Rendimente më të larta të pektinës me ekstraktim me ultratinguj

Ekstraktimi me ultratinguj jep rendimente të larta të pektinave me cilësi superiore. Me anë të sonikimit, pektinat me vlerë mund të prodhohen me efikasitet nga mbetjet e frutave (p.sh., nënproduktet e përpunimit të lëngjeve) dhe lëndë të tjera të para biologjike. Ekstraktimi i pektinës me ultratinguj i tejkalon teknikat e tjera të ekstraktimit duke dhënë rendimente më të larta, cilësi superiore të pektinës dhe një procedurë të shpejtë ekstraktimi.

Ekstraktim i intensifikuar i pektinës me anë të sonikimit

Pektina përdoret si agjent xhelifikues, emulsifikues dhe trashës në shumë produkte ushqimore, si dhe si përbërës në produkte kozmetike dhe farmaceutike. Ekstraktimi industrial konvencional i pektinës kryhet me ujë të nxehtë, ku lënda e parë, si lëkurat e agrumeve, bërsitë e mollëve dhe mbetjet e tjera të frutave, lihet të njomet për një kohë të gjatë në ujë të nxehtë në 60–100°C me pH të ulët (afërsisht pH 1,5 – 3,5). Kjo e bën ekstraktimin konvencional me ujë të nxehtë një proces që konsumon kohë dhe energji dhe që shpesh nuk është as mjaftueshëm efikas për të çliruar të gjithë sasinë e pektinave të pranishme në lëndën e parë.
Për të kapërcyer mungesën e efikasitetit të metodës konvencionale të prodhimit, ekstraktimi me ultratinguj zbatohet si teknikë intensifikimi të procesit, e cila shkurton kohën e ekstraktimit dhe maksimizon ndjeshëm rendimentin e pektinës krahasuar me ekstraktimin tradicional me ujë të nxehtë.

Përparësia e ekstraktimit të pektinës me ultratinguj

Ekstraktimi me ultratinguj zbatohet në shumë fusha të prodhimit të ekstrakteve, p.sh. të ekstrakteve bimore dhe të bimëve mjekësore për ushqime, suplemente, produkte farmaceutike dhe kozmetike. Një shembull shumë i spikatur i ekstraktimit me ultratinguj është ekstraktimi i kanabidiolit (CBD) dhe i përbërjeve të tjera nga bima e kanabisit.
Ekstraktimi me ultratinguj është një teknikë ekstraktimi jotermik, e cila në këtë mënyrë i mbron përbërjet bioaktive nga degradimi termik. Të gjithë parametrat e procesit me ultratinguj, si amplituda, intensiteti, koha, temperatura dhe presioni, mund të kontrollohen me saktësi. Kjo mundëson kontroll të saktë të procesit dhe të cilësisë dhe e bën të lehtë përsëritjen dhe riprodhimin e rezultateve të ekstraktimit të arritura më parë. Prodhuesit e ekstrakteve e vlerësojnë trajtimin me ultratinguj për përsëritshmërinë e besueshme të procesit, e cila ndihmon në standardizimin e proceseve dhe produkteve.

 
Gjeni këtu protokollin e ekstraktimit të pektinës me ultratinguj nga lëkura e grejpfrutit, të demonstruar në videon e mësipërme!
 

Përcaktimi i parametrave përkatës të procesit mundëson optimizimin e procesit të ekstraktimit me ultratinguj për të arritur efikasitetin më të lartë dhe cilësi superiore të ekstraktit.
Për shembull, madhësia e grimcave të lëndës së parë (p.sh., lëkurave të agrumeve) është një faktor i rëndësishëm: një madhësi më e vogël e grimcave nënkupton një sipërfaqe më të madhe mbi të cilën mund të veprojnë valët e ultratingujve. Kështu, një madhësi e vogël e grimcave sjell rendimente më të larta të pektinës, një shkallë më të ulët metilimi dhe një përpjesëtim më të madh të rajoneve të ramnogalakturonanit.
Vlera e pH-së së tretësit të ekstraktimit (d.m.th. ujë + acid) është një tjetër parametër thelbësor. Kur pektina ekstraktohet në kushte acide, shumë rajone të degëzuara të ramnogalakturonanit në polimer shpërbëhen, kështu që mbeten kryesisht rajone “të drejta” të homogalakturonanit me pak molekula sheqernash neutrale të lidhura mbi ose brenda zinxhirit kryesor linear.
Ekstraktimi i pektinës me ultratinguj shkurton kohën e ekstraktimit dhe ul temperaturën e nevojshme të procesit, gjë që zvogëlon mundësinë e modifikimit të padëshiruar të pektinës nga acidet. Kjo mundëson përdorimin e acideve në kushte të kufizuara për t’i modifikuar pektinat saktësisht sipas kërkesave të produktit.

Çfarë e bën ekstraktimin e pektinës me ultratinguj kaq efikas?

Ndikimi i ekstraktimit me ultratinguj prek drejtpërdrejt fryrjen, shpimin dhe çarjen e mureve qelizore. Transferimi i masës i nxitur nga ultratingujt shkakton hidratimin e materialit pektinik në lamelën e mesme, duke çuar në shpërbërjen e indeve bimore. Kavitacioni ultrasonik dhe forcat prerëse veprojnë drejtpërdrejt mbi muret qelizore dhe i çajnë ato. Këta mekanizma bëjnë që ekstraktimi me ultratinguj të japë rezultate me efikasitet shumë të lartë.

Pektina e ekstraktuar me ultratinguj (e quajtur edhe pektinë e ekstraktuar me ndihmën e kavitacionit akustik, shkurt ACAE), e cila kishte peshë molekulare dhe shkallë metoksilimi më të ulët, ishte më e pasur me rajonin e ramnogalakturonanit-I me zinxhirë anësorë të gjatë krahasuar me pektinën e ekstraktuar me metodën konvencionale termike, sipas analizave kimike dhe FT-IR. Konsumi i energjisë për ekstraktimin e pektinës me ultratinguj ishte dukshëm më i ulët se ai i metodës konvencionale me ngrohje, çka tregon mundësinë premtuese të zbatimit të tij në shkallë prodhimi industrial.
(shih Wang et al., 2017)
Wang dhe kolegët e tij (2017) theksojnë gjithashtu se ekstraktimi i asistuar me ultratinguj është provuar të jetë një proces më ekonomik dhe më miqësor ndaj mjedisit, me efikasitet më të lartë dhe kosto më të ulët krahasuar me ekstraktimin konvencional me ngrohje.
 

SEM e pulpës së mbetur të panxharit të sheqerit me zmadhim 1000x: (a) para ekstraktimit dhe pas ekstraktimit të pektinës duke përdorur (b) ksilanazë (250 U/g), (c) celulazë (300 U/g), (d) ksilanazë+celulazë (1:1), dhe (e) ksilanazë+celulazë (1:1,5), dhe (f) ksilanazë+celulazë (1:2).
(studimi dhe imazhet: Abou-Elseoud et al., 2021)

Si funksionon ekstraktimi i pektinës me ultratinguj?

Ekstraktimi me ultratinguj bazohet në efektet sonomekanike të ultratingujve me intensitet të lartë. Për të nxitur dhe intensifikuar ekstraktimin e pektinës me ultratinguj, valët ultrasonike me fuqi të lartë transmetohen nëpërmjet një sonde ultrasonike (e quajtur edhe brirë ultrasonik ose sonotrodë) në mjedisin e lëngshëm, pra në suspensionin e përbërë nga lënda e parë që përmban pektinë dhe tretësi. Valët ultrasonike përhapen nëpër lëng dhe krijojnë cikle të alternuara me presion të ulët / presion të lartë. Gjatë cikleve me presion të ulët krijohen flluska shumë të vogla vakumi (të ashtuquajturat flluska kavitacioni), të cilat rriten gjatë disa cikleve të presionit. Gjatë këtyre cikleve të rritjes së flluskave, gazet e tretura në lëng hyjnë në flluskën e vakumit, kështu që flluskat e vakumit shndërrohen në flluska gazi që rriten. Kur arrijnë një madhësi të caktuar dhe nuk mund të përthithin më energji, flluskat shemben vrullshëm drejt brendësisë gjatë një cikli me presion të lartë. Shembja e flluskave karakterizohet nga forca intensive kavitacioni, duke përfshirë temperaturë dhe presion shumë të lartë që arrijnë përkatësisht deri në 4000K dhe 1000atm; si dhe diferenca përkatëse të larta të temperaturës dhe presionit. Këto turbulenca dhe forca prerëse të krijuara nga ultratingujt shpërbëjnë qelizat bimore dhe çlirojnë pektinat brendaqelizore në tretësin me bazë ujore. Meqë kavitacioni ultrasonik krijon transferim mase shumë intensiv, trajtimi me ultratinguj jep rendimente jashtëzakonisht të larta brenda një kohe shumë të shkurtër përpunimi.
Trajtimi me ultratinguj përdoret jo vetëm për ekstraktimin e pektinës, por edhe për izolimin e polifenoleve nga bërsitë, tuli, lëkurat dhe farat e frutave. Lexoni më shumë këtu!

Ekstraktimi me ultratinguj nga qelizat bimore: prerja tërthore mikroskopike (TS) tregon mekanizmin e veprimit gjatë ekstraktimit me ultratinguj nga qelizat (zmadhimi 2000x) [burimi: Vilkhu et al. 2011]

Pektina të ekstraktuara nga mbetjet e frutave

Mbetjet e frutave, si lëkurat, mbetjet e tulit të frutave (pas shtrydhjes së lëngut të frutave) dhe nënprodukte të tjera të frutave, janë shpesh burime të pasura me pektinë. Ndërsa mbetjet e frutave përdoren shpesh si ushqim për kafshët, ekstraktimi i pektinës përbën një përdorim më të vlefshëm të këtyre mbetjeve.
Ekstraktimi i pektinës me ultratinguj kryhet tashmë me sukses nga lëkurat e agrumeve (si portokallet, mandarinat, grejpfrutët), lëkurat e pjeprit, bërsitë e mollës, pulpa e panxharit të sheqerit, lëkurat e mangos, mbetjet e domates, si dhe nga fruti i bukës indian (jackfruit), fruti i pasionit dhe lëkurat e fiqve, ndër të tjera.

Studime rastesh të ekstraktimit të pektinës me ultratinguj

Për shkak të mangësive të nxjerrjes konvencionale të pektinës me nxehtësi, kërkimi shkencor dhe industria kanë studiuar tashmë alternativa novatore, si nxjerrja me ultratinguj. Kështu, janë të disponueshme informacione të shumta mbi parametrat e procesit për lëndë të para të ndryshme, si dhe të dhëna për optimizimin e procesit.

Nxjerrja e pektinës me ultratinguj nga bërsitë e mollës

Dranca dhe Oroian (2019) studiuan procesin e nxjerrjes së pektinës nga bërsitë e mollës me ndihmën e ultratingujve, duke zbatuar kushte të ndryshme trajtimi me ultratinguj dhe duke përdorur projektimin Box-Behnken të sipërfaqes së përgjigjes. Ata zbuluan se amplituda e ultratingujve ndikon fuqishëm në rendimentin dhe shkallën e esterifikimit të pektinës së nxjerrë, ndërsa pH-ja e nxjerrjes kishte ndikim të madh në të tre treguesit e përgjigjes, përkatësisht rendimentin, përmbajtjen e GalA dhe shkallën e esterifikimit. Kushtet optimale për nxjerrjen ishin amplituda 100%, pH-ja 1,8, raporti lëndë e ngurtë–lëng 1:10 g/mL dhe trajtimi me ultratinguj për 30 min. Në këto kushte, rendimenti i pektinës ishte 9,183%, përmbajtja e GalA ishte 98,127 g/100 g dhe shkalla e esterifikimit ishte 83,202%. Për t’i krahasuar rezultatet e pektinës së nxjerrë me ultratinguj me pektinën tregtare, mostra e pektinës së përftuar me nxjerrje me ultratinguj në kushte optimale u krahasua me mostra tregtare të pektinës së agrumeve dhe mollës nëpërmjet FT-IR, DSC, analizës reologjike dhe SEM. Dy teknikat e para nxorën në pah disa veçori të mostrës së pektinës së nxjerrë me ultratinguj, si intervali më i ngushtë i shpërndarjes së peshës molekulare, renditja e rregullt molekulare dhe shkalla e lartë e esterifikimit, e cila ishte e ngjashme me atë të pektinave të mollës të disponueshme në treg. Analiza e karakteristikave morfologjike të mostrës së përftuar me ultratinguj tregon një model përcaktues ndërmjet shpërndarjes së madhësive të fragmenteve të kësaj mostre dhe përmbajtjes së saj të GalA nga njëra anë, dhe kapacitetit të përthithjes së ujit nga ana tjetër. Viskoziteti i tretësirës së pektinës së nxjerrë me ultratinguj ishte shumë më i lartë se ai i tretësirave të përgatitura me pektinë tregtare, gjë që mund të jetë për shkak të përqendrimit të lartë të acidit galakturonik. Duke marrë parasysh edhe shkallën e lartë të esterifikimit, kjo mund të shpjegojë pse viskoziteti ishte më i lartë për pektinën e nxjerrë me ultratinguj. Studiuesit arrijnë në përfundimin se pastërtia, struktura dhe sjellja reologjike e pektinës së nxjerrë me ultratinguj nga bërsitë e mollës Malus domestica ‘Fălticeni’ tregojnë zbatime premtuese të kësaj fibre të tretshme. (krahaso Dranca & Oroian 2019)

Ekstraktor me ultratinguj me performancë të lartë për prodhimin e pektinës

Nxjerrja me ultratinguj është një teknologji e besueshme përpunimi, e cila lehtëson dhe përshpejton prodhimin e pektinave me cilësi të lartë nga lëndë të para të ndryshme, si nënproduktet dhe lëkurat e agrumeve, bërsitë e mollës dhe shumë të tjera. Portofoli i Hielscher Ultrasonics mbulon të gjithë gamën, nga aparatet kompakte laboratorike me ultratinguj deri te sistemet industriale të nxjerrjes. Kështu, ne në Hielscher mund t’ju ofrojmë aparatin me ultratinguj më të përshtatshëm për kapacitetin e parashikuar të procesit tuaj. Stafi ynë me përvojë shumëvjeçare do t’ju ndihmojë nga testet e fizibilitetit dhe optimizimi i procesit deri te instalimi i sistemit tuaj me ultratinguj në shkallën përfundimtare të prodhimit.
Hapësira e vogël që zënë ekstraktorët tanë me ultratinguj, si dhe mundësitë e tyre të larmishme të instalimit, bëjnë që ata të përshtaten edhe në mjedise përpunimi të pektinës me hapësirë të kufizuar. Procesorët me ultratinguj instalohen në mbarë botën në impiante të prodhimit të ushqimeve, produkteve farmaceutike dhe suplementeve ushqimore.

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të aparateve tona me ultratinguj:

Hielscher Ultrasonics – Pajisje të sofistikuara për ekstraktim

Portofoli i produkteve të Hielscher Ultrasonics mbulon gamën e plotë të ekstraktorëve ultrasonikë me performancë të lartë, nga shkalla e vogël deri te shkalla e madhe. Aksesorët shtesë mundësojnë montimin e lehtë të konfigurimit më të përshtatshëm të pajisjes ultrasonike për procesin tuaj të ekstraktimit të pektinës. Konfigurimi optimal ultrasonik varet nga kapaciteti i parashikuar, vëllimi, lënda e parë, procesi me lote ose në linjë dhe afatet kohore.

Përpunimi me lote dhe në linjë

Ultrasonikatorët Hielscher mund të përdoren për përpunim me lote dhe për përpunim me rrjedhje të vazhdueshme. Përpunimi ultrasonik me lote është ideal për testimin dhe optimizimin e procesit dhe për prodhim në shkallë të vogël deri të mesme. Për prodhimin e vëllimeve të mëdha të pektinës, përpunimi në linjë mund të jetë më i favorshëm. Një proces i vazhdueshëm përzierjeje në linjë kërkon një konfigurim të sofistikuar – të përbërë nga një pompë, zorrë ose tuba dhe rezervuarë –, por është shumë efikas, i shpejtë dhe kërkon dukshëm më pak punë. Hielscher Ultrasonics ka konfigurimin më të përshtatshëm të ekstraktimit për vëllimin tuaj të ekstraktimit dhe objektivat e procesit.

Ekstraktorë ultrasonikë për çdo kapacitet prodhimi

Gama e produkteve të Hielscher Ultrasonics mbulon të gjithë spektrin e procesorëve ultrasonikë, nga ultrasonikatorët kompaktë laboratorikë, përmes sistemeve të tavolinës dhe sistemeve pilot, deri te procesorët ultrasonikë plotësisht industrialë me kapacitet për të përpunuar ngarkesa kamionësh në orë. Gama e plotë e produkteve na lejon t’ju ofrojmë ekstraktorin ultrasonik më të përshtatshëm për lëndën tuaj të parë që përmban pektinë, kapacitetin e procesit dhe objektivat e prodhimit.
Sistemet ultrasonike të tavolinës janë ideale për testet e fizibilitetit dhe optimizimin e procesit. Zmadhimi linear i shkallës, i bazuar në parametra të përcaktuar të procesit, e bën shumë të lehtë rritjen e kapaciteteve të përpunimit nga lote më të vogla deri te prodhimi plotësisht komercial. Rritja e shkallës mund të bëhet duke instaluar një njësi ekstraktori ultrasonik më të fuqishme ose duke grupuar disa ultrasonikatorë në paralel. Me UIP16000, Hielscher ofron ekstraktorin ultrasonik më të fuqishëm në botë.

Amplituda të kontrollueshme me saktësi për rezultate optimale

Të gjithë ultrasonikatorët Hielscher mund të kontrollohen me saktësi dhe, për këtë arsye, janë pajisje të besueshme për punë intensive në prodhim. Amplituda është një nga parametrat kyç të procesit që ndikojnë në efikasitetin dhe efektivitetin e ekstraktimit ultrasonik të pektinës nga frutat dhe mbetjet biologjike.
Të gjithë sonikatorët Hielscher mundësojnë rregullimin e saktë të amplitudës. Sonotrodat dhe brirët përforcues janë aksesorë që lejojnë ndryshimin e amplitudës në një interval edhe më të gjerë. Procesorët ultrasonikë industrialë Hielscher mund të gjenerojnë amplituda shumë të larta dhe të sigurojnë intensitetin e nevojshëm ultrasonik për aplikime kërkuese. Funksionimi i vazhdueshëm 24/7 me amplituda deri në 200µm mund të realizohet lehtësisht.
Rregullimi i saktë i amplitudës dhe monitorimi i përhershëm i parametrave të procesit ultrasonik përmes softuerit inteligjent ju japin mundësinë ta trajtoni lëndën tuaj të parë në kushtet ultrasonike më efektive. Sonikim optimal për rezultatet më të mira të ekstraktimit!
Qëndrueshmëria e pajisjeve ultrasonike të Hielscher mundëson funksionimin 24/7 në punë të rëndë dhe në mjedise kërkuese. Kjo i bën pajisjet ultrasonike të Hielscher një mjet pune të besueshëm që përmbush kërkesat tuaja të ekstraktimit.

Testim i lehtë, pa rrezik

Shkalla e proceseve ultrasonike mund të zmadhohet në mënyrë plotësisht lineare. Kjo do të thotë se çdo rezultat që keni arritur duke përdorur një ultrasonikator laboratorik ose tavoline mund të transferohet në një shkallë më të madhe me saktësisht të njëjtin rezultat, duke përdorur saktësisht të njëjtët parametra të procesit. Kjo e bën trajtimin me ultratinguj ideal për testimin e fizibilitetit pa rrezik, optimizimin e procesit dhe zbatimin e mëvonshëm në prodhimin komercial. Na kontaktoni për të mësuar se si sonikimi mund të rrisë prodhimin tuaj të ekstraktit të pektinës.

Cilësia më e lartë – Projektuar dhe prodhuar në Gjermani

Si një ndërmarrje në pronësi dhe nën drejtimin e familjes, Hielscher u jep përparësi standardeve më të larta të cilësisë për procesorët e vet ultrasonikë. Të gjitha pajisjet ultrasonike projektohen, prodhohen dhe testohen imtësisht në selinë tonë në Teltow pranë Berlinit, Gjermani. Qëndrueshmëria dhe besueshmëria e pajisjeve ultrasonike të Hielscher i bëjnë ato mjete të palodhura në prodhimin tuaj. Funksionimi 24/7 me ngarkesë të plotë dhe në mjedise me kërkesa të larta është një karakteristikë e natyrshme e përzierësve Hielscher me performancë të lartë.