Ekstraktimi me ultratinguj i pektinës nga frutat dhe mbetjet biologjike

• Pektinat janë një aditiv ushqimor që përdoret shumë shpesh, kryesisht për efektet e tyre xhelifikuese.
• Ekstraktimi me ultratinguj rrit ndjeshëm rendimentin dhe cilësinë e ekstrakteve të pektinës.
• Sonikimi njihet për efektet e tij në intensifikimin e proceseve, të cilat tashmë shfrytëzohen në procese të shumta industriale.

Pektinat dhe ekstraktimi i pektinës

Pektina është një polisakarid kompleks natyror (heteropolisakarid) që gjendet veçanërisht në muret qelizore të frutave, sidomos në agrume dhe në bërsitë e mollës. Përmbajtje të larta pektine gjenden në lëkurat e mollëve dhe të agrumeve. Bërsitë e mollës përmbajnë 10–15% pektinë në bazë të lëndës së thatë, ndërsa lëkurat e agrumeve përmbajnë 20–30%. Pektinat janë polisakaride biokompatibile, të biodegradueshme dhe të rinovueshme, me veti të shkëlqyera xhelifikuese dhe trashëse, çka i bën aditivë shumë të vlerësuar. Ato përdoren gjerësisht në produkte ushqimore, kozmetike dhe farmaceutike si modifikues të reologjisë, duke shërbyer si agjentë xhelifikues, lustërues, stabilizues dhe trashës dhe, në disa formulime, si emulsifikues. Ekstraktimi me ultratinguj është një metodë efikase për të izoluar pektina me cilësi të lartë nga lëkurat dhe bërsitë e frutave, duke rritur rendimentin dhe duke zvogëluar njëkohësisht kohën e përpunimit dhe koston e përgjithshme.

Ekstraktimi konvencional i pektinës për zbatime industriale kryhet me anë të proceseve të katalizuara nga acidi (duke përdorur acid nitrik, klorhidrik ose sulfurik). Ekstraktimi i katalizuar nga acidi është procesi më i përdorur në prodhimin industrial të pektinës, pasi teknikat e tjera të ekstraktimit, si zierja e drejtpërdrejtë (60ºC–100ºC) për deri në 24hrs dhe pH i ulët (1,0–3,0), janë të ngadalta, kanë rendiment të ulët dhe mund të shkaktojnë degradim termik të fibrës së ekstraktuar, ndërsa rendimenti i pektinës ndonjëherë kufizohet nga kushtet e procesit. Megjithatë, edhe ekstraktimi i katalizuar nga acidi ka mangësitë e tij: trajtimi i ashpër acid shkakton depolimerizim dhe deesterifikim të zinxhirëve të pektinës, gjë që ndikon negativisht në cilësinë e saj. Prodhimi i vëllimeve të mëdha të efluentit acid kërkon përpunim të mëtejshëm dhe trajtim të kushtueshëm për riciklim, çka e bën procesin një barrë për mjedisin.

Ekstraktimi i pektinës me ultratinguj

Ekstraktimi me ultratinguj është një trajtim i butë, jotermik, që zbatohet në procese të shumta ushqimore. Për sa i përket ekstraktimit të pektinave nga frutat dhe perimet, sonikimi prodhon pektinë me cilësi të lartë. Pektinat e ekstraktuara me ultratinguj shquhen për përmbajtjen e tyre të acidit anhidrouronik, të grupeve metoksile dhe të pektatit të kalciumit, si dhe për shkallën e esterifikimit. Kushtet e buta të ekstraktimit me ultratinguj parandalojnë degradimin termik të pektinave të ndjeshme ndaj nxehtësisë.
Cilësia dhe pastërtia e pektinës mund të ndryshojnë në varësi të acidit anhidrogalakturonik, shkallës së esterifikimit dhe përmbajtjes së hirit në pektinën e ekstraktuar. Pektina me masë molekulare të lartë, përmbajtje të ulët hiri (nën 10%) dhe përmbajtje të lartë acidi anhidrogalakturonik (mbi 65%) njihet si pektinë me cilësi të mirë. Meqë intensiteti i trajtimit me ultratinguj mund të kontrollohet me shumë saktësi, vetitë e ekstraktit të pektinës mund të ndikohen duke rregulluar amplitudën, temperaturën e ekstraktimit, presionin, kohën e qëndrimit dhe tretësin.

 

Në këtë video, ju paraqesim ekstraktimin shumë efikas me ultratinguj të pektinës nga lëvorja e grejpfrutit, duke përdorur sonikatorin me sondë UP200Ht. Sonikimi është një metodë shumë efikase për të përftuar rendimente të larta të pektinës me cilësi të lartë nga nënproduktet e frutave dhe perimeve. Ekstraktimi me ultratinguj jep sasi më të mëdha pektine me cilësi superiore dhe me kohë më të shkurtër përpunimi.

 
Protokollin për ekstraktimin me ultratinguj të pektinës nga lëkura e grejpfrutit, të demonstruar në videon e mësipërme, e gjeni këtu!
 

Ekstraktimi me ultratinguj mund të kryhet duke përdorur tretës të ndryshëm, si uji, acidi citrik, tretësira e acidit nitrik (HNO₃, pH 2,0), ose oksalati i amonit/acidi oksalik, gjë që mundëson edhe integrimin e sonikimit në linjat ekzistuese të ekstraktimit (përshtatje e pajisjeve ekzistuese).

Mbetjet e frutave si burim: Ultratingulli me performancë të lartë është përdorur tashmë me sukses për të izoluar pektina nga bërsitë e mollës, lëvoret e agrumeve (si portokalli, limoni, grejpfruti), bërsitë e rrushit, shega, tuli i panxharit të sheqerit, lëvorja e pitajës, kladodet e fikut të detit, lëvorja e frutit të pasionit dhe lëvoret e mangos.

Precipitimi i pektinës pas ekstraktimit me ultratinguj

Shtimi i etanolit në një tretësirë ekstrakti mund të ndihmojë në ndarjen e pektinës përmes një procesi të quajtur precipitim. Pektina, një polisakarid kompleks që gjendet në muret qelizore të bimëve, është e tretshme në ujë në kushte normale. Megjithatë, duke ndryshuar mjedisin e tretësit përmes shtimit të etanolit, tretshmëria e pektinës mund të ulet, duke çuar në precipitimin e saj nga tretësira.

Kimia e precipitimit të pektinës duke përdorur etanol mund të shpjegohet përmes tri reaksioneve:

• Prishja e lidhjeve hidrogjenore: Molekulat e pektinës mbahen së bashku nga lidhjet hidrogjenore, të cilat kontribuojnë në tretshmërinë e tyre në ujë. Etanoli i prish këto lidhje hidrogjenore duke konkurruar me molekulat e ujit për vendet e lidhjes në molekulat e pektinës. Ndërsa molekulat e etanolit zëvendësojnë molekulat e ujit përreth molekulave të pektinës, lidhjet hidrogjenore midis molekulave të pektinës dobësohen, duke ulur tretshmërinë e tyre në tretës.
• Ulja e polaritetit të tretësit: Etanoli është më pak polar se uji, që do të thotë se ka aftësi më të ulët për të tretur substanca polare si pektina. Ndërsa etanoli shtohet në tretësirën e ekstraktit, polariteti i përgjithshëm i tretësit ulet, duke i bërë kushtet më pak të favorshme që molekulat e pektinës të mbeten në tretësirë. Kjo çon në precipitimin e pektinës nga tretësira, pasi ajo bëhet më pak e tretshme në përzierjen etanol–ujë.
• Rritja e përqendrimit të pektinës: Ndërsa molekulat e pektinës precipitojnë nga tretësira, përqendrimi i pektinës në tretësirën e mbetur rritet. Kjo mundëson ndarjen më të lehtë të pektinës nga faza e lëngshme përmes filtrimit ose centrifugimit.

Precipitimi i pektinës duke përdorur etanol është një metodë e thjeshtë dhe efektive për të izoluar pektinat nga tretësira e ekstraktit, një hap i procesit që mund të kryhet lehtësisht pas ekstraktimit të pektinës me ultratinguj. Shtimi i etanolit në tretësirën e ekstraktit ndryshon mjedisin e tretësit në një mënyrë që ul tretshmërinë e pektinës, duke çuar në precipitimin e saj dhe ndarjen e mëpasshme nga tretësira. Kjo teknikë përdoret zakonisht në ekstraktimin dhe pastrimin e pektinës nga materialet bimore për zbatime të ndryshme industriale dhe ushqimore.
 
 
Ju intereson valorizimi i bërsive, lëvoreve dhe tulit? – Lexoni më shumë rreth ekstraktimit të polifenoleve nga mbetjet e frutave!

Sonikatorë industrialë për ekstraktimin e pektinës

Hielscher Ultrasonics është partneri juaj për proceset e ekstraktimit nga materiale bimore si bërsitë, lëvoret dhe farat. Pavarësisht nëse dëshironi të ekstraktoni sasi të vogla për kërkime dhe analiza apo të përpunoni vëllime të mëdha për prodhim tregtar, ne kemi ekstraktorin e përshtatshëm me ultratinguj për ju. Homogjenizuesit tanë laboratorikë me ultratinguj, si dhe sonikatorët tanë për tavolinë pune dhe ata industrialë, janë të qëndrueshëm, të lehtë për t’u përdorur dhe të ndërtuar për funksionim 24/7 nën ngarkesë të plotë. Një gamë e gjerë aksesorësh, si sonotrodat (sonda / brirë ultrasonikë) me madhësi dhe forma të ndryshme, qelizat e rrjedhjes, reaktorët dhe përforcuesit e amplitudës, mundësojnë konfigurimin optimal për procesin tuaj specifik të ekstraktimit.
Të gjitha pajisjet digjitale me ultratinguj janë të pajisura me ekran me prekje me ngjyra, kartë SD të integruar për regjistrimin automatik të të dhënave dhe komandim në distancë përmes shfletuesit për monitorim gjithëpërfshirës të procesit. Sistemet e sofistikuara me ultratinguj të Hielscher e bëjnë të thjeshtë arritjen e një niveli të lartë të standardizimit të procesit dhe të kontrollit të cilësisë.
Na kontaktoni sot për të diskutuar kërkesat e procesit tuaj të ekstraktimit të pektinës! Do të jemi të lumtur t’ju mbështesim me përvojën tonë shumëvjeçare në ekstraktimin me ultratinguj dhe t’ju ndihmojmë të arrini efikasitetin më të lartë të procesit dhe cilësinë optimale të pektinës!

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

Rezultatet e kërkimeve mbi ekstraktimin e pektinës me ultratinguj

Mbetjet e domates: Për të shmangur kohët e gjata të ekstraktimit (12–24 h) gjatë procedurës me refluks, u përdor trajtimi me ultratinguj për të intensifikuar procesin e ekstraktimit në aspektin kohor (15, 30, 45, 60 dhe 90 min). Në varësi të kohëve të ekstraktimit, rendimentet e përftuara të pektinës në fazën e parë të ekstraktimit me ultratinguj, në temperaturat 60°C dhe 80°C, janë përkatësisht 15,2–17,2% dhe 16,3–18,5%. Kur u zbatua një fazë e dytë e ekstraktimit me ultratinguj, rendimenti i pektinave nga mbetjet e domates u rrit në 34–36%, në varësi të temperaturave dhe kohëve). Qartazi, ekstraktimi me ultratinguj rrit çarjen e matricës së murit qelizor të domates, duke sjellë ndërveprime më të mira midis tretësit dhe materialit të ekstraktuar.
Pektinat e ekstraktuara me ultratinguj mund të kategorizohen si pektina me përmbajtje të lartë metoksili (HM-pektinë), me veti xhelifikuese me mpiksje të shpejtë (DE > 70%) dhe një shkallë esterifikimi prej 73,3–85,4%. n. Përmbajtja e pektatit të kalciumit në pektinën e ekstraktuar me ultratinguj u mat nga 41,4% deri në 97,5%, në varësi të parametrave të ekstraktimit (temperaturës dhe kohës). Në temperaturë më të lartë të ekstraktimit me ultratinguj, përmbajtjet e pektatit të kalciumit janë më të larta (91–97%) dhe, si të tilla, përbëjnë një parametër të rëndësishëm të aftësisë xhelifikuese të pektinës krahasuar me ekstraktimin konvencional.
Ekstraktimi konvencional me tretës për një kohëzgjatje prej 24hr jep rendimente të ngjashme të pektinës krahasuar me 15 min trajtim me ekstraktim me ultratinguj. Duke marrë parasysh rezultatet e përftuara, mund të arrihet në përfundimin se trajtimi me ultratinguj e zvogëlon ndjeshëm kohën e ekstraktimit. Spektroskopia NMR dhe FTIR konfirmon praninë e pektinës kryesisht të esterifikuar në të gjitha mostrat e studiuara. [Grassino et al. 2016]

Lëvorja e frutit të pasionit: Rendimenti i ekstraktimit, acidi galakturonik dhe shkalla e esterifikimit u konsideruan si tregues të efikasitetit të ekstraktimit. Rendimenti më i lartë i pektinës i përftuar me ekstraktim të asistuar nga ultratingujt ishte 12,67% (kushtet e ekstraktimit 85ºC, 664 W/cm2, pH 2,0 dhe 10 min). Në të njëjtat kushte u krye një ekstraktim konvencional me ngrohje dhe rezultati ishte 7,95%. Këto rezultate përputhen me studime të tjera, të cilat raportojnë kohën e shkurtër për ekstraktimin efektiv të polisakarideve, përfshirë pektinën, hemicelulozat dhe polisakaride të tjera të tretshme në ujë, me ndihmën e ultratingujve. U vërejt gjithashtu se rendimenti i ekstraktimit u