Extracția cu ultrasunete pectină din fructe și bio-deșeuri
- Pectinele sunt un aditiv alimentar foarte frecvent utilizat, adăugat în principal pentru efectele sale de gelifiere.
- Extracția cu ultrasunete crește semnificativ randamentul și calitatea extractelor de pectină.
- Sonicare este cunoscut pentru efectele sale de intensificare a procesului, care sunt deja utilizate în procese industriale multiple.
Pectine și extracția pectinei
Pectina este o polizaharidă complexă naturală (heteropolizaharidă) care se găsește în special în pereții celulari ai fructelor, în special în citrice și tescovină de mere. Conținutul ridicat de pectină se găsește în cojile de fructe atât ale mărului, cât și ale citricelor. Turta de mere conține 10-15% pectină pe bază de substanță uscată, în timp ce coaja de citrice conține 20-30%. Pectinele sunt biocompatibile, biodegradabile și regenerabile și prezintă proprietăți excelente de gelifiere și îngroșare, ceea ce le face un aditiv foarte apreciat. Pectinele sunt utilizate pe scară largă în produsele alimentare, cosmetice și farmaceutice ca modificator de reologie, cum ar fi emulgator, agent de gelifiere, agent de glazurare, stabilizator și agent de îngroșare.
Extracția convențională a pectinei pentru aplicații industriale se realizează utilizând procese catalizate de acid (folosind acid nitric, clorhidric sau sulfuric). Extracția catalizată de acid este cel mai frecventat proces în producția industrială de pectină, deoarece celelalte tehnici de extracție, cum ar fi fierberea directă (60 ° C-100 ° C) timp de până la 24 de ore și pH-ul scăzut (1,0-3,0) sunt lente și scăzute în randament și pot provoca degradarea termică a fibrei extrase, iar randamentul pectinei este uneori limitat de condițiile procesului. Cu toate acestea, extracția catalizată de acid vine și cu dezavantajele sale: tratamentul acid dur provoacă depolimerizarea și deesterificarea lanțurilor de pectină, ceea ce afectează negativ calitatea pectinei. Producția unor volume mari de efluenți acizi necesită tratament post-procesare și reciclare costisitor, ceea ce face ca procesul să fie o povară pentru mediu.
Extracție cu ultrasunete pectină
Extracția cu ultrasunete este un tratament ușor, non-termic, care se aplică proceselor alimentare multiple. În ceea ce privește extracția pectinelor din fructe și legume, sonicare produce pectină de înaltă calitate. Pectinele extrase ultrasonically excelează prin conținutul lor de acid anhidrouronic, metoxil și pectat de calciu, precum și gradul său de esterificare. Condițiile ușoare ale extracției cu ultrasunete împiedică o degradare termică a pectinelor sensibile la căldură.
Calitatea și puritatea pectinei pot varia în funcție de acidul anhidrogalacturonic, gradul de esterificare, conținutul de cenușă al pectinei extrase. Pectina cu greutate moleculară mare și conținut scăzut de cenușă (sub 10%) cu acid anhidrogalacturonic ridicat (peste 65%) este cunoscută sub numele de pectină de bună calitate. Deoarece intensitatea tratamentului cu ultrasunete poate fi controlată foarte precis, proprietățile extractului de pectină pot fi influențate prin ajustarea amplitudinii, temperaturii de extracție, presiunii, timpului de retenție și solventului.
Extracția cu ultrasunete poate fi rulat folosind diverse Solvenţi cum ar fi apa, acidul citric, soluția de acid azotic (HNO3, pH 2.0), sau oxalat de amoniu / acid oxalic, ceea ce face posibilă, de asemenea, integrarea sonicare în liniile de extracție existente (retro-fitting).
- capacitate mare de gelifiere
- bună dispersabilitate
- Culoarea pectinei
- pectat de calciu ridicat
- mai puțină degradare
- ecologic
Deșeuri de fructe ca sursă: Ultrasunetele de înaltă performanță au fost deja aplicate cu succes pentru a izola pectinele din tescovină de mere, coji de citrice (cum ar fi portocale, lămâie, grapefruit), tescovină de struguri, rodie, pulpă de sfeclă de zahăr, coajă de fructe dragon, cladode de pere, coaja de fructe de pasiune și coji de mango.
