Extração de pectina ultra-sônica de frutas e bio-resíduos

• Pectinas são um aditivo alimentar muito freqüentemente utilizado, principalmente adicionado para os seus efeitos gelivantes.
• Extração ultra-sônica aumenta significativamente o rendimento e a qualidade dos extratos de pectina.
• Sonication é conhecido por seus efeitos intensificar processo, que já são utilizados em múltiplos processos industriais.

Pectinas e extração de pectina

Pectina é um polissacárido complexo natural (heteropolissacaríno) encontrado em particular nas paredes celulares de frutas, especialmente em frutas cítricas e pomace de maçã. Altos teores de pectina são encontrados nas cascas de frutas de maçã e citrinos. O bagaço de Apple contem 10-15% do pectina em uma base da matéria seca quando a casca do citrino contiver 20-30%. As pectinas são biocompatíveis, biodegradáveis e renováveis e mostram grandes propriedades gelivantes e espessantes, o que os torna um aditivo altamente valorizado. Pectins são amplamente utilizados em alimentos, cosméticos e produtos farmacêuticos como reologia modificador como emulsificante, Gelando agente, agente de vitrificação, estabilizador, e espessante.
A extração convencional de pectina para aplicações industriais é realizada por meio de processos catalisados por ácido (usando ácido nítrico, clorídrico ou sulfúrico). A extração ácida-catalysed é o processo o mais frequentado na produção industrial do pectina, desde que as outras técnicas da extração tais como a ebulição direta (60 º C-100 º C) para até 24 horas e o baixo pH (1.0-3.0) são lentos e baixos no rendimento e podem causar a degradação térmica de a fibra extraída e o rendimento do pectina é limitado às vezes pelas circunstâncias do processo. Entretanto, a extração ácido-catalisada vem com suas desvantagens, demasiado: o tratamento ácido áspero causa a despolimerização e o deesterification das correntes do pectina, que afeta negativamente a qualidade do pectina. A produção de grandes volumes de efluentes ácidos requer tratamento pós-processamento e reciclagem dispendioso, o que torna o processo um fardo ambiental.

Extração ultra-sônica do pectin

A extração ultra-sônica é um tratamento suave e não térmico, que é aplicado a múltiplos processos alimentares. No que diz respeito à extração de pectinas de frutas e legumes, sonication produz pectina de alta qualidade. Os pectinas ultrasonically extraídos sobressair por seu ácido anhydrouronic, pelo conteúdo do pectato do metoxila e do cálcio assim como seu grau de esterification. As condições suaves da extração ultra-sônica impedem uma degradação térmica das pectinas sensíveis ao calor.
A qualidade e a pureza do pectin podem variar dependendo do ácido anhydrogalacturonic, do grau de esterification, do índice da cinza da pectina extraída. A pectina com alto peso molecular e baixo teor de cinzas (abaixo de 10%) índice com ácido anhydrogalacturonic elevado (acima de 65%) são conhecidos como pectina de boa qualidade. Uma vez que a intensidade do tratamento ultrassônico pode ser controlada com muita precisão, as propriedades do extrato de pectina podem ser influenciadas ajustando a amplitude, a temperatura de extração, a pressão, o tempo de retenção e o solvente.

Extração ultra-sônica pode ser executado usando vários solventes como água, ácido cítrico, solução de ácido nítrico (HNO₃, pH 2,0), ou oxalato de amônio/ácido oxálico, o que torna também possível integrar sonication em linhas de extração existentes (retro-fitting).

Desperdício da fruta como a fonte: Ultra-som de alto desempenho já foi aplicado com sucesso para isolar pectinas de maçã pomace, cascas de frutas cítricas (como laranja, limão, grapefruit), bagaço de uva, romã, polpa de beterraba açucareira, casca de frutas dragão, espinhoso pêra cladodes, maracujá casca, e cascas de manga.

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A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Resultados da pesquisa da extração ultra-sônica do pectin

Desperdício do tomate: Para evitar tempos longos de extração (12 – 24 h) no processo de refluxação, foi utilizado o ultrasonication para intensificação dos processos de extração em termos de tempo (15, 30, 45, 60 e 90 min). Dependendo dos tempos de extração, os rendimentos de pectina obtidos para a primeira etapa de extração ultra-sônica, a temperaturas de 60 ° c e 80 ° c são 15,2 – 17,2% e 16,3 – 18,5%, respectivamente. Quando uma segunda etapa de extração ultra-sônica foi aplicada, o rendimento de pectinas do resíduo de tomate foi aumentado para 34 – 36%, dependendo das temperaturas e épocas). Obviamente, a extração ultra-sônica aumenta a ruptura da matriz da parede celular de tomate, levando a melhores interações entre o solvente e o material extraído.
Os pectinas ultrassonicamente extraídos podem ser categorizados como pectinas de alta metoxilo (HM-pectina) com propriedades DE gelivamento DE conjunto rápido (DE > 70%) e um grau de esterificação de 73,3 – 85.4%. n. o teor de pectato de cálcio na pectina extraída ultrassonicamente foi medido entre 41,4% a 97,5%, dependendo dos parâmetros de extração (temperatura e tempo). Em uma temperatura mais elevada da extração ultra-sônica, os índices do pectato do cálcio são mais elevados (91 – 97%) e como tal parâmetro importante atual da habilidade do gelificação do pectina comparado à extração convencional.
A extração solvente convencional para uma duração de 24h dá rendimentos similares do pectina em comparação com 15 minutos do tratamento ultra-sônico da extração. No que diz respeito aos resultados obtidos, pode-se concluir que o tratamento ultrassônico diminui notavelmente o tempo de extração. A espectroscopia RMN e FTIR confirma a existência de pectina predominantemente esterificada em todas as amostras investigadas. [Grassino et al. 2016]

Casca de maracujá: O rendimento de extração, o ácido galacturônico e o grau de esterificação foram considerados como indicadores da eficiência de extração. o maior rendimento de pectina obtido por extração assistida por ultrassom foi de 12,67% (condições de extração 85 º C, 664 W/cm2, pH 2,0 e 10 min). Para essas mesmas condições, foi realizada uma extração convencional de aquecimento e o resultado foi de 7,95%. Estes resultados estão de acordo com outros estudos, que relatam o curto período de tempo para a extração efetiva de polissacarídeos, incluindo pectina, hemicelulose e outros polissacarídeos solúveis em água, assistidos por ultrassom. Observou-se também que o rendimento de extração aumentou 1,6 vezes quando a extração foi assistida por ultrassom. Os resultados obtidos demonstraram que a ultrassonografia foi uma técnica eficiente e de economia de tempo para extração de pectina de casca de maracujazeiro. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Cladodes de pêra espinhosas: A extração assistida ultra-sônica (UAE) do pectina dos cladódios de Opuntia ficus indica (ofi) após a remoção da mucilagem foi tentada usando a metodologia de superfície da resposta. As variáveis de processo foram otimizadas pelo delineamento de compósito central isovariante, a fim de melhorar o rendimento de extração de pectina. A condição ótima obtida foi: tempo sonication 70 min, temperatura 70, pH 1,5 e a relação água-material 30 ml/g. Esta condição foi validada e o desempenho da extração experimental foi de 18,14% ± 1,41%, o que estava intimamente ligado ao valor previsto (19, 6%). Assim, a extração ultra-sônica apresenta uma alternativa promissora ao processo de extração convencional, graças à sua alta eficiência que foi alcançada em menos tempo e em temperaturas mais baixas. O pectina extraído pela extração ultra-sônica dos cladódios de ofi (uaepc) tem um baixo grau de esterification, de índice ácido urônico elevado, de propriedades funcionais importantes e de boa atividade antiradical. Estes resultados são a favor do uso de UAEPC como aditivo potencial na indústria alimentar. [Bayar et al. 2017]

Bagaço de uva: No documento de pesquisa "extração assistida por ultra-som de pectinas de bagaço de uva usando ácido cítrico: uma abordagem de metodologia de superfície de resposta", sonication é usado para extrair pectinas de bagaço de uva com ácido cítrico como o agente de extração. De acordo com a metodologia de superfície de resposta, a maior produtividade de pectina (~ 32,3%) pode ser alcançada quando o processo de extração ultra-sônica é realizado a 75 º C por 60 min usando uma solução de ácido cítrico de pH 2,0. Estes polissacarídeos pecóticos, compostos principalmente por unidades de ácido galacturônico (~ 97% de açúcares totais), têm um peso molecular médio de 163.9 kDa e um grau de esterificação (DE) de 55,2%.
A morfologia superficial do bagaço de uva sonicado mostra que a sonicação desempenha um papel importante na ruptura do tecido vegetal e no aumento dos rendimentos de extração. O rendimento obtido após a extração ultra-sônica de pectinas utilizando as condições ideais (75 ° c, 60 min, pH 2,0) foi 20% maior do que o rendimento obtido quando a extração foi realizada aplicando as mesmas condições de temperatura, tempo e pH, mas sem ultra-som Assistência. Além disso, as pectinas da extração ultra-sônica também exibiram um maior peso molecular médio. [Minjares-Fuentes et al. 2014]