Hielscher Ultrasonics
Мы будем рады обсудить ваш процесс.
Звоните нам: +49 3328 437-420
Напишите нам: info@hielscher.com

Ультразвуковая экстракция пектина из фруктов и биоотходов

  • Пектины являются очень часто используемой пищевой добавкой, в основном добавляемой из-за ее желирующего эффекта.
  • Ультразвуковая экстракция значительно повышает выход и качество пектиновых экстрактов.
  • Ультразвуковая обработка известна своими эффектами, усиливающими процессы, которые уже используются в различных промышленных процессах.

Экстракция пектинов и пектина

Отходы цитрусовых, такие как кожура и остатки после приготовления сока, идеально подходят для ультразвуковой экстракции пектинов.Пектин – это природный комплексный полисахарид (гетерополисахарид), содержащийся, в частности, в клеточных стенках фруктов, особенно в цитрусовых и яблочных жмых. Высокое содержание пектина содержится во фруктовой кожуре как яблок, так и цитрусовых. Яблочный жмых содержит 10-15% пектина в пересчете на сухое вещество, в то время как цедра цитрусовых содержит 20-30%. Пектины являются биосовместимыми, биоразлагаемыми и возобновляемыми и проявляют отличные желирующие и загущающие свойства, что делает их высоко ценимой добавкой. Пектины широко используются в пищевых, косметических и фармацевтических продуктах в качестве модификатора реологии, такого как эмульгатор, желирующий агент, глазирующий агент, стабилизатор и загуститель.
Традиционная экстракция пектина для промышленного применения осуществляется с помощью кислотно-катализируемых процессов (с использованием азотной, соляной или серной кислоты). Кислотно-катализируемая экстракция является наиболее распространенным процессом в промышленном производстве пектина, поскольку другие методы экстракции, такие как прямое кипячение (60ºC-100ºC) в течение 24 часов и низкий pH (1,0-3,0), являются медленными и малопродуктивными и могут вызвать термическую деградацию экстрагируемого волокна, а выход пектина иногда ограничен условиями процесса. Тем не менее, экстракция, катализируемая кислотой, имеет и свои недостатки: жесткая кислотная обработка вызывает деполимеризацию и деэтерификацию пектиновых цепей, что негативно влияет на качество пектина. Производство больших объемов кислотных сточных вод требует последующей обработки и дорогостоящей переработки, что делает этот процесс бременем для окружающей среды.

Ультразвуковая экстракция пектином

Ультразвуковой процессор UIP4000hdT (4 кВт) для экстракции пектинов в промышленном поточном процессе.Ультразвуковая экстракция — это мягкая, нетермическая обработка, которая применяется в различных пищевых процессах. Что касается экстракции пектинов из фруктов и овощей, то ультразвуковая обработка позволяет получить пектин высокого качества. Пектины, экстрагированные ультразвуком, отличаются содержанием ангидроуроновой кислоты, метоксила и пектата кальция, а также степенью этерификации. Мягкие условия ультразвуковой экстракции предотвращают термическую деградацию термочувствительных пектинов.
Качество и чистота пектина могут варьироваться в зависимости от ангидрогалактуроновой кислоты, степени этерификации, зольности экстрагированного пектина. Пектин с высокой молекулярной массой и низким содержанием золы (ниже 10%) с высоким содержанием ангидрогалактуроновой кислоты (более 65%) известен как пектин хорошего качества. Поскольку интенсивность ультразвуковой обработки можно очень точно контролировать, на свойства пектинового экстракта можно влиять путем регулировки амплитуды, температуры экстракции, давления, времени удержания и растворителя.

 

В этом видео мы познакомим вас с высокоэффективной ультразвуковой экстракцией пектина из кожуры грейпфрута с помощью ультразвукового аппарата зондового типа UP200Ht. Ультразвуковая обработка является высокоэффективным методом получения высококачественного пектина из побочных продуктов фруктов и овощей. Ультразвуковая экстракция позволяет получать большее количество пектина и превосходное качество при более коротком времени обработки.

Экстракция пектина из кожуры грейпфрута с помощью ультразвукового аппарата UP200Ht

Миниатюра видео

 
Протокол ультразвукового извлечения пектина из кожуры грейпфрута показан на видео выше!
 

Ультразвуковая экстракция может быть запущена с использованием различных Растворители такие как вода, лимонная кислота, раствор азотной кислоты (HNO3, pH 2,0), или оксалат аммония/щавелевая кислота, что также позволяет интегрировать ультразвуковую обработку в существующие экстракционные линии (модернизация).

Ультразвуковые пектиновые экстракты отличаются следующими преимуществами:

  • Высокая желирующая способность
  • хорошая диспергируемость
  • пектиновый цвет
  • высокое содержание пектата кальция
  • меньшая деградация
  • экологичность

Фруктовые отходы как источник: Высокоэффективный ультразвук уже успешно применяется для выделения пектинов из яблочного жмыха, кожуры цитрусовых фруктов (таких как апельсин, лимон, грейпфрут), виноградных выжимок, граната, мякоти сахарной свеклы, кожуры драконьего фрукта, кладодов опунции, кожуры маракуйи и кожуры манго.

Осаждение пектина после ультразвуковой экстракции

Добавление этанола в раствор экстракта может помочь отделить пектин с помощью процесса, называемого осаждением. Пектин, сложный полисахарид, обнаруженный в клеточных стенках растений, растворим в воде при нормальных условиях. Однако, изменяя среду растворителя с добавлением этанола, растворимость пектина может быть снижена, что приводит к его выпадению в осадок из раствора.

Химический состав, лежащий в основе осаждения пектина с использованием этанола, можно объяснить тремя реакциями:

  • Разрыв водородных связей: Молекулы пектина удерживаются вместе водородными связями, которые способствуют их растворимости в воде. Этанол разрушает эти водородные связи, конкурируя с молекулами воды за места связывания на молекулах пектина. По мере того, как молекулы этанола заменяют молекулы воды вокруг молекул пектина, водородные связи между молекулами пектина ослабевают, снижая их растворимость в растворителе.
  • Пониженная полярность растворителя: Этанол менее полярен, чем вода, что означает, что он имеет меньшую способность растворять полярные вещества, такие как пектин. По мере добавления этанола в раствор экстракта общая полярность растворителя уменьшается, что делает менее благоприятным пребывание молекул пектина в растворе. Это приводит к выпадению пектина из раствора, так как он становится менее растворимым в смеси этанола и воды.
  • Повышенная концентрация пектина: По мере того, как молекулы пектина выпадают в осадок из раствора, концентрация пектина в оставшемся растворе увеличивается. Это позволяет легче отделять пектин от жидкой фазы с помощью фильтрации или центрифугирования.

Осаждение пектина с помощью этанола является простым и эффективным методом выделения пектинов из раствора экстракта, что является технологическим этапом, который можно легко запустить после ультразвуковой экстракции пектином. Добавление этанола в раствор экстракта изменяет среду растворителя таким образом, что снижается растворимость пектина, что приводит к его осаждению и последующему отделению от раствора. Этот метод обычно используется при экстракции и очистке пектина из растительного сырья для различных промышленных и пищевых применений.

Проточная ячейка UIP4000hdT для встроенной ультразвуковой обработки в промышленных масштабах

Ультразвуковой проточный реактор

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности.





Преимущества:

  • Более высокая урожайность
  • Лучшее качество
  • Нетермический
  • Сокращение времени извлечения
  • интенсификация технологического процесса
  • Возможна дооснащение
  • Зеленая добыча

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты

Hielscher Ultrasonics - ваш партнер в процессах экстракции из растительных компонентов. Независимо от того, хотите ли вы извлечь небольшие объемы для исследований и анализа или обработать большие объемы для коммерческого производства, у нас есть подходящий ультразвуковой экстрактор для вас. Наши ультразвуковые лабораторные гомогенизаторы, а также настольные и промышленные ультразвуковые аппараты надежны, просты в использовании и рассчитаны на работу в режиме 24/7 при полной нагрузке. Широкий ассортимент принадлежностей, таких как сонотроды (ультразвуковые зонды / рупоры) различных размеров и форм, проточные ячейки, реакторы и бустеры, позволяют оптимально настроить процесс экстракции для конкретного процесса экстракции.
Все цифровые ультразвуковые аппараты оснащены цветным сенсорным дисплеем, встроенной SD-картой для автоматического протоколирования данных и дистанционным управлением через браузер для комплексного мониторинга процесса. С помощью сложных ультразвуковых систем Hielscher упрощается стандартизация процессов и контроль качества.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить требования к вашему процессу экстракции пектина! Мы будем рады помочь Вам благодаря нашему многолетнему опыту в ультразвуковой экстракции и помочь Вам достичь максимальной эффективности процесса и оптимального качества пектина!

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Расход Рекомендуемые устройства
от 10 до 2000 мл от 20 до 400 мл/мин УП200Хт, УП400Ст
0.1 до 20 л 0от 0,2 до 4 л/мин УИП2000HDT
От 10 до 100 л От 2 до 10 л/мин UIP4000
н.а. От 10 до 100 л/мин UIP16000
н.а. больше Кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, если вы хотите запросить дополнительную информацию об ультразвуковой гомогенизации. Мы будем рады предложить Вам ультразвуковую систему, отвечающую Вашим требованиям.









Обратите внимание на наши политика конфиденциальности.




Ультразвуковая экстракция является высокоэффективным методом высвобождения пектинов из кожуры грейпфрута. На этом рисунке показано, как ультразвуковой аппарат UP200Ht извлекает пектины из кожуры грейпфрута с помощью воды в качестве растворителя.

Лабораторный ультразвуковой аппарат UP200Ht Извлечение пектинов из кожуры грейпфрута с использованием воды в качестве растворителя.

Результаты исследований ультразвуковой пектиновой экстракции

Отходы томатов: Чтобы избежать длительного времени экстракции (12–24 ч) при процедуре рефлегмации, ультразвуковое исследование использовалось для интенсификации процесса экстракции по времени (15, 30, 45, 60 и 90 мин). В зависимости от времени экстракции, полученные выходы пектина для первой стадии ультразвуковой экстракции при температурах 60°С и 80°С составляют 15,2–17,2% и 16,3–18,5% соответственно. При применении второй ступени ультразвуковой экстракции выход пектинов из отходов томатов увеличивался до 34–36% в зависимости от температуры и времени). Очевидно, что ультразвуковая экстракция увеличивает разрыв матрицы клеточной стенки томата, что приводит к лучшему взаимодействию между растворителем и экстрагированным материалом.
Экстрагированные ультразвуком пектины можно отнести к категории высокометоксильных пектинов (HM-пектин) с быстро схватывающимися желирующими свойствами (DE > 70%) и степенью этерификации 73,3–85,4%. n. Содержание пектата кальция в ультразвуковом экстракционировании пектина измерялось в диапазоне от 41,4% до 97,5% в зависимости от параметров экстракции (температуры и времени). При более высокой температуре ультразвуковой экстракции содержание пектата кальция выше (91–97%) и поэтому представляет собой важный параметр желирующей способности пектина по сравнению с традиционной экстракцией.
Традиционная экстракция растворителем в течение 24 часов дает аналогичный выход пектина по сравнению с 15-минутной ультразвуковой экстракцией. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что ультразвуковая обработка значительно сокращает время экстракции. Методы ЯМР и ИК-Фурье спектроскопии подтверждают наличие преимущественно этерифицированного пектина во всех исследованных образцах. [Grassino et al. 2016]

Кожура маракуйи: В качестве показателей эффективности экстракции рассматривали выход экстракции, галактуроновую кислоту и степень этерификации. наибольший выход пектина, полученного методом ультразвуковой экстракции, составил 12,67% (условия экстракции 85ºC, 664 Вт/см2, pH 2,0 и 10 мин). Для этих же условий была выполнена обычная нагревательная экстракция, и результат составил 7,95%. Эти результаты согласуются с другими исследованиями, в которых сообщается о коротком времени для эффективной экстракции полисахаридов, включая пектин, гемицеллюлозы и другие водорастворимые полисахариды, с помощью ультразвука. Также было замечено, что выход экстракции увеличился в 1,6 раза при экстракции с помощью ультразвука. Полученные результаты показали, что ультразвук является эффективным и экономящим время методом экстракции пектина из кожуры маракуйи. [Фрейтас де Оливейра и др. 2016]

