Ultrazvočna ekstrakcija ima visoke donose vrhunske kakovosti pektinov. Z uporabo sonikacije se lahko dragoceni pektini učinkovito proizvajajo iz sadnih odpadkov (npr. stranskih proizvodov iz predelave soka) in drugih bioloških surovin. Ultrazvočno ekstrakcijo pektina excels druge tehnike ekstrakcije s proizvodnjo višjih pridelkov, daje vrhunsko kakovost pektina, in hiter postopek ekstrakcije.

Intenzivna ekstrakcija pektina s sonication

Zdravilo Pectin se uporabi kot sredstvo za geliranje, emulgiranje in zgoščevanje v številnih živilskih izdelkih ter sestavina kozmetike in farmacevtov. Običajna ekstrakcija industrijskega pektina se opravi z ekstrakcijo tople vode, kjer se surovine, kot so olupki citrusov, jabolčni pomace in drugi sadni odpadki, dolgo časa namočijo v topli vodi od 60 do 100 °C pri nizki pH (pribl. pH 1,5 – 3,5). To spremeni konvencionalno ekstrakcijo tople vode časovno in energetsko postopek, ki pogosto ni niti dovolj učinkovit, da bi sprostili celotno količino pektinov, ki so na voljo v surovini.
Za premagovanje neučinkovitosti običajne metode proizvodnje se ultrazvočna ekstrakcija uporablja kot tehnika za intenzivne postopke, ki skrajša čas ekstrakcije in znatno poveča donos pektina v primerjavi s tradicionalnim ekstrakcijo tople vode.

Prednost ultrazvočni pektin ekstrakcija

Ultrazvočno ekstrakcijo se uporablja na številnih področjih pridobivanja ekstraktov, npr. botaničnih in zeliščnih ekstraktov za živila, dodatke, farmacevtske izdelke in kozmetiko. Zelo pomemben primer ultrazvočnega ekstrakcije je ekstrakcija konopljo (CBD) in drugih spojin iz rastline konopljo.
Ultrazvočno ekstrakcijo je netermalna tehnika ekstrakcije, ki s tem preprečuje bioaktivne spojine proti toplotni degradaciji. Vse ultrazvočne procesne parametre, kot so amplituda, intenzivnost, čas, temperatura in tlak, je mogoče natančno nadzorovati. To omogoča natancen proces in nadzor kakovosti ter omogoča enostavno ponavljanje in razmnoževanje po pridobljenih rezultatih ekstrakcije. Proizvajalci ekstrakta cenijo ultrasonication za zanesljivo ponožljivost procesov, ki pomaga standardizirati procese in izdelke.

Določanje ustreznih procesnih parametrov omogoča optimizacijo ultrazvočnega postopka ekstrakcije do najvišje učinkovitosti in vrhunske kakovosti ekstrakta.
Na primer, velikost delcev surovine (npr. olupki citrusov) je pomemben dejavnik: Manjša velikost delcev pomeni višjo površino za ultrazvočne valove, na ki delujejo. Majhna velikost delcev je zato rezultat višjih donosov pektina, nižje stopnje metilacije in večjega razmerja rhamnogalakturonskih regij.
PH vrednost ekstrakcijskega topila (to je voda + kislina) je še en bistven parameter. Ko se pektin izvleče v kislih pogojih, se razgradijo številne rhamnogalakturonske razvejane regije polimera, tako da ostanejo predvsem homogalakturonske "ravne" regije z nekaj nevtralnimi molekulami sladkorja, pritrjenimi na ali v glavni linearski verigi.
Ultrazvočno ekstrakcijo pektina zmanjša čas ekstrakcije in znižuje potrebno temperaturo procesa, kar zmanjšuje možnost nezaželene spremembe pektina s kislinami. To omogoča uporabo kislin v omejenih pogojih za spreminjanje pektinov prav na zahteve izdelka.

Zakaj ultrazvočni pektin ekstrakcija tako učinkovita?

Vpliv ultrazvočne ekstrakcije neposredno vpliva na oteklino, perforacijo in zlom celičnih sten. Ultrazvočno inducira prenos mase povzroča hidracijo pektinous materiala v srednji lameli, ki vodi v razhod vegetativnih tkiv. Ultrazvočna kavitacija in smik sile neposredno udariti celice stene in jih zlomiti odprto. Ti mehanizmi povzročijo zelo učinkovite rezultate ultrazvočne ekstrakcije.