Precipitarea pectinei după extracția cu ultrasunete
Adăugarea etanolului la o soluție de extract poate ajuta la separarea pectinei printr-un proces numit precipitare. Pectina, o polizaharidă complexă găsită în pereții celulari ai plantelor, este solubilă în apă în condiții normale. Cu toate acestea, prin modificarea mediului solventului prin adăugarea de etanol, solubilitatea pectinei poate fi redusă, ducând la precipitarea acesteia din soluție.
Chimia din spatele precipitării pectinei folosind etanol poate fi explicată prin trei reacții:
- Întreruperea legăturilor de hidrogen: Moleculele de pectină sunt ținute împreună prin legături de hidrogen, care contribuie la solubilitatea lor în apă. Etanolul perturbă aceste legături de hidrogen prin concurența cu moleculele de apă pentru locurile de legare pe moleculele de pectină. Pe măsură ce moleculele de etanol înlocuiesc moleculele de apă din jurul moleculelor de pectină, legăturile de hidrogen dintre moleculele de pectină slăbesc, reducând solubilitatea lor în solvent.
- Scăderea polarității solventului: Etanolul este mai puțin polar decât apa, ceea ce înseamnă că are o capacitate mai mică de a dizolva substanțe polare, cum ar fi pectina. Pe măsură ce se adaugă etanol la soluția de extract, polaritatea generală a solventului scade, ceea ce face mai puțin favorabil ca moleculele de pectină să rămână în soluție. Aceasta duce la precipitarea pectinei din soluție, deoarece devine mai puțin solubilă în amestecul etanol-apă.
- Creșterea concentrației de pectină: Pe măsură ce moleculele de pectină precipită din soluție, concentrația de pectină din soluția rămasă crește. Acest lucru permite separarea mai ușoară a pectinei din faza lichidă prin filtrare sau centrifugare.
Precipitarea pectinei folosind etanol este o metodă simplă și eficientă de izolare a pectinelor din soluția de extract, care este o etapă de proces care poate fi ușor rulată după extracția cu ultrasunete a pectinei. Adăugarea etanolului la soluția extractivă modifică mediul solventului într-un mod care reduce solubilitatea pectinei, ducând la precipitarea acesteia și separarea ulterioară de soluție. Această tehnică este frecvent utilizată în extracția și purificarea pectinei din materialele vegetale pentru diverse aplicații industriale și alimentare.
- Randament mai mare
- calitate mai bună
- non-termic
- timp redus de extracție
- Intensificarea procesului
- Este posibilă montarea ulterioară
- Extracția verde
Ultrasonicators de înaltă performanță
Hielscher Ultrasonics este partenerul dumneavoastră pentru procesele de extracție din botanice. Fie că doriți extrage cantități mici pentru cercetare și analiză sau procesați volume mari pentru producția comercială, avem extractorul cu ultrasunete potrivit pentru tine. Omogenizatoarele noastre de laborator cu ultrasunete, precum și sonicatoarele noastre de banc-top și industriale sunt robuste, ușor de utilizat și construite pentru funcționarea 24/7 sub sarcină maximă. O gamă largă de accesorii, ar fi sonotrodes (sonde cu ultrasunete / coarne) cu diferite dimensiuni și forme, celule de flux și reactoare și boostere permit configurarea optimă pentru procesul de extracție specific.
Toate mașinile digitale cu ultrasunete sunt echipate cu un afișaj tactil colorat, card SD integrat pentru protocolarea automată a datelor și telecomanda browserului pentru monitorizarea completă a procesului. Cu sistemele sofisticate cu ultrasunete Hielscher, o standardizare ridicată a procesului și controlul calității se face simplu.
Contactați-ne astăzi pentru a discuta cerințele procesului de extracție a pectinei! Vom fi bucuroși să vă ajutăm cu experiența noastră pe termen lung în extracția cu ultrasunete și să vă ajutăm să obțineți cea mai mare eficiență a procesului și calitatea optimă a pectinei!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
---|---|---|
10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000 |
n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!

Sonicator de laborator UP200Ht extragerea pectinelor din coaja de grapefruit folosind apă ca solvent.
