Ultrazvuková extrakcia má za následok vysoké výnosy vynikajúcej kvality pektínov. Pomocou ultrazvukom môžu byť cenné pektíny efektívne vyrobené z ovocného odpadu (napr. by-produkty zo spracovania šťavy) a iných biologických surovín. Ultrazvuková extrakcia pektínu vyniká inými extrakčnými technikami tým, že produkuje vyššie výnosy, dáva vynikajúcu kvalitu pektínu a rýchly extrakčný postup.

Zosilnená extrakcia pektínom ultrazvukom

Pektín sa používa ako želírujúce, emulgačné a zahusťovacie činidlo v mnohých potravinárskych výrobkoch, ako aj prísada do kozmetiky a liečiv. Konvenčná priemyselná extrakcia pektínu sa vykonáva extrakciou horúcou vodou, kde je surovina ako citrusové šupky, jablkové výlisky a iný ovocný odpad dlhodobo namočená v horúcej vode s teplotou 60–100 °C pri nízkom pH (približne 1,5 – 3,5). To mení konvenčnú extrakciu horúcej vody na časovo a energeticky náročný proces, ktorý často nie je dostatočne efektívny na to, aby uvoľnil celé množstvo pektínov dostupných v surovine.
S cieľom prekonať neefektívnosť konvenčnej výrobnej metódy sa ultrazvuková extrakcia aplikuje ako technika zintenzívňovania procesu, ktorá skracuje dobu extrakcie a výrazne maximalizuje výťažnosť pektínu v porovnaní s tradičnou extrakciou horúcou vodou.

Výhodou ultrazvukové pektín extrakcie

Ultrazvuková extrakcia sa aplikuje v mnohých oblastiach produkcie extraktu, napr. Veľmi významným príkladom ultrazvukovej extrakcie je extrakcia kanabidiolu (CBD) a iných zlúčenín z rastliny konope.
Ultrazvuková extrakcia je neteplá extrakčná technika, ktorá zabraňuje bioaktívnym zlúčeninám proti tepelnej degradácii. Všetky ultrazvukové parametre procesu, ako je amplitúda, intenzita, čas, teplota a tlak, môžu byť presne kontrolované. To umožňuje presný proces a kontrolu kvality a uľahčuje opakovanie a reprodukciu po získaní výsledkov extrakcie. Výrobcovia extraktu ocenia ultrazvukom pre spoľahlivú opakovateľnosť procesov, ktorá pomáha štandardizovať procesy a produkty.

Stanovenie relevantných parametrov procesu umožňuje optimalizovať ultrazvukový proces extrakcie na najvyššiu účinnosť a vynikajúcu kvalitu extraktu.
Napríklad veľkosť častíc suroviny (napr. Citrusové kôry) je dôležitým faktorom: Menšia veľkosť častíc znamená vyššiu povrchovú plochu pre ultrazvukové vlny. Malá veľkosť častíc má za následok vyššie výnosy pektínu, nižší stupeň metylácie a väčší pomer oblastí rhamnogalakturonanu.
Hodnota pH extrakčného rozpúšťadla (t. j. voda + kyselina) je ďalším základným parametrom. Keď sa pektín extrahuje v kyslom prostredí, mnohé rhamnogalakturonanové rozvetvené oblasti polyméru sa rozkladajú, takže zostávajú hlavne homogalakturonanské "rovné" oblasti s niekoľkými neutrálnymi molekulami cukru pripojenými na hlavnom lineárnom reťazci alebo v ňom.
Ultrazvuková pektínová extrakcia skracuje dobu extrakcie a znižuje požadovanú teplotu procesu, čo znižuje pravdepodobnosť neželanej úpravy pektínu kyselinami. To umožňuje používať kyseliny v obmedzených podmienkach s cieľom presne modifikovať pektíny podľa požiadaviek výrobku.

Čo robí ultrazvukový pektín extrakcia tak efektívne?

Vplyv ultrazvukovej extrakcie priamo ovplyvňuje opuch, perforáciu a rozbitie bunkových stien. Ultrazvukom indukovaný masový prenos spôsobuje hydratáciu pectinous materiálu v strednej lamely vedúce k rozpadu rastlinných tkanív. Ultrazvuková kavitácia a strihové sily priamo ovplyvňujú bunkové steny a rozdeľujú ich. Tieto mechanizmy majú za následok vysoko účinné výsledky ultrazvukovej extrakcie.

Rozpúšťadle extrahovaný pektín (tiež akustický kavitácia asistovaný extrahovaný pektín, skratka ACAE), ktorý mal nižšiu molekulovú hmotnosť a stupeň metoxylácie, bol bohatší v oblasti rhamnogalacturonan-I s dlhými bočnými reťazcami v porovnaní s konvenčným teplom extrahovaným pektínom z chemickej a FT-IR analýzy. Spotreba energie na extrakciu ulgtrasonického pektínu bola výrazne nižšia ako konvenčný spôsob vykurovania, čo naznačuje jeho sľubné uplatnenie v priemyselnom výrobnom rozsahu.
(porovnaj Wang a kol., 2017)
Wang a jeho kolegovia (2017) tiež potvrdzujú, že ultrazvukovo asistovaná extrakcia sa ukázala ako ekonomickejší a šetrnejší k životnému prostrediu proces s vyššou účinnosťou a nižšími nákladmi v porovnaní s konvenčnou extrakciou tepla.
 

SEM rezkov rezky cukrovej repy pri 1000-násobnom zväčšení: a) pred extrakciou a po extrakcii pektínu pomocou b) Xylanasae (250 U/g), c) celulázy (300 U/g), d) Xylanasae + celulázy (1:1) a e) Xylanasae + celulázy (1:1,5) a f) Xylanasae + celulázy (1:2).
(štúdia a obrázky: Abou-Elseoud et al., 2021)

Ako ultrazvukové pektín extrakcia práce?

Ultrazvuková extrakcia je založená na sonomechanických účinkoch ultrazvuku s vysokou intenzitou. Na podporu a zintenzívnenie extrakcie pektínom ultrazvukom sú vysokovýkonné ultrazvukové vlny spojené ultrazvukovou sondou (nazývanej aj ultrazvukový roh alebo sonotróda) do kvapalného média, t. j. kal pozostávajúci zo suroviny obsahujúcej pektín a rozpúšťadlo. Ultrazvukové vlny prechádzajú kvapalinou a vytvárajú striedajúce sa nízkotlakové / vysokotlakové cykly. Počas nízkotlakových cyklov sa vytvárajú minútové vákuové bubliny (takzvané kavitačné bubliny), ktoré rastú počas niekoľkých tlakových cyklov. Počas týchto cyklov rastu bublín sa rozpustené plyny v kvapaline vstupujú do vákuovej bubliny tak, aby sa vákuová bublina premenila na rastúce plynové bubliny. V určitej veľkosti, keď bubliny nemôžu absorbovať viac energie, implodujú násilne počas vysokotlakového cyklu. Implózia bubliny je charakterizovaná intenzívnymi kavitačnými silami, vrátane veľmi vysokej teploty a tlaku dosahuceho až 4000 K a 1000atm; ako aj zodpovedajúce vysoké teplotné a tlakové diferenciály. Tieto ultrazvukom generované turbulencie a strihové sily rozkladajú rastlinné bunky a uvoľňujú intracelulárne pektíny do rozpúšťadla na báze vody. Vzhľadom k tomu, ultrazvukové kavitácie vytvára veľmi intenzívny prenos hmoty, ultrazvukom výsledky vo výnimočne vysoké výnosy vo veľmi krátkom čase spracovania.

Ultrazvukový extrakcie z rastlinných buniek: mikroskopické priečnej časti (TS) ukazuje mechanizmus činnosti počas extrakcie ultrazvuku z buniek (zväčšenie 2000x) [Zdroj: Vilkhu et al. 2011]

Pektíny extrahované z ovocného odpadu

Ovocný odpad, ako sú šupky, zvyšky ovocnej dužiny (po lisení ovocnej šťavy) a iné ovocné produkty sú často bohatými zdrojmi pektínu. Zatiaľ čo produkty z ovocného odpadu sa často používajú ako krmivo pre zvieratá, ťažba pektínu je hodnotnejším použitím ovocného odpadu.
Ultrazvuková extrakcia pektínu sa už úspešne vykonáva s citrusovými kôrami (ako sú pomaranče, mandarínky, grapefruity), melónovými šupkami, jablkovými výliskami, dužinou cukrovej repy, mangovými šupkami, paradajkovým odpadom, ako aj jackfruitom, marakujou, figovými šupkami okrem iného.

Prípadové štúdie ultrazvukovej extrakcie pektínu

Vzhľadom na nevýhody konvenčnej ťažby pektínu teplom, výskum a priemysel už skúmali inovatívne alternatívy, ako je ultrazvuková extrakcia. Preto je k dispozícii dostatok informácií o parametroch procesu pre rôzne suroviny, ako aj údaje o optimalizácii procesov.

Ultrazvuková extrakcia pektínu z Apple Pomace

Dranca a Oroian (2019) skúmali ultrazvukom asistovaný proces extrakcie pektínu z jablčných výliskov použitím rôznych ultrazvukových podmienok a použitím konštrukcie povrchu reakcie Box-Behnken. Zistili, že ultrazvuková amplitúda silne ovplyvňuje výťažnosť a stupeň esterifikácie extrahovaného pektínu, zatiaľ čo extrakčné pH malo veľký vplyv na všetky tri odpovede, t. j. výnos, obsah GalA a stupeň esterifikácie. Optimálne podmienky extrakcie boli 100% amplitúda, pH 1,8, pomer tuhých kvapalín 1:10 g/ml a 30 min ultrazvukom. Za týchto podmienok bol výnos pektínu 9,183 % a mal obsah 98,127 g/100 g GalA a 83,202 % stupeň esterifikácie. Na nastavenie výsledkov ultrazvukom extrahovaného pektínu vo vzťahu k komerčnému pektínu sa pektínová vzorka získaná ultrazvukovou extrakciou za optimálnych podmienok porovnala s komerčnými vzorkami citrusov a jablka pektínu pomocou FT-IR, DSC, reologickej analýzy a SEM. Prvé dve techniky zdôraznili niektoré špecifiká vzorky pektínu extrahovanej ultrazvukovou extrakciou, ako je užší distribučný rozsah molekulovej hmotnosti, usporiadané molekulárne usporiadanie a vysoký stupeň esterifikácie, ktorý bol podobný ako u komerčne dostupných jabĺk pektínov. Analýza morfologických charakteristík ultrazvukom získanej vzorky naznačuje model stanovenia medzi rozdelením veľkostí fragmentov tejto vzorky a jej obsahom GalA na jednej strane a kapacitou absorpcie vody na druhej strane. Viskozita ultrazvukom extrahovaného roztoku pektínu bola oveľa vyššia ako u roztokov vyrobených pomocou komerčného pektínu, čo možno kvôli vysokej koncentrácii kyseliny galakturónovej. Pri zvažovaní vysokého stupňa esterifikácie by to mohlo vysvetliť, prečo bola viskozita vyššia pre ultrazvukom extrahovaný pektín. Výskumníci dospeli k záveru, že čistota, štruktúra a reologické správanie pektínu extrahovaného ultrazvukovou extrakciou z jablčných výliskov Malus domestica "Fălticeni" naznačuje sľubné použitie tohto rozpustného vlákna. (porovnaj Dranca & Oroian 2019)

Vysokovýkonný ultrazvukový extraktor pre výrobu pektínu

Ultrazvuková extrakcia je spoľahlivá technológia spracovania, ktorá uľahčuje a urýchľuje výrobu vysokokvalitných pektínov rôznych surovín, ako sú produkty a šupky citrusového ovocia, jablkové výlisky a mnoho ďalších. Portfólio Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rad od kompaktných laboratórnych ultrazvukom až po priemyselné extrakčné systémy. Preto vám my v Hielscheri môžeme ponúknuť najvhodnejší ultrazvuk pre vašu predpokladanú kapacitu procesu. Naši dlhoroční skúsení zamestnanci vám pomôžu od testov uskutočniteľnosti a optimalizácie procesu až po inštaláciu ultrazvukového systému na konečnú úroveň výroby.
Malé nožné výtlačky našich ultrazvukových extraktorov, ako aj ich všestrannosť pri možnostiach inštalácie ich robia vhodnými aj do zariadení na spracovanie pektínu v malom priestore. Ultrazvukové procesory sú inštalované po celom svete v potravinách, pharma a výživový doplnok výrobných zariadení.

Hielscher Ultrazvuk – Sofistikované extrakčné zariadenia

Produktové portfólio Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rad vysokovýkonných ultrazvukových extraktorov od malých až po veľké. Ďalšie príslušenstvo umožňuje jednoduchú montáž najvhodnejšej konfigurácie ultrazvukového zariadenia pre proces extrakcie pektínom. Optimálne ultrazvukové nastavenie závisí od predpokladanej kapacity, objemu, suroviny, dávkového alebo inline procesu a časovej osi.

Dávkové a vnorené

Hielscher ultrasonicators môžu byť použité pre dávkové a kontinuálne flow-through spracovanie. Ultrazvukové dávkové spracovanie je ideálne pre procesné testovanie, optimalizáciu a malú až strednú úroveň výroby. Pre výrobu veľkých objemov pektínu môže byť inline spracovanie výhodnejšie. Nepretržitý proces inline miešania vyžaduje sofistikované nastavenie – skladajúci sa z čerpadla, hadice alebo potrubia a nádrže -, ale je vysoko účinný, rýchly a vyžaduje výrazne menej práce. Hielscher Ultrazvukom má najvhodnejšie extrakcie nastavenia pre extrakciu objem a proces ciele.

Ultrazvukové odsávače pre každú výrobnú kapacitu

Sortiment produktov Hielscher Ultrasonics pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov od kompaktných laboratórnych ultrazvukom cez stolové a pilotné systémy až po plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou na spracovanie nákladu za hodinu. Celý sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejší ultrazvukový extraktor pre vaše suroviny obsahujúce pektín, kapacitu procesu a výrobné ciele.
Ultrazvukové stolové systémy sú ideálne pre testy uskutočniteľnosti a optimalizáciu procesov. Lineárny rozsah založený na stanovených parametroch procesu veľmi uľahčuje zvýšenie spracovateľských kapacít z menších častí na plne komerčnú výrobu. Up-škálovanie možno vykonať buď inštaláciou silnejší ultrazvukový odsávač jednotky alebo zoskupovanie niekoľkých ultrasonicators paralelne. S UIP16000, Hielscher ponúka najsilnejší ultrazvukový extraktor na celom svete.

Presne ovládateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Všetky Hielscher ultrazvukom sú presne kontrolovateľné a tým spoľahlivé pracovné kone vo výrobe. Amplitúda je jedným z kľúčových parametrov procesu, ktoré ovplyvňujú účinnosť a účinnosť ultrazvukovej extrakcie pektínu z ovocia a biologického odpadu.
Všetky Hielscher ultrazvukom’ procesory umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Sonotródy a posilňovacie rohy sú príslušenstvo, ktoré umožňuje modifikovať amplitúdu v ešte širšom rozsahu. Hielscher priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy a dodať požadovanú ultrazvukovú intenzitu pre náročné aplikácie. Amplitúdy do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite prevádzkovať pri prevádzke 24/7.
Presné nastavenie amplitúdy a trvalé monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu prostredníctvom inteligentného softvéru vám dávajú možnosť liečiť surovinu s najúčinnejšími ultrazvukové podmienky. Optimálna sonikácia pre dosiahnutie najlepších výsledkov extrakcie!
Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje nepretržitú prevádzku v náročných a náročných prostrediach. Vďaka tomu je ultrazvukové zariadenie spoločnosti Hielscher spoľahlivým pracovným nástrojom, ktorý spĺňa vaše požiadavky na extrakciu.

Jednoduché testovanie bez rizika

Ultrazvukové procesy môžu byť úplne lineárne zmenšené. To znamená, že každý výsledok, ktorý ste dosiahli pomocou laboratória alebo bench-top ultrasonicator, môže byť zmenšený na presne rovnaký výstup pomocou presne rovnakých parametrov procesu. Vďaka tomu je ultrazvukom ideálny pre bezrizikové testovanie uskutočniteľnosti, optimalizáciu procesov a následnú implementáciu do komerčnej výroby. Kontaktujte nás a zistite, ako môže ultrazvukom zvýšiť produkciu pektínového extraktu.

Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinný a rodinný podnik Hielscher uprednostňuje najvyššie štandardy kvality pre svoje ultrazvukové procesory. Všetky ultrasonicators sú navrhnuté, vyrobené a dôkladne testované v našej centrále v Teltow neďaleko Berlína, Nemecko. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukového zariadenia Hielscher je, aby to pracovný kôň vo vašej výrobe. Prevádzka 24 hodín denne a 7 hodín denne, 7 hodín denne a je v náročných prostrediach prirodzenou charakteristikou vysokovýkonných miešačiek Hielscher.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: