Rendiment më të lartë të pektinës me nxjerrjen me ultratinguj
Nxjerrja me ultratinguj rezulton në rendimente të larta të pektinave me cilësi të lartë. Duke përdorur sonication, pektina të vlefshme mund të prodhohen në mënyrë efikase nga mbeturinat e frutave (p.sh., nënproduktet nga përpunimi i lëngjeve) dhe lëndë të tjera të para biologjike. Nxjerrja me tejzanor i pektinës i kalon teknikat e tjera të nxjerrjes duke prodhuar rendimente më të larta, duke dhënë cilësi superiore të pektinës dhe një procedurë të shpejtë nxjerrjeje.
Nxjerrja e intensifikuar e pektinës nga sonication
Pektina përdoret si një agjent xhelatizues, emulsifikues dhe trashës në shumë produkte ushqimore, si dhe një përbërës në kozmetikë dhe farmaceutikë. Nxjerrja konvencionale industriale e pektinës bëhet nëpërmjet nxjerrjes me ujë të nxehtë, ku lënda e parë si lëvozhgat e agrumeve, pulpat e mollës dhe mbeturinat e tjera të frutave zhyten në ujë të nxehtë 60–100°C me pH të ulët (përafërsisht pH 1,5 – 3,5) për një kohë të gjatë. periudhë kohore. Kjo e kthen nxjerrjen konvencionale të ujit të nxehtë një proces që kërkon kohë dhe energji, që shpesh nuk është as aq efikas sa të çlirojë sasinë e plotë të pektinave të disponueshme në lëndën e parë.
Për të kapërcyer joefikasitetin e metodës konvencionale të prodhimit, nxjerrja me ultratinguj përdoret si një teknikë intensifikimi i procesit që redukton kohën e nxjerrjes dhe maksimizon rendimentin e pektinës në mënyrë të konsiderueshme kur krahasohet me nxjerrjen tradicionale të ujit të nxehtë.
Avantazhi i nxjerrjes tejzanor të pektinës
Ekstraktimi me ultratinguj aplikohet në shumë fusha të prodhimit të ekstrakteve, p.sh. ekstrakte botanike dhe bimore për ushqime, suplemente, farmaceutikë dhe kozmetikë. Një shembull shumë i spikatur i nxjerrjes tejzanor është nxjerrja e kanabidiolit (CBD) dhe komponimeve të tjera nga bima e kanabisit.
Nxjerrja me ultratinguj është një teknikë e nxjerrjes jo termike, e cila parandalon në këtë mënyrë përbërjet bioaktive kundër degradimit termik. Të gjithë parametrat e procesit tejzanor, të tilla si amplituda, intensiteti, koha, temperatura dhe presioni, mund të kontrollohen saktësisht. Kjo lejon kontrollin e saktë të procesit dhe cilësisë dhe e bën të lehtë përsëritjen dhe riprodhimin e rezultateve të nxjerrjes pasi të merren. Prodhuesit e ekstrakteve vlerësojnë ultratingullin për përsëritshmërinë e besueshme të procesit, e cila ndihmon në standardizimin e proceseve dhe produkteve.
- intensiteti i sonikacionit
- temperatura
- vlera e pH
- Koha
- Madhësia e grimcave të lëndës së parë
Ekstraktues tejzanor UIP4000hdT është një nxjerrës i fuqishëm 4 kW për prodhimin industrial të pektinës.
Përcaktimi i parametrave përkatës të procesit mundëson optimizimin e procesit të nxjerrjes tejzanor me efikasitet më të lartë dhe cilësi superiore të ekstraktit.
Për shembull, madhësia e grimcave të lëndës së parë (p.sh., lëvozhgat e agrumeve) është një faktor i rëndësishëm: Një madhësi më e vogël e grimcave do të thotë një sipërfaqe më e lartë ku mund të veprojnë valët ultrasonike. Një madhësi e vogël e grimcave rezulton në rendimente më të larta të pektinës, një shkallë më të ulët metilimi dhe një raport më të madh të rajoneve rhamnogalacturonan.
The pH value of the extraction solvent (i.e. water + acid) is another essential parameter. When pectin is extracted under acidic conditions, many rhamnogalacturonan branched regions of the polymer are decomposed, so that mainly homogalacturonan “straight” regions with a few neutral sugar molecules attached on or in the main linear chain remain.
Nxjerrja me ultratinguj e pektinës redukton kohën e nxjerrjes dhe ul temperaturën e kërkuar të procesit, gjë që redukton mundësinë e modifikimit të padëshiruar të pektinës nga acidet. Kjo mundëson përdorimin e acideve në kushte të kufizuara për të modifikuar pektinat saktësisht sipas kërkesave të produktit.
Çfarë e bën kaq efikas nxjerrjen e pektinës me ultratinguj?
Ndikimi i ekstraktimit me ultratinguj ndikon drejtpërdrejt në ënjtjen, perforimin dhe thyerjen e mureve qelizore. Transferimi i masës i shkaktuar në mënyrë ultrasonike shkakton hidratimin e materialit pektinoz në lamelën e mesme që çon në ndarjen e indeve vegjetale. Forcat e kavitacionit dhe prerjes tejzanor ndikojnë drejtpërdrejt në muret e qelizave dhe i thyejnë ato. Këta mekanizma rezultojnë në rezultate shumë efikase të nxjerrjes tejzanor.
Pektina e ekstraktuar me ultratinguj (gjithashtu pektina e ekstraktuar me ndihmën e kavitacionit akustik, shkurt. ACAE) e cila kishte peshë molekulare dhe shkallë më të ulët të metoksilimit ishte më e pasur në rajonin rhamnogalacturonan-I me zinxhirë të gjatë anësor krahasuar me pektinën konvencionale të nxjerrë nga nxehtësia nga analizat kimike dhe FT-IR. Konsumi i energjisë për nxjerrjen e pektinës ultrasonike ishte dukshëm më i ulët se metoda e ngrohjes konvencionale, gjë që tregon aplikimin e saj premtues për shkallën e prodhimit industrial.
(krh. Wang et al., 2017)
Wang dhe kolegët e tij (2017) gjithashtu theksojnë se nxjerrja e asistuar me ultratinguj është provuar të jetë një proces më ekonomik dhe miqësor ndaj mjedisit me efikasitet më të lartë dhe më pak kosto krahasuar me nxjerrjen e ngrohjes konvencionale.
SEM e pulpës së mbetur të panxharit të sheqerit në zmadhim 1000x: (a) para nxjerrjes dhe pas nxjerrjes së pektinës duke përdorur (b) Xylanasae (250 U/g), (c) Cellulazë (300 U/g), (d) Xylanasae+Cellulaza (1:1), dhe (e) Xylanasae+Cellulase (1:1.5) dhe (f) Xylanasae+Cellulase (1:2).
Si funksionon nxjerrja e pektinës me ultratinguj?
Ekstraktimi me ultratinguj bazohet në efektet sonomekanike të ultrazërit me intensitet të lartë. Për të nxitur dhe intensifikuar nxjerrjen e pektinës nëpërmjet ultrazërit, valët e ultrazërit me fuqi të lartë bashkohen nëpërmjet një sonde tejzanor (i quajtur edhe bri tejzanor ose sonotrode) në mjedisin e lëngshëm, dmth në slurry që përbëhet nga lënda e parë që përmban pektin dhe tretësi. Valët e ultrazërit udhëtojnë nëpër lëng dhe krijojnë cikle alternative të presionit të ulët? presionit të lartë. Gjatë cikleve me presion të ulët krijohen flluska të vogla vakumi (të ashtuquajturat flluska të kavitacionit), të cilat rriten gjatë disa cikleve të presionit. Gjatë atyre cikleve të rritjes së flluskave, gazrat e tretur në lëng hyjnë në flluskën e vakumit, kështu që flluska e vakumit shndërrohet në flluska gazi në rritje. Në një madhësi të caktuar, kur flluskat nuk mund të thithin më shumë energji, ato shpërthejnë dhunshëm gjatë një cikli me presion të lartë. Shpërthimi i flluskës karakterizohet nga forca intensive kavitacionale, duke përfshirë temperaturën dhe presionin shumë të lartë që arrijnë respektivisht deri në 4000K dhe 1000atm; si dhe diferencat përkatëse të temperaturës dhe presionit të lartë. Këto turbulenca dhe forca prerëse të krijuara në mënyrë ultrasonike thyejnë qelizat e bimëve dhe lëshojnë pektina ndërqelizore në tretësin me bazë uji. Meqenëse kavitacioni tejzanor krijon një transferim masiv shumë intensiv, sonikimi rezulton në rendimente jashtëzakonisht të larta brenda një kohe shumë të shkurtër përpunimi.
Nxjerrja me ultratinguj nga qelizat bimore: seksioni tërthor mikroskopik (TS) tregon mekanizmin e veprimeve gjatë nxjerrjes tejzanor nga qelizat (zmadhimi 2000x) [burimi: Vilkhu et al. 2011]
Ekstraktues tejzanor i grumbullit UIP2000hdT me bri kaskatrode
Pektinat e nxjerra nga mbeturinat e frutave
Mbetjet e frutave si lëvozhga, mbetjet e tulit të frutave (pas shtypjes së lëngut të frutave) dhe nënproduktet e tjera të frutave janë shpesh burime të pasura pektine. Ndërsa produktet e mbeturinave të frutave përdoren shpesh si ushqim për kafshët, nxjerrja e pektinës është një përdorim më i vlefshëm i mbetjeve të frutave.
Ekstraktimi i pektinës me ultratinguj është kryer tashmë me sukses me lëvozhgat e agrumeve (si portokalli, mandarina, grejpfrut), lëvozhgat e pjeprit, pulpat e mollës, tulin e panxharit të sheqerit, lëvozhgat e mangos, mbeturinat e domates, si dhe frutat e pasionit, lëvozhgat e fikut, ndër të tjera.
Studime të rasteve të nxjerrjes së pektinës me ultratinguj
Për shkak të të metave të nxjerrjes konvencionale të pektinës nga nxehtësia, kërkimi dhe industria kanë hetuar tashmë alternativa novatore siç është nxjerrja me ultratinguj. Kështu, disponohen shumë informacione për parametrat e procesit për lëndë të para të ndryshme, si dhe të dhëna për optimizimin e procesit.
Nxjerrja me ultratinguj e pektinës nga pomaci i mollës
Dranca and Oroian (2019) investigated the ultrasonically-assisted extraction process of pectin from apple pomace applying various ultrasonic conditions and using Box-Behnken response surface design. They found that the ultrasound amplitude strongly influences the yield and the degree of esterification of the extracted pectin, while the extraction pH had a great impact on all three responses, i.e. yield, GalA content, and degree of esterification. The optimal conditions for extraction were 100% amplitude, pH of 1.8, solid-liquid ratio of 1:10 g/mL, and 30 min sonication. Under these conditions, pectin yield was 9.183% and had a 98.127 g/100 g GalA content and 83.202% degree of esterification. To set the results of ultrasonically extracted pectin into relation with commercial pectin, pectin sample obtained by ultrasonic extraction under optimal conditions were compared to commercial citrus and apple pectin samples by FT-IR, DSC, rheological analysis, and SEM. The first two techniques highlighted some particularities of the pectin sample extracted by ultrasonic extraction such as the narrower distribution range of molecular weight, the orderly molecular arrangement, and the high degree of esterification that was similar to that of commercially available apple pectins. The analysis of the morphological characteristics of ultrasonically obtained sample indicates a determination pattern between the distribution of the fragment sizes of this sample and its GalA content on one side, and the water uptake capacity on the other side. The viscosity of ultrasonically extracted pectin solution was much higher than that of the solutions made using commercial pectin, which maybe because of the high concentration of galacturonic acid. When also considering the high degree of esterification, this might explain why the viscosity were higher for the ultrasonically extracted pectin. The researchers conclude that the purity, structure and rheological behaviour of pectin extracted by ultrasonic extraction from Malus domestica ‘Fălticeni’ apple pomace indicates promising applications of this soluble fiber. (cf. Dranca & Oroian 2019)
- rendimente më të larta
- përpunim më i shpejtë
- kushte më të buta përpunimi
- përmirësuar efikasitetin e përgjithshëm
- funksionim i thjeshtë dhe i sigurt
- ROI i shpejtë
Ekstraktues tejzanor me performancë të lartë për prodhimin e pektinës
Nxjerrja me ultratinguj është një teknologji e besueshme e përpunimit, e cila lehtëson dhe përshpejton prodhimin e lëndëve të para të ndryshme të pektinave me cilësi të lartë, si nënproduktet dhe lëvozhgat e agrumeve, pomaci i mollës dhe shumë të tjera. Portofoli Hielscher Ultrasonics mbulon gamën e plotë nga ultrasonikët kompakt laboratorik deri te sistemet industriale të nxjerrjes. Kështu, ne në Hielscher mund t'ju ofrojmë ultrasonikatorin më të përshtatshëm për kapacitetin tuaj të parashikuar të procesit. Stafi ynë me përvojë të gjatë do t'ju ndihmojë nga testet e fizibilitetit dhe optimizimi i procesit deri në instalimin e sistemit tuaj ultrasonik në nivelin përfundimtar të prodhimit.
Gjurmët e vogla të ekstraktuesve tanë me ultratinguj si dhe shkathtësia e tyre në opsionet e instalimit i bëjnë ato të përshtaten edhe në objektet e përpunimit të pektinës në hapësirë të vogël. Përpunuesit tejzanor janë instaluar në mbarë botën në objektet e prodhimit të ushqimit, farmacisë dhe suplementeve ushqimore.
Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:
| Vëllimi i grupit | Shkalla e rrjedhjes | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri në 500 ml | 10 deri në 200 ml/min | UP100H |
| 0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100 litra | 2 deri në 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 deri në 100 l/min | UIP16000 |
| na | më të mëdha | grumbull i UIP16000 |
Na kontaktoni!? Na pyesni!
Hielscher Ultrasonics – Pajisjet e sofistikuara të nxjerrjes
Portofoli i produkteve Hielscher Ultrasonics mbulon gamën e plotë të ekstraktuesve tejzanor me performancë të lartë nga një shkallë e vogël në shkallë të madhe. Aksesorët shtesë lejojnë montimin e lehtë të konfigurimit më të përshtatshëm të pajisjes tejzanor për procesin tuaj të nxjerrjes së pektinës. Konfigurimi optimal tejzanor varet nga kapaciteti i parashikuar, vëllimi, lënda e parë, procesi i grupit ose i linjës dhe afati kohor.
batch dhe inline
Ultrasonikët Hielscher mund të përdoren për përpunim në grup dhe të vazhdueshëm. Përpunimi i grupit tejzanor është ideal për testimin e procesit, optimizimin dhe nivelin e prodhimit të madhësisë së vogël deri në mesatare. Për prodhimin e vëllimeve të mëdha të pektinës, përpunimi në linjë mund të jetë më i favorshëm. Një proces i vazhdueshëm i përzierjes në linjë kërkon konfigurim të sofistikuar – i përbërë nga një pompë, zorrë ose tuba dhe rezervuarë -, por është shumë efikas, i shpejtë dhe kërkon shumë më pak punë. Hielscher Ultrasonics ka konfigurimin më të përshtatshëm të nxjerrjes për vëllimin tuaj të nxjerrjes dhe qëllimet e procesit.
Ekstraktues tejzanor për çdo kapacitet produkti
Gama e produkteve Hielscher Ultrasonics mbulon spektrin e plotë të përpunuesve tejzanor nga ultrasonikët kompakt laboratorik mbi tavolinën e sipërme dhe sistemet pilot deri tek procesorët ultrasonikë plotësisht industrialë me kapacitet për të përpunuar ngarkesa kamionësh në orë. Gama e plotë e produkteve na lejon t'ju ofrojmë nxjerrësin tejzanor më të përshtatshëm për lëndën tuaj të parë që përmban pektin, kapacitetin e procesit dhe objektivat e prodhimit.
Sistemet tejzanor të tavolinës janë ideale për testet e fizibilitetit dhe optimizimin e procesit. Rritja lineare e bazuar në parametrat e përcaktuar të procesit e bën shumë të lehtë rritjen e kapaciteteve të përpunimit nga lote më të vogla në prodhim plotësisht komercial. Rritja e shkallës mund të bëhet ose duke instaluar një njësi më të fuqishme nxjerrëse tejzanor ose duke grumbulluar disa ultrasonikë paralelisht. Me UIP16000, Hielscher ofron nxjerrësin më të fuqishëm tejzanor në mbarë botën.
Amplituda saktësisht të kontrollueshme për rezultate optimale
Të gjithë ultrasonikët Hielscher janë kuaj pune saktësisht të kontrollueshëm dhe në këtë mënyrë të besueshme në prodhim. Amplituda është një nga parametrat thelbësorë të procesit që ndikon në efikasitetin dhe efektivitetin e nxjerrjes tejzanor të pektinës nga frutat dhe mbetjet biologjike.
Të gjithë sonikatorët Hielscher lejojnë vendosjen e saktë të amplitudës. Sonotrodes dhe brirët përforcues janë aksesorë që lejojnë modifikimin e amplitudës në një gamë edhe më të gjerë. Procesorët tejzanor industrial Hielscher mund të japin amplituda shumë të larta dhe të japin intensitetin e kërkuar tejzanor për aplikime kërkuese. Amplituda deri në 200µm mund të ekzekutohen lehtësisht vazhdimisht në funksionim 24/7.
Cilësimet e sakta të amplitudës dhe monitorimi i përhershëm i parametrave të procesit tejzanor nëpërmjet softuerit inteligjent ju japin mundësinë të trajtoni lëndën tuaj të parë me kushtet më efektive tejzanor. Zërimi optimal për rezultatet më të mira të nxjerrjes!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your extraction requirements.
Testim i lehtë, pa rrezik
Proceset tejzanor mund të jenë të shkallëzuara plotësisht lineare. Kjo do të thotë që çdo rezultat që keni arritur duke përdorur një ultratingull laboratori ose në tavolinë, mund të shkallëzohet në të njëjtin rezultat duke përdorur saktësisht të njëjtat parametra të procesit. Kjo e bën ultratingullin ideal për testimin e fizibilitetit pa rrezik, optimizimin e procesit dhe zbatimin pasues në prodhimin komercial. Na kontaktoni për të mësuar se si sonikacioni mund të rrisë prodhimin e ekstraktit tuaj të pektinës.
Cilësia më e lartë – Projektuar dhe prodhuar ne Gjermani
As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher high-performance mixers.
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë për përzierjen e aplikimeve, shpërndarjen, emulsifikimin dhe nxjerrjen në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.
Rreth Pektinave
Pektina është një heteropolisakarid i degëzuar i përbërë nga segmente galakturoni me zinxhir të gjatë dhe sheqerna të tjerë neutralë si ramnoza, arabinoza, galaktoza dhe ksiloza. Për të qenë më specifik, pektina është një bllok bashkëpolimeri i përbërë nga acid galakturonik 1,4-α-lidhur dhe ramnozë 1,2-lidhur me degë anësore të β-D-galaktozës, L-arabinozës dhe njësive të tjera sheqeri. Meqenëse në pektinë gjenden disa pjesë sheqeri dhe nivele të ndryshme të esterifikimit metil, pektina nuk ka një peshë molekulare të përcaktuar si polisaharidet e tjera. Pektina, e specifikuar për përdorim në ushqime, përkufizohet si një heteropolisakarid që përmban të paktën 65% njësi të acidit galakturonik. Duke aplikuar kushte specifike të nxjerrjes, pektinat mund të modifikohen dhe funksionalizohen me sukses në mënyrë që të përmbushin kërkesat specifike. Prodhimi i pektinave të funksionalizuara dhe të modifikuara janë me interes për aplikime të veçanta, p.sh. pektina me metoksilim të ulët për farmaceutikë.
Si ndahet pektina nga solucioni i ekstraktit?
Reshjet e pektinës pas nxjerrjes me ultratinguj: Shtimi i etanolit në një zgjidhje ekstrakte mund të ndihmojë në ndarjen e pektinës përmes një procesi të quajtur reshje. Pektina, një polisaharid kompleks që gjendet në muret qelizore të bimëve, është i tretshëm në ujë në kushte normale. Megjithatë, duke ndryshuar mjedisin e tretësit me shtimin e etanolit, tretshmëria e pektinës mund të reduktohet, duke çuar në precipitimin e saj nga tretësira.
Më poshtë, ne ju shpjegojmë kiminë pas precipitimit të pektinës duke përdorur etanol:
- Prishja e lidhjeve të hidrogjenit: Molekulat e pektinës mbahen së bashku nga lidhjet hidrogjenore, të cilat kontribuojnë në tretshmërinë e tyre në ujë. Etanoli prish këto lidhje hidrogjeni duke konkurruar me molekulat e ujit për vendet e lidhjes në molekulat e pektinës. Ndërsa molekulat e etanolit zëvendësojnë molekulat e ujit rreth molekulave të pektinës, lidhjet e hidrogjenit ndërmjet molekulave të pektinës dobësohen, duke reduktuar tretshmërinë e tyre në tretës.
- Polariteti i ulur i tretësit: Etanoli është më pak polar se uji, që do të thotë se ka një aftësi më të ulët për të shpërndarë substanca polare si pektina. Ndërsa etanoli i shtohet tretësirës së ekstraktit, polariteti i përgjithshëm i tretësit zvogëlohet, duke e bërë më pak të favorshme që molekulat e pektinës të mbeten në tretësirë. Kjo çon në precipitimin e pektinës jashtë tretësirës pasi ajo bëhet më pak e tretshme në përzierjen etanol-ujë.
- Rritja e përqendrimit të pektinës: Ndërsa molekulat e pektinës precipitojnë jashtë tretësirës, përqendrimi i pektinës në tretësirën e mbetur rritet. Kjo lejon ndarjen më të lehtë të pektinës nga faza e lëngshme përmes filtrimit ose centrifugimit.
Literatura? Referencat
- Wafaa S. Abou-Elseoud, Enas A. Hassan, Mohammad L. Hassan (2021): Extraction of pectin from sugar beet pulp by enzymatic and ultrasound-assisted treatments. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, Volume 2, 2021.
- Marina Fernández-Delgado, Esther del Amo-Mateos, Mónica Coca, Juan Carlos López-Linares, M. Teresa García-Cubero, Susana Lucas (2023): Enhancement of industrial pectin production from sugar beet pulp by the integration of surfactants in ultrasound-assisted extraction followed by diafiltration/ultrafiltration. Industrial Crops and Products, Volume 194, 2023.
- Wang, Wenjun; Wu, Xingzhu; Chantapakul, Thunthacha; Wang, Danli; Zhang, Song; Ma Xiaobin; Ding, Tian; Ye, Xingqian; Liu, Donghong(2017): Acoustic cavitation assisted extraction of pectin from waste grapefruit peels: A green two-stage approach and its general mechanism. Food Research Journal Vol.102, December 2017. 101-110.
- Drance, Florina; Oroian, Mircea (2019): Ultrasound-Assisted Extraction of Pectin from Malus domestica ‘Fălticeni’ Apple Pomace. Processes 7(8): 488; 2019.
- Owais Yousuf; Anupama Singh; N. C. Shahi; Anil Kumar; A. K. Verma (2018): Ultrasound Assisted Extraction of Pectin from Orange Peel. Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences Vol 7 [12], November 2018. 48-54.
- Lena Rebecca Larsen; Julia Buerschaper; Andreas Schieber; Fabian Weber (2019): Interactions of Anthocyanins with Pectin and Pectin Fragments in Model Solutions. J Agric Food Chem 2019 Aug 21; 67(33). pp. 9344-9353.