Кладодес опунции: Ультразвуковая экстракция (ЭМА) пектина из кладодов Opuntia ficus indica (OFI) после удаления слизи была предпринята с использованием методологии поверхности ответа. Технологические переменные были оптимизированы с помощью изовариантной конструкции центрального композита с целью повышения выхода пектиновой экстракции. Оптимальные условия были получены: время обработки ультразвуком 70 мин, температура 70, кислотность pH 1,5 и соотношение воды и материала 30 мл/г. Это условие было подтверждено, и производительность экспериментальной экстракции составила 18,14% ± 1,41%, что было тесно связано с прогнозируемым значением (19,06%). Таким образом, ультразвуковая экстракция представляет собой перспективную альтернативу традиционному процессу экстракции благодаря своей высокой эффективности, которая была достигнута за меньшее время и при более низких температурах. Пектин, экстрагированный ультразвуковой экстракцией из OFI cladodes (UAEPC), имеет низкую степень этерификации, высокое содержание уроновой кислоты, важные функциональные свойства и хорошую антирадикальную активность. Эти результаты говорят в пользу использования UAEPC в качестве потенциальной добавки в пищевой промышленности. [Баяр и др. 2017]

Виноградные жмыхи: В исследовательской работе «Ультразвуковая экстракция пектинов из виноградных выжимок с использованием лимонной кислоты: методологический подход к поверхности отклика» используется ультразвуковая обработка для извлечения пектинов из виноградных выжимок с лимонной кислотой в качестве экстрагирующего агента. Согласно методологии Response Surface Methodology, наибольший выход пектина (∼32,3%) может быть достигнут при проведении процесса ультразвуковой экстракции при температуре 75ºC в течение 60 мин с использованием раствора лимонной кислоты pH 2,0. Эти пектиновые полисахариды, состоящие в основном из звеньев галактуроновой кислоты (∼97% от общего числа сахаров), имеют среднюю молекулярную массу 163,9 кДа и степень этерификации (ДЭ) 55,2%.
Морфология поверхности обработанных ультразвуком виноградных выжимок показывает, что ультразвуковая обработка играет важную роль в разрушении растительной ткани и повышении выхода экстракции. Выход, полученный после ультразвуковой экстракции пектинов в оптимальных условиях (75°С, 60 мин, рН 2,0), был на 20% выше, чем выход, полученный при проведении экстракции с применением тех же условий температуры, времени и рН, но без ультразвуковой помощи. Кроме того, пектины, полученные при ультразвуковой экстракции, также показали более высокую среднюю молекулярную массу. [Минхарес-Фуэнтес и др. 2014]

Hielscher Ultrasonics поможет вам от первого испытания до коммерциализации вашего приложения.

От технико-экономического обоснования до оптимизации технологического процесса и промышленного монтажа – Hielscher Ultrasonics – ваш партнер в успешных ультразвуковых процессах!

Литература/Литература



Факты, которые стоит знать

пектин

Пектин — это гетерополисахарид природного происхождения, который в основном содержится во фруктах, таких как яблочный жмых и цитрусовые. Пектины, также известные как пектиновые полисахариды, богаты галактуроновой кислотой. В пектиновой группе было идентифицировано несколько различных полисахаридов. Гомогалактуронаны представляют собой линейные цепи D-галактуроновой кислоты, α-(1–4)-связанной. Замещенные галактуронаны характеризуются наличием остатков сахаридных придатков (таких как D-ксилоза или D-апиоза в соответствующих случаях ксилогалактуронана и апиогалактуронана), ответвляющихся от остова остатков D-галактуроновой кислоты. Рамногалактуронан I пектины (RG-I) содержат основу повторяющегося дисахарида: 4)-α-D-галактуроновая кислота-(1,2)-α-L-рамноза-(1. Многие остатки рамнозы имеют боковые цепи различных нейтральных сахаров. Нейтральными сахарами в основном являются D-галактоза, L-арабиноза и D-ксилоза. Типы и пропорции нейтральных сахаров варьируются в зависимости от происхождения пектина.
Другим структурным типом пектина является рамногалактуронан II (РГ-II), который представляет собой сложный, сильно разветвленный полисахарид и реже встречается в природе. Костяк рамногалактуронана II состоит исключительно из единиц D-галактуроновой кислоты. Выделенный пектин имеет молекулярную массу обычно 60 000–130 000 г/моль, варьирующуюся в зависимости от происхождения и условий экстракции.
Пектины являются важной добавкой с разнообразным применением в пищевой промышленности, фармацевтике, а также в других отраслях промышленности. Применение пектинов основано на его высокой способности образовывать гель в присутствии Са2+ ионы или растворенное вещество при низком pH. Существует две формы пектинов: низкометоксилпектин (LMP) и высокометоксильный пектин (HMP). Эти два типа пектина различаются по степени метилирования (СД). В зависимости от метилатиона, пектин может быть либо высоким метоксипектином (DM>50) или с низким содержанием метоксипектина (DM<50). Высокий метоксипектин характеризуется своей способностью образовывать гели в кислой среде (pH 2,0-3,5) при условии присутствия сахарозы в концентрации не менее 55 мас.% или выше. Низкое содержание метоксипектина может образовывать гели в более широком диапазоне pH (2,0–6,0) в присутствии двухвалентного иона, такого как кальций.
Что касается гелеобразования высокометоксильного пектина, то сшивание молекул пектина происходит за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий между молекулами. При низкометоксильном пектине гелеобразование происходит за счет ионной связи через кальциевые мостики между двумя карбоксильными группами, принадлежащими двум различным цепям, находящимся в непосредственной близости друг от друга.
Такие факторы, как рН, присутствие других растворенных веществ, размер молекул, степень метоксилирования, количество и положение боковых цепей, а также плотность заряда на молекуле, влияют на гелеобразующие свойства пектина. Различают два вида пектинов в зависимости от их растворимости. Есть водорастворимый или свободный пектин и нерастворимый в воде пектин. Растворимость пектина в воде связана со степенью его полимеризации, а также с количеством и расположением метоксильных групп. В целом, растворимость пектина в воде увеличивается с уменьшением молекулярной массы и увеличением этерифицированных карбоксильных групп. Тем не менее, pH, температура и тип присутствующего растворенного вещества также влияют на растворимость.
Качество пектина при коммерческом использовании обычно в большей степени определяется его диспергируемостью, чем абсолютной растворимостью. Когда в воду добавляют сухой порошкообразный пектин, он, как известно, образует так называемый “Рыбий глаз”. Эти рыбьи глаза представляют собой комочки, образующиеся из-за быстрой гидратации порошка. “Рыбий глаз” Комки имеют сухую, несмоченную пектиновую сердцевину, которая покрыта сильно гидратированным внешним слоем влажного порошка. Такие комки трудно намочить должным образом, и они рассеиваются очень медленно.

Применение пектинов

В пищевой промышленности пектин добавляют в мармелады, фруктовые пасты, джемы, желе, напитки, соусы, замороженные продукты, кондитерские изделия, хлебобулочные изделия. Пектин используется в кондитерском желе для придания хорошей гелевой структуры, чистого укуса и хорошего выделения аромата. Пектин также используется для стабилизации кислых белковых напитков, таких как питьевой йогурт, для улучшения текстуры, ощущения во рту и стабильности мякоти в напитках на основе сока и в качестве заменителя жира в выпечке. Для низкокалорийных продуктов пектины добавляются в качестве заменителя жира и/или сахара.
В фармацевтической промышленности его используют для снижения уровня холестерина в крови и желудочно-кишечных расстройств.
Другие промышленные применения пектина включают его применение в пищевых пленках, в качестве стабилизатора эмульсии для водно-масляных эмульсий, в качестве модификатора реологии и пластификатора, в качестве проклеивающего агента для бумаги и текстиля и т. д.

Источники пектина

Хотя пектин можно найти в клеточных стенках большинства растений, яблочный жмых и апельсиновая цедра являются двумя основными источниками коммерчески производимых пектинов, поскольку их пектины имеют высокое качество. Другие источники часто демонстрируют плохое поведение жели. Из фруктов, помимо яблок и цитрусовых, персики, абрикосы, груши, гуава, айва, сливы и крыжовник известны своим высоким содержанием пектина. Среди овощей помидоры, морковь и картофель известны своим высоким содержанием пектина.

помидор

Миллионы тонн томатов (Lycopersicon esculentum Mill.) ежегодно перерабатываются для производства таких продуктов, как томатный сок, паста, пюре, кетчуп, соус и сальса, что приводит к образованию большого количества отходов. Томатные отходы, полученные после прессования томата, состоят на 33% из семян, на 27% из кожицы и на 40% из мякоти, в то время как высушенные томатные выжимки содержат 44% семян и 56% мякоти и кожицы. Томатные отходы являются отличным источником для производства пектинов.

Мы будем рады обсудить ваш процесс.

Давайте свяжемся.