Rezultatele cercetării extracției cu ultrasunete pectină
Deșeuri de tomate: Pentru a evita timpii lungi de extracție (12-24 h) în procedura de reflux, ultrasonication a fost utilizat pentru intensificarea procesului de extracție în termeni de timp (15, 30, 45, 60 și 90 min). În funcție de timpii de extracție, randamentele pectinei obținute pentru prima etapă de extracție cu ultrasunete, la temperaturi de 60 ° C și 80 ° C sunt 15,2-17,2% și 16,3-18,5%, respectiv. Când a fost aplicată oa doua etapă de extracție cu ultrasunete, randamentul pectinelor din deșeurile de roșii a crescut la 34-36%, în funcție de temperaturi și timpi). Evident, extracția cu ultrasunete crește ruptura matricei peretelui celular de tomate, ceea ce duce la interacțiuni mai bune între solvent și materialul extras.
Pectinele extrase ultrasonically pot fi clasificate ca pectine metoxil ridicate (HM-pectină) cu proprietăți rapide de gelifiere set (DE > 70%) și un grad de esterificare de 73,3-85,4%. n. Conținutul de pectate de calciu în pectina extrasă ultrasonically a fost măsurată între 41.4% pentru a 97.5%, în funcție de parametrii de extracție (temperatura și timpul). La temperaturi mai ridicate de extracție cu ultrasunete, conținutul de pectat de calciu sunt mai mari (91-97%) și, ca atare, prezintă un parametru important al capacității de gelifiere a pectinei, comparativ cu extracția convențională.
Extracția convențională cu solvent pentru o durată de 24 de ore oferă randamente similare de pectină în comparație cu 15 min de tratament de extracție cu ultrasunete. În ceea ce privește rezultatele obținute, se poate concluziona că tratamentul cu ultrasunete scade remarcabil timpul de extracție. Spectroscopia RMN și FTIR confirmă existența pectinei predominant esterificate în toate probele investigate. [Grassino și colab. 2016]
Coji de fructe de pasiune: Randamentul extracției, acidul galacturonic și gradul de esterificare au fost considerate indicatori ai eficienței extracției. cel mai mare randament de pectină obținut prin extracție asistată cu ultrasunete a fost de 12,67% (condiții de extracție 85 ° C, 664 W / cm2, pH 2,0 și 10 min). Pentru aceleași condiții, a fost efectuată o extracție convențională de încălzire, iar rezultatul a fost de 7,95%. Aceste rezultate sunt în concordanță cu alte studii, care raportează timpul scurt pentru extracția eficientă a polizaharidelor, inclusiv pectină, hemiceluloză și alte polizaharide solubile în apă, asistate de ultrasunete. De asemenea, s-a observat că randamentul de extracție a crescut de 1,6 ori atunci când extracția a fost asistată de ultrasunete. Rezultatele obținute au demonstrat că ultrasunetele au fost o tehnică eficientă și de economisire a timpului pentru extragerea pectinei din coaja fructului pasiunii. [Freitas de Oliveira și colab. 2016]
Cladodele de pere înțepătoare: Extracția asistată cu ultrasunete (EAU) de pectină din Opuntia ficus indica (OFI) cladodes după îndepărtarea mucilagiilor a fost încercată folosind metodologia suprafeței de răspuns. Variabilele procesului au fost optimizate prin designul compozit central izovariant pentru a îmbunătăți randamentul extracției pectinei. Condiția optimă obținută a fost: timp de sonicare 70 min, temperatură 70, pH 1,5 și raportul apă-material 30 ml / g. Această condiție a fost validată, iar performanța extracției experimentale a fost de 18,14% ± 1,41%, care a fost strâns legată de valoarea prezisă (19,06%). Astfel, extracția cu ultrasunete prezintă o alternativă promițătoare la procesul convențional de extracție datorită eficienței sale ridicate, care a fost realizată în mai puțin timp și la temperaturi mai scăzute. Pectina extrasă prin extracție cu ultrasunete din OFI cladodes (UAEPC) are un grad scăzut de esterificare, conținut ridicat de acid uronic, proprietăți funcționale importante și o bună activitate anti-radicali. Aceste rezultate sunt în favoarea utilizării UAEPC ca potențial aditiv în industria alimentară. [Bayar și colab. 2017]
tescovină de struguri: În lucrarea de cercetare "Extracția asistată cu ultrasunete a pectinelor din tescovină de struguri folosind acid citric: o abordare metodologică a suprafeței de răspuns", sonicare este utilizat pentru a extrage pectine din tescovină de struguri cu acid citric ca agent de extracție. Conform metodologiei suprafeței de răspuns, cel mai mare randament de pectină (∼32,3%) poate fi obținut atunci când procesul de extracție cu ultrasunete se efectuează la 75 ° C timp de 60 min folosind o soluție de acid citric cu pH 2,0. Aceste polizaharide pectice, compuse în principal din unități de acid galacturonic (∼97% din totalul zaharurilor), au o greutate moleculară medie de 163,9kDa și un grad de esterificare (DE) de 55,2%.
Morfologia de suprafață a tescovină de struguri sonicated arată că sonicare joacă un rol important în ruperea țesutului vegetal și îmbunătățirea randamentelor de extracție. Randamentul obținut după extracția cu ultrasunete a pectinelor folosind condițiile optime (75 ° C, 60 min, pH 2,0) a fost cu 20% mai mare decât randamentul obținut atunci când extracția a fost efectuată aplicând aceleași condiții de temperatură, timp și pH, dar fără asistență cu ultrasunete. În plus, pectinele din extracția cu ultrasunete au prezentat, de asemenea, o greutate moleculară medie mai mare. [Minjares-Fuentes și colab., 2014]

De la testarea fezabilității la optimizarea proceselor și instalarea industrială – Hielscher Ultrasonics este partenerul tău pentru procese cu ultrasunete de succes!
Literatură/Referințe
- Bayar N., Bouallegue T., Achour M., Kriaa M., Bougatef A., Kammoun R. (2017): Ultrasonic extraction of pectin from Opuntia ficus indica cladodes after mucilage removal: Optimization of experimental conditions and evaluation of chemical and functional properties. Ultrasonic pectin extraction from prickly pear cladodes. Food Chemistry 235, 2017.
- Raffaella Boggia, Federica Turrini, Carla Villa, Chiara Lacapra, Paola Zunin, Brunella Parodi (2016): Green Extraction from Pomegranate Marcs for the Production of Functional Foods and Cosmetics. Pharmaceuticals (Basel). 2016 Dec; 9(4): 63.
- 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.
- R. Minjares-Fuentes, A. Femenia, M.C. Garaua, J.A. Meza-Velázquez, S. Simal, C. Rosselló (2014): Ultrasound-assisted extraction of pectins from grape pomace using citric acid: A response surface methodology approach. Carbohydrate Polymers 106 (2014) 179–189.
Fapte care merită știute
pectină
Pectina este o heteropolizaharidă naturală, care se găsește în principal în fructe, cum ar fi tescovina de mere și citricele. Pectinele, cunoscute și sub numele de polizaharide pectice, sunt bogate în acid galacturonic. În cadrul grupului pectic, au fost identificate mai multe polizaharide diferite. Homogalacturonanii sunt lanțuri liniare de acid D-galacturonic legat de α (1-4). Galacturonanii substituiți se caracterizează prin prezența reziduurilor de zaharide apendice (cum ar fi D-xiloza sau D-apioza în cazurile respective de xilogalacturonan și apiogalacturonan) ramificate dintr-o coloană vertebrală a reziduurilor de acid D-galacturonic. Pectinele Rhamnogalacturonan I (RG-I) conțin o coloană vertebrală a dizaharidei repetate: 4)-α-D-acid galacturonic-(1,2)-α-L-ramnoză-(1. Multe reziduuri de ramnoză au lanțuri laterale de diferite zaharuri neutre. Zaharurile neutre sunt în principal D-galactoză, L-arabinoză și D-xiloză. Tipurile și proporțiile de zaharuri neutre variază în funcție de originea pectinei.
Un alt tip structural de pectină este rhamnogalacturonan II (RG-II), care este o polizaharidă complexă, foarte ramificată și mai puțin frecvent întâlnită în natură. Coloana vertebrală a rhamnogalacturonan II constă exclusiv din unități de acid D-galacturonic. Pectina izolată are o greutate moleculară de obicei 60.000-130.000 g / mol, variind în funcție de origine și condițiile de extracție.
Pectinele sunt un aditiv important cu aplicații multiple în alimente, produse farmaceutice, precum și în alte industrii. Utilizarea pectinelor se bazează pe capacitatea sa ridicată de a forma gel în prezența Ca2+ ioni sau un dizolvat la pH scăzut. Există două forme de pectine: low-methoxyl pectina (LMP) și high-methoxyl pectina (HMP). Cele două tipuri de pectină se disting prin gradul lor de metilare (DM). În dependența de metilation, pectina poate fi fie mare metoxipectină (DM>50) sau metoxipectină scăzută (DM<50). Pectina metoxi ridicată se caracterizează prin capacitatea sa de a forma geluri într-un mediu acid (pH 2,0-3,5) sub premisa că zaharoza la o concentrație de cel puțin 55% în greutate sau mai mare este prezentă. Pectina metoxi scăzută poate forma geluri pe un interval mai mare de pH (2,0-6,0) în prezența unui ion divalent, cum ar fi calciul.
În ceea ce privește gelarea pectinei cu conținut ridicat de metoxil, reticularea moleculelor de pectină apare datorită legăturilor de hidrogen și interacțiunilor hidrofobe dintre molecule. Cu pectină cu metoxil scăzut, gelarea se obține din legătura ionică prin punți de calciu între două grupări carboxil aparținând a două lanțuri diferite în imediata apropiere una de cealaltă.
Factori precum pH-ul, prezența altor substanțe dizolvate, dimensiunea moleculară, gradul de metoxilare, numărul și poziția lanțurilor laterale și densitatea de încărcare pe moleculă influențează proprietățile de gelare ale pectinei. Două tipuri de pectine se disting în ceea ce privește solubilitatea sa. Există pectină solubilă în apă sau liberă și pectină insolubilă în apă. Solubilitatea în apă a pectinei este legată de gradul său de polimerizare și de cantitatea și poziția grupărilor metoxil. În general, solubilitatea în apă a pectinei crește odată cu scăderea greutății moleculare și creșterea grupărilor carboxil esterificate. Cu toate acestea, pH-ul, temperatura și tipul de substanță dizolvată prezentă influențează și solubilitatea.
Calitatea pectinei utilizate în comerț este de obicei determinată mai mult de dispersabilitatea sa decât de solubilitatea sa absolută. Când pectina uscată sub formă de pulbere este adăugată în apă, se știe că formează așa-numitele “Ochi de pește”. Acești ochi de pește sunt aglomerări formate datorită hidratării rapide a pulberii. “Ochi de pește” Aglomerările au un miez de pectină uscat, neumezit, care este acoperit cu un strat exterior foarte hidratat de pulbere umedă. Astfel de aglomerări sunt greu de udat în mod corespunzător și se dispersează doar foarte lent.
Utilizarea pectinelor
În industria alimentară, pectina se adaugă la marmelade, fructe tartinabile, gemuri, jeleuri, băuturi, sosuri, alimente congelate, produse de cofetărie și produse de panificație. Pectina este utilizată în jeleurile de cofetărie pentru a da o structură bună a gelului, o mușcătură curată și pentru a conferi o bună eliberare a aromei. Pectina este, de asemenea, utilizată pentru a stabiliza băuturile proteice acide, cum ar fi iaurtul de băut, pentru a îmbunătăți textura, senzația gurii și stabilitatea pulpei în băuturile pe bază de suc și ca înlocuitor de grăsime în produsele de patiserie. Pentru calorii reduse / cu conținut scăzut de calorii, pectinele sunt adăugate ca înlocuitor de grăsime și / sau zahăr.
În industria farmaceutică, este utilizat pentru a reduce nivelul colesterolului din sânge și tulburările gastro-intestinale.
Alte aplicații industriale ale pectinei includ aplicarea sa în filme comestibile, ca stabilizator de emulsie pentru emulsii de apă / ulei, ca modificator de reologie și plastifiant, ca agent de dimensionare pentru hârtie și textile etc.
Surse de pectină
Deși pectina poate fi găsită în pereții celulari ai majorității plantelor, turta de mere și coaja de portocală sunt cele două surse majore de pectine produse comercial, deoarece pectinele lor sunt de calitate majoră. Alte surse arată adesea un comportament slab de gelifiere. În fructe, pe lângă mere și citrice, piersicile, caisele, perele, guava, gutui, prunele și coacăzele sunt cunoscute pentru cantitatea lor mare de pectină. Printre legume, roșiile, morcovii și cartofii sunt cunoscuți pentru conținutul ridicat de pectină.
roșie
Milioane de tone de roșii (Lycopersicon esculentum Mill.) sunt procesate anual pentru a produce produse precum suc de roșii, pastă, piure, ketchup, sos și salsa, rezultând generarea unor cantități mari de deșeuri. Deșeurile de tomate, obținute după presarea roșiilor, sunt compuse din 33% semințe, 27% piele și 40% pulpă, în timp ce tescovina de roșii uscată conține 44% semințe și 56% pulpă și piele. Deșeurile de tomate sunt o sursă excelentă pentru a produce pectine.