge kwaliteit. Ultrasonisch geëxtraheerde pectines blinken uit door hun gehalte aan anhydrouronisch zuur, methoxyl en calciumpectaat en hun veresteringsgraad. De milde omstandigheden van de ultrasone extractie voorkomen een thermische degradatie van de warmtegevoelige pectines.
De kwaliteit en zuiverheid van de pectine kan variëren afhankelijk van het anhydrogalacturonzuur, de mate van verestering en het asgehalte van de geëxtraheerde pectine. De pectine met een hoog moleculair gewicht en een laag asgehalte (minder dan 10%) met een hoog anhydrogalacturonzuur (meer dan 65%) staat bekend als pectine van goede kwaliteit. Omdat de intensiteit van de ultrasone behandeling zeer nauwkeurig kan worden geregeld, kunnen de eigenschappen van het pectine extract worden beïnvloed door amplitude, extractie temperatuur, druk, retentietijd en oplosmiddel aan te passen.

UIP4000hdT-stroomcel voor inline sonicatie op industriële schaal

Ultrasone doorstroomreactor

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.



Voordelen:

  • hoger rendement
  • betere kwaliteit
  • nietthermische
  • verminderde extractietijd
  • procesintensificatie
  • aanpassing mogelijk
  • Groene Afzuiging
Ultrasone extractie kan worden uitgevoerd met behulp van verschillende oplosmiddelen zoals water, citroenzuur, salpeterzuur, salpeterzuuroplossing (HNO3of ammoniumoxalaat/oxalaat/oxalaatzuur, waardoor het ook mogelijk is om de geluidsgolven in bestaande extractielijnen te integreren (retrofitting).

Ultrasone pectine extracten blinken uit door:

  • hoog gelerend vermogen
  • dispersievermogen
  • pectinekleur
  • hoogcalciumporeaat
  • minder degradatie
  • milieuvriendelijk

Fruitafval als bron: High-performance ultrasound is al met succes toegepast om pectines te isoleren van appelpulp, citrusvruchtenschillen (zoals sinaasappel-, citroen- en grapefruitschillen), druivenpulp, granaatappel, suikerbietenpulp, drakenvruchtenschil, cactusvijgen, passievruchtenschillen en mangoschillen.

Hoogwaardige ultrasoonapparatuur met hoge prestaties

Hielscher Ultrasonics is uw partner voor extractieprocessen van plantaardige producten. Of u nu kleine hoeveelheden wilt extraheren voor onderzoek en analyse of grote volumes wilt verwerken voor commerciële productie, wij hebben de geschikte ultrasone extractor voor u. Onze ultrasone laboratoriumprocessoren evenals onze Bank-top en industriële ultrasone sensoren zijn robuust, gemakkelijk te gebruiken en gebouwd voor 24/7 gebruik bij volledige belasting. Een breed scala aan Accessoires zoals sonotrodes (ultrasone sondes / hoorns) met verschillende afmetingen en vormen, flowcellen en reactoren en boosters zorgen voor de optimale opstelling voor uw specifieke extractieproces.
Alle digitale ultrasone apparaten zijn uitgerust met een gekleurd touch-display, een geïntegreerde SD-kaart voor automatische gegevensprotocollering en een browserafstandsbediening voor uitgebreide procesbewaking. Met de geavanceerde ultrasone systemen van Hielscher wordt een hoge processtandaardisatie en kwaliteitscontrole eenvoudig gemaakt.
Neem vandaag nog contact met ons op om de vereisten van uw extractieproces te bespreken! We zullen u graag helpen met onze jarenlange ervaring in botanische extracties!
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

batch Volume Stroomsnelheid Aanbevolen apparaten
10 tot 2000 ml 20 tot 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 tot 20L 0.2 tot 4L / min UIP2000hdT
10 tot 100L 2 tot 10 l / min UIP4000
na 10 tot 100 l / min UIP16000
na grotere cluster van UIP16000

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik het onderstaande formulier als u aanvullende informatie wilt over ultrasone homogenisatie. We zullen u graag een ultrasoon systeem aanbieden dat aan uw eisen voldoet.









Let op onze Privacybeleid.


Onderzoeksresultaten van ultrasone pectine extractie

Tomatenafval: Om lange extractietijden (12-24 uur) in de terugvloeiprocedure te vermijden, werd ultrasoon geluid gebruikt voor intensivering van het extractieproces in termen van tijd (15, 30, 45, 60 en 90 minuten). Afhankelijk van de extractietijden, de verkregen pectine opbrengsten voor de eerste ultrasone extractie stap, bij temperaturen van 60 ° C en 80 ° C respectievelijk 15,2-17,2% en 16,3-18,5%. wanneer een tweede ultrasone extractie stap werd toegepast, werd de opbrengst van pectines uit tomatenafval verhoogd tot 34-36%, afhankelijk van de temperaturen en tijden). Het is duidelijk dat ultrasone extractie de breuk van de matrix van de tomatencelwand verhoogt, wat leidt tot betere interacties tussen oplosmiddel en geëxtraheerd materiaal.
De ultrasoon geëxtraheerde pectines kunnen worden gecategoriseerd als hoge methoxyl pectines (HM-pectine) met snel ingestelde gelerende eigenschappen (DE > 70%) en een veresteringsgraad van 73,3-85,4%. n. Het gehalte aan calcium-pectaat in ultrasonisch geëxtraheerde pectine werd gemeten tussen 41,4% en 97,5%, afhankelijk van de extractieparameters (temperatuur en tijd). Bij een hogere temperatuur van ultrasone extractie is het gehalte aan calciumpectaten hoger (91-97%) en is als zodanig een belangrijke parameter voor het gelerend vermogen van de pectine in vergelijking met conventionele extractie.
Conventionele solventextractie gedurende 24 uur geeft een vergelijkbare pectineopbrengst in vergelijking met 15 minuten ultrasone extractiebehandeling. Met betrekking tot de verkregen resultaten kan worden geconcludeerd dat ultrasone behandeling de extractietijd aanzienlijk verkort. De NMR- en FTIR-spectroscopie bevestigen het bestaan van voornamelijk veresterde pectine in alle onderzochte monsters. [Grassino et al. 2016]....

Passievruchtenschil: De extractieopbrengst, galacturonzuur en veresteringsgraad werden beschouwd als de indicatoren van de extractie-efficiëntie. De hoogste opbrengst van pectine verkregen door middel van echo-geassisteerde extractie was 12,67% (extractievoorwaarden 85 ºC, 664 W/cm2, pH 2,0 en 10 min.). Voor deze zelfde omstandigheden werd een conventionele verwarmingsextractie uitgevoerd en het resultaat was 7,95%. Deze resultaten zijn in overeenstemming met andere studies, die de korte tijd voor effectieve extractie van polysachariden, waaronder pectine, hemicellulosen en andere in water oplosbare polysachariden, met behulp van ultrasone trillingen, rapporteren. Ook werd vastgesteld dat de extractieopbrengst 1,6 keer zo hoog was als wanneer de extractie werd ondersteund door middel van echografie. De verkregen resultaten toonden aan dat echografie een efficiënte en tijdbesparende techniek was voor de extractie van pectine uit passievruchtenschillen. [Freitas de Oliveira et al. 2016]....

Prickly Pear Cladodes: Ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) van pectine uit Opuntia ficus indica (OFI) cladodes na slijm verwijderen werd geprobeerd met behulp van de response surface methodologie. De procesvariabelen werden geoptimaliseerd door het isovariante centrale composietontwerp om het pectine extractie rendement te verbeteren. De optimale conditie die werd verkregen was: sonische tijd 70 min., temperatuur 70, pH 1,5, pH 1,5 en de water-materiaalverhouding van 30 ml/g. Deze voorwaarde werd gevalideerd en de prestaties van experimentele extractie was 18,14% ± 1,41%, die nauw verbonden was met de voorspelde waarde (19,06%). Ultrasone extractie is dus een veelbelovend alternatief voor het conventionele extractieproces dankzij het hoge rendement dat in minder tijd en bij lagere temperaturen werd bereikt. De pectine die door ultrasone extractie uit OFI-bekledingen (UAEPC) wordt geëxtraheerd, heeft een lage veresteringsgraad, een hoog gehalte aan uronische zuren, belangrijke functionele eigenschappen en een goede anti-radicale werking. Deze resultaten zijn in het voordeel van het gebruik van UAEPC als potentieel additief in de levensmiddelenindustrie. [Bayar et al. 2017]....

Druivenpulp: In het onderzoeksdocument "Echografie-ondersteunde extractie van pectines uit druivenpulp met behulp van citroenzuur: A response surface methodology approach", wordt de sonering gebruikt om pectines te extraheren uit druivenpulp met citroenzuur als extractiemiddel. Volgens de Response Surface Methodology kan de hoogste pectineopbrengst (∼32,3%) worden bereikt wanneer het ultrasone extractieproces wordt uitgevoerd bij 75ºC gedurende 60 minuten met behulp van een citroenzuuroplossing met pH 2,0. De pectine-extractie wordt uitgevoerd bij 75ºC. Deze pectinepolysachariden, die voornamelijk bestaan uit galacturonzuureenheden (∼97% van de totale suikers), hebben een gemiddeld moleculair gewicht van 163,9kDa en een veresteringsgraad (DE) van 55,2%.
De oppervlaktemorfologie van de sonische druivendroes toont aan dat sonische trillingen een belangrijke rol spelen bij het afbreken van het plantaardige weefsel en het verhogen van de opbrengst van de extractie. De opbrengst verkregen na ultrasone extractie van pectines onder de optimale omstandigheden (75°C, 60 min, pH 2,0) was 20% hoger dan de opbrengst verkregen bij de extractie onder dezelfde omstandigheden van temperatuur, tijd en pH, maar zonder ultrasone hulp. Bovendien vertoonden de pectines van ultrasone extractie ook een hoger gemiddeld moleculair gewicht. [Minjares-Fuentes et al. 2014]....

Hielscher Ultrasonics helpt u vanaf de eerste test tot aan de commercialisering van uw toepassing.

Van haalbaarheidstesten tot procesoptimalisatie en industriële installaties – Hielscher Ultrasonics is uw partner voor succesvolle ultrasone processen!

Literatuur / Referenties



Feiten die de moeite waard zijn om te weten

Pectine

Pectine is een natuurlijk voorkomende heteropolysacharide, die vooral voorkomt in vruchten zoals appelpulp en citrusvruchten. Pectines, ook bekend als pectinepolysachariden, zijn rijk aan galacturonzuur. Binnen de pectische groep zijn verschillende polysachariden geïdentificeerd. Homogalacturonanen zijn lineaire ketens van α-(1-4)-gekoppeld D-galacturonzuur. Gesubstitueerde galacturonanen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van sacharide-appendantresiduen (zoals D-xylose of D-apiose in de respectieve gevallen van xylogalacturonan en apiogalacturonan) die zich vertakken uit een ruggengraat van D-galacturonzuurresiduen. Rhamnogalacturonan I-pectines (RG-I) bevatten een ruggengraat van het zich herhalende disacharide: 4)-α-D-galacturonzuur-(1,2)-α-L-rhamnose-(1. Veel rhamnose-residuen hebben zijketens van verschillende neutrale suikers. De neutrale suikers zijn voornamelijk D-galactose, L-arabinose en D-xylose. De soorten en verhoudingen van neutrale suikers variëren naargelang de oorsprong van de pectine.
Een ander structureel type pectine is rhamnogalacturonan II (RG-II), een complex, sterk vertakt polysaccharide dat minder vaak in de natuur voorkomt. De ruggengraat van rhamnogalacturonan II bestaat uitsluitend uit D-galacturonzuureenheden. Geïsoleerde pectine heeft een moleculair gewicht van doorgaans 60.000-130.000 g/mol, variërend met de oorsprong en extractievoorwaarden.
Pectines zijn een belangrijk additief met talrijke toepassingen in de levensmiddelen-, farmaceutische en andere industrieën. Het gebruik van pectines is gebaseerd op het hoge vermogen om gel te vormen in aanwezigheid van Ca2+ ionen of een oplossing bij lage pH. Er zijn twee vormen van pectines: laag-methoxyl-pectine (LMP) en hoog-methoxyl-pectine (HMP). De twee soorten pectine onderscheiden zich door hun methyleringsgraad (DM). In afhankelijkheid van methylathion, kan de pectine of hoge methoxypectine (DM>50) of lage methoxypectine (DM<50). Hoge methoxypectine wordt gekenmerkt door zijn vermogen om gels te vormen in een zuur milieu (pH 2,0-3,5) onder de premisse dat sacharose in een concentratie van ten minste 55 wt% of hoger aanwezig is. Lage methoxypectine kan in aanwezigheid van een tweewaardig ion, zoals calcium, gels vormen over een groter pH-bereik (2,0-6,0).
Wat betreft de gelatie van hoog-methoxyl-pectine, vindt de cross-linking van pectine moleculen plaats door waterstofbruggen en hydrofobe interacties tussen de moleculen. Bij methoxyl-arme pectine wordt gelatie verkregen uit de ionische koppeling via calciumbruggen tussen twee carboxylgroepen die tot twee verschillende ketens in de onmiddellijke nabijheid van elkaar behoren.
Factoren zoals pH, aanwezigheid van andere stoffen, moleculaire grootte, methoxylatiegraad, aantal en positie van zijketens en laaddichtheid op de molecule beïnvloeden de gelatie-eigenschappen van pectine. Er worden twee soorten pectines onderscheiden wat betreft de oplosbaarheid. Er is in water oplosbare of vrije pectine en in water onoplosbare pectine. De oplosbaarheid van Pectine in water is gerelateerd aan de mate van polymerisatie en de hoeveelheid en positie van methoxylgroepen. In het algemeen neemt de oplosbaarheid van pectine in water toe naarmate het molecuulgewicht afneemt en neemt het aantal veresterde carboxylgroepen toe. De pH, de temperatuur en het type opgeloste stof zijn echter ook van invloed op de oplosbaarheid.
De kwaliteit van commercieel gebruikte pectine wordt meestal meer bepaald door zijn dispergeerbaarheid dan door zijn absolute oplosbaarheid. Wanneer droge pectine in poedervorm aan water wordt toegevoegd, is het bekend dat het de zogenaamde “vissenogen”. Deze visogen zijn klonters die ontstaan door de snelle hydratatie van het poeder. “Vissen-oog” klonters hebben een droge, niet bevochtigde pectinekern, die is bekleed met een sterk gehydrateerde buitenste laag nat poeder. Zulke klonters zijn moeilijk te bevochtigen en verspreiden zich slechts zeer langzaam.

Gebruik van Pectines

In de voedingsindustrie wordt pectine toegevoegd aan marmelades, fruitpasta's, jam, gelei, dranken, sauzen, diepvriesproducten, snoepgoed en bakkerijproducten. Pectine wordt gebruikt in banketbakkersgelei om een goede gelstructuur en een schone beet te verkrijgen en om een goede smaakafgifte te verkrijgen. Pectine wordt ook gebruikt voor het stabiliseren van zure eiwitdranken, zoals het drinken van yoghurt, voor het verbeteren van de textuur, het mondgevoel en de pulpstabiliteit in sapdranken en als vetvervanger in bakkerijproducten. Voor caloriearme / caloriearme / caloriearme pectines worden pectines toegevoegd als vet- en/of suikervervanger.
In de farmaceutische industrie wordt het gebruikt om het cholesterolgehalte in het bloed en gastro-intestinale aandoeningen te verlagen.
Andere industriële toepassingen van pectine zijn onder andere toepassing in eetbare films, als emulsiestabilisator voor water/olie-emulsies, als reologiemodificator en weekmaker, als lijmverbeteraar voor papier en textiel enz.

Bronnen van Pectine

Hoewel pectine in de celwanden van de meeste planten voorkomt, zijn appelpulp en sinaasappelschil de twee belangrijkste bronnen van commercieel geproduceerde pectines, aangezien hun pectines van grote kwaliteit zijn. Andere bronnen vertonen vaak slecht gelerend gedrag. In fruit, naast appel en citrus, staan perziken, abrikozen, peren, guaves, guaves, kweepeer, pruimen en kruisbessen bekend om hun hoge hoeveelheid pectine. Onder de groenten, tomaten, wortelen en aardappelen staan bekend om hun hoge pectinegehalte.

tomaat

Miljoenen tonnen tomaten (Lycopersicon esculentum Mill.) worden jaarlijks verwerkt tot producten zoals tomatensap, pasta, puree, ketchup, saus en salsa, wat resulteert in grote hoeveelheden afval. Tomatenafval, verkregen na het persen van tomaten, bestaat voor 33% uit zaad, 27% uit schil en 40% pulp, terwijl gedroogde tomatenpuree 44% uit zaad en 56% uit pulp en schil bestaat. Tomatenafval is een grote bron voor de productie van pectines.