Ultrazvočno izvlečen pektin (tudi akustična kavitacija je pomagala ekstrahed pektin, okrajšava. ACAE), ki je imela nižjo molekulsko težo in stopnjo metoksilacije je bila bogatejša v rhamnogalacturonan-I regiji z dolgimi stranskih verig v primerjavi s konvencionalno toploto, ekstrahed pektin iz kemične in FT-IR analize. Poraba energije za ekstrakcijo ulgtrasoničnega pektina je bila bistveno nižja od običajne metode ogrevanja, kar kaže na njegovo obetavno uporabo za industrijsko proizvodno lestvico.
(prim. Wang et al., 2017)
Wang in njegovi kolegi (2017) tudi poudarjajo, da je ultrazvočno podprto pridobivanje dokazano bolj ekonomičen in okolju prijazen proces z višjo učinkovitostjo in manj stroškov v primerjavi s konvencionalnim pridobivanjem ogrevanja.
 

SEM preostale celuloze sladkorne pese pri 1000x povečavi: (a) pred ekstrakcijo, i po ekstrakciji pektina uporabom (b) Xylanasae (250 U/g), (c) celulaze (300 U/g), (d) Xylanasae+Cellulase (1:1), i (e) Xylanasae+Cellulase (1:1.5), i (f) Xylanasae+Cellulase (1:2).
(študija in slike: Abou-Elseoud et al., 2021)

Kako ultrazvočni pektin ekstrakcija deluje?

Ultrazvočna ekstrakcija temelji na sonomehanskih učinkih ultrazvoka visoke intenzivnosti. Za spodbujanje in pospeševanje ekstrakcije pektina preko ultrazvočnih valov se ultrazvočni valovi visoke moči spojijo preko ultrazvočne sonde (imenovane tudi ultrazvočni rog ali sonotrode) v tekoči medij, to je blato, ki sestoji iz surovine, ki vsebuje pektin, in topila. Ultrazvočni valovi potujejo skozi tekočino in ustvarjajo izmenično nizkotlačne / visokotlačne cikle. Med nizkotlačnimi cikli se ustvarijo minutni vakumski mehurčki (tako imenovani mehurčki kavitacije), ki rastejo v več tlačnih ciklih. V teh ciklih rasti mehurčkov, raztopljene plini v tekočini vstopajo v vakumski mehurček, tako da se vakumski mehurček spremeni v rastoče plinske mehurčke. Pri določeni velikosti, ko mehurčki ne morejo absorbirati več energije, nasilno implodirajo med visokotlačno ciklo. Za implozijo mehurčkov so značilne intenzivne kavitacialne sile, vključno z zelo visoko temperaturo in tlakom, ki dosega do 4000K oziroma 1000atm; ter ustreznih visokotemperaturnih in tlačnih razli čnin. Te ultrazvočno ustvarjene turbulence in omejevanje sile razbiti rastlinske celice gor in sprostitev znotrajceličnih pektinov v vodni osnovi topilo. Ker ultrazvočna kavitacija ustvarja zelo intenzivni prenos mase, sonication rezultat izjemno visoke donose v zelo kratkem času obdelave.

Ultrazvočni ekstrakcija iz rastlinskih celic: mikroskopski prečni odsek (TS) prikazuje mehanizem ukrepov med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x) [vir: Vilkhu et al. 2011]

Pektini iz sadnih odpadkov

Sadni odpadki, kot so lupine, ostanki sadne celuloze (po stiskanju sadnega soka), in drugi sadni stranski proizvodi so pogosto bogati viri pektina. Medtem ko se sadni odpadki pogosto uporabljajo kot živalska krma, je ekstrakcija pektina dragocenejša uporaba sadnih odpadkov.
Ultrazvočno ekstrakcijo pektina že uspešno izvajamo z olupki citrusov (kot so pomaranče, mandarine, grenivka), lupine melone, jabolčni pomace, sladkorna pesa celuloza, lupine manga, odpadki iz krompirja, pa tudi jackfruit, strastno sadje, figove olupke med drugimi.

Študije primerov ekstrakcije ultrazvočnega pektina

Zaradi pomanjkljivosti konvencionalnega ekstrakcije pektina s toploto so raziskave in industrija že preiskale inovativne alternative, kot je ultrazvočno pridobivanje. Zato je na voljo veliko informacij o procesnih parametrih za različne surovine in podatke o optimizaciji procesov.

Ultrazvočno ekstrakcija pectina iz Apple Pomace

Dranca in Oroian (2019) sta raziskovala ultrazvočno podprt proces ekstrakcije pektina iz jabolčne pomace, ki uporablja različna ultrazvočna stanja in uporablja box-Behnken odzivno površino. Ugotovili so, da ultrazvočna amplituda močno vpliva na donos in stopnjo esterifikacije izvlečenega pektina, medtem ko je ekstrakcijo pH imel velik vpliv na vse tri odzive, to je donos, vsebnost GalA in stopnjo esterifikacije. Optimalni pogoji za ekstrakcijo so bili 100% amplitude, pH 1,8, trdno tekoče razmerje 1:10 g/ml in 30 min sonication. V teh pogojih je bil donos pektina 9,183 % in je imel 98,127 g/100 g vsebnosti GalA in 83,202 % stopnje esterifikacije. Za nastavitev rezultatov ultrazvočno ekstrahiranega pektina v zvezi s komercialnim pektinom, so vzorec pektina, pridobljenega z ultrazvočnim ekstrakcijo v optimalnih pogojih, primerjali s komercialnimi vzorci citrusov in jabolčnega pektina s FT-IR, DSC, reološko analizo in SEM. Prvi dve tehniki sta izpostavili nekaj posebnosti vzorca pektina, ki je bil izvlecen z ultrazvočnim ekstrakcijo, kot so ožji razpon porazdelitve molekularne mase, urejena molekularna ureditev in visoka stopnja esterifikacije, ki je bila podobna kot pri komercialno dostopnih jabolčnih pektinih. Analiza morfoloških značilnosti ultrazvočno pridobljenega vzorca kaže na vzorec določanja med porazdelitvijo velikosti fragmentov tega vzorca in njegovo vsebnostjo GalA na eni strani ter zmogljivostjo vnosa vode na drugi strani. Viskoznost ultrazvočno ekstrahirane raztopine pektina je bila veliko višja od raztopine, narejene z uporabo komercialnega pektina, ki morda zaradi visoke koncentracije galakturonske kisline. Ob upoštevanju visoke stopnje esterifikacije, to lahko pojasni, zakaj je viskoznost bila višja za ultrazvočno izvlečen pektin. Raziskovalci ugotavljajo, da čistost, struktura in reološko vedenje pektina, ki se izvleče z ultrazvočno ekstrakcijo iz Malus domestica "Fălticeni" jabolčne pomace kaže na obetavne uporabe tega topnega vlakna. (prim. Dranca & Oroski 2019)

Ultrazvočni ekstraktor visoke zmogljivosti za proizvodnjo pektina

Ultrazvočna ekstrakcija je zanesljiva tehnologija predelave, ki pospešuje in pospešuje proizvodnjo visokokakovostnih pektinov različnih surovin, kot so citrusni sadni nuji in olupki, jabolčni pomace in mnogi drugi. Hielscher Ultrasonics portfolio zajema celoten razpon od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnikov do industrijskih sistemov za ekstrakcijo. Zato vam lahko v Hielscherju ponudimo najbolj primeren ultrazvočnikovnik za predvideno zmogljivost procesa. Naše dolgotrajno izkušeno osebje vam bo pomagalo od testov izvedljivosti in optimizacije procesov do namestitve vašega ultrazvočnega sistema na končni ravni proizvodnje.
Majhen odtis nog naših ultrazvočnih ekstraktorjev, kot tudi njihova vsestranskost v možnostih namestitve jih naredijo, da se prilegajo tudi v majhne prostore za obdelavo pektina. Ultrazvočni predelovalci so nameščeni po vsem svetu v prehrambenih, farmacevtskih in prehranskih dopolnilnih proizvodnih zmogljivostih.

Hielscher Ultrazvočna – Sofisticirana ekstrakcijska oprema

Hielscher Ultrasonics portfelj izdelkov zajema celotno paleto visoko zmogljivosti ultrazvočnih ekstraktorjev od majhnega do velikega obsega. Dodatni dodatki omogočajo enostavno montažo najbolj primerne ultrazvočne konfiguracije naprave za vaš proces ekstrakcije pektina. Optimalna ultrazvočna nastavitev je odvisna od predvidene zmogljivosti, volumna, surovine, serije ali inline procesa in časovnice.

Serija in v vrstici

Hielscher ultrasonicators se lahko uporablja za obdelavo in neprekinjeno obdelavo pretoka. Ultrazvočna obdelava serije je idealna za procesno testiranje, optimizacijo in majhno do srednje veliko raven proizvodnje. Za proizvodnjo velikih količin pektina je lahko inline obdelava ugodneje. Za neprekinjeno inline mešanje je potrebna prefinjena nastavitev – sestoji iz črpalke, cevi ali cevi in rezervoarjev -, vendar je zelo učinkovita, hitra in zahteva bistveno manj delovne sile. Hielscher Ultrasonics ima najbolj primeren nastavitev ekstrakcije za vaš obseg ekstrakcije in cilje procesa.

Ultrazvočni ekstraktorji za vsako zmogljivost izdelka

Hielscher Ultrasonics paleta izdelkov zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev od kompaktnih laboratorijskih ultrasonicatorjev nad bench-top in pilotnimi sistemi do popolnoma industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovorov tovornjakov na uro. Celoten proizvodni razpon nam omogoča, da vam ponudimo najbolj primeren ultrazvočni ekstraktor za vaše surovine, ki vsebujejo pektin, procesne zmogljivosti in proizvodne cilje.
Ultrazvočni klopi sistemi so idealni za preskuse izvedljivosti in optimizacijo procesov. Linearna lestvica, ki temelji na uveljavljenih procesnih parametrih, omogoča zelo enostavno povečanje predelovalnih zmogljivosti od manjših sklopov do v celoti komercialne proizvodnje. Up-povečanje je mogoče storiti bodisi z namestitvijo močnejši ultrazvočni ekstraktor enoto ali grozdenje več ultrasonicators vzporedno. Z UIP16000, Hielscher ponuja najmočnejši ultrazvočni ekstraktor po vsem svetu.

Natančno nadzorovati Amplitudes za optimalne rezultate

Vsi Hielscher ultrasonicatorji so natančno pod nadzorom in s tem zanesljivi delovni konji v proizvodnji. Amplitude je eden od ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in učinkovitost ultrazvočnega ekstrakcije pektina iz sadja in bio-odpadkov.
Vse Hielscher Ultrasonics’ procesorji omogočajo natančno nastavitev amplitude. Sonotrodes in booster rogovi so dodatki, ki omogočajo, da spremenite amplitudo v še širšem območju. Hielscher je industrijski ultrazvočni procesorji lahko poda zelo visoke amplitude in poda potrebno ultrazvočno intenzivnost za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200 μm lahko enostavno neprekinjeno izvajamo v 24/7 delovanju.
Natančna amplitudna nastavitev in stalno spremljanje ultrazvočnih procesnih parametrov preko pametne programske opreme vam dajejo možnost obdelave vaše surovine z najučinkovitejšimi ultrazvočnimi pogoji. Optimalno sonication za najboljše rezultate ekstrakcije!
Robustnost Hielscher je ultrazvočna oprema omogoča 24 / 7 delovanje na težkih in v zahtevnih okoljih. To naredi Ultrazvočna oprema Hielscher je zanesljivo delovno orodje, ki izpolnjuje vaše zahteve ekstrakcije.

Enostavno, brez tveganja Testiranje

Ultrazvočni procesi so lahko povsem lineažni. To pomeni vsak rezultat, ki ste ga dosegli z uporabo laboratorija ali bench-top ultrasonicator, se lahko meri na popolnoma enak izhod z uporabo popolnoma enakih procesnih parametrov. Zaradi tega je ultrasonication idealen za preskušanje izvedljivosti brez tveganja, optimizacijo procesov in posodnem izvajanju v komercialno proizvodnjo. Kontaktirajte nas, da izvemo, kako lahko sonication poveča vašo proizvodnjo ekstrakta pektina.

Najvišja kakovost – Izdelano in izdelano v Nemčiji

Kot družinsko voden in družinsko vodeno podjetje Hielscher daje prednost najvišjim standardom kakovosti za svoje ultrazvočne procesorje. Vsi ultrasonicators so zasnovani, izdelani in temeljito testirajo v naši sedež v Teltow blizu Berlin, Nemčija. Robustnost in zanesljivost Hielscher je ultrazvočne opreme, da je delovni konj v vaši proizvodnji. 24/7 operacija pod polnim tovorom in v zahtevnih okoljih je naravna značilnost Hielscher je visoko zmogljivih mešalniki.

V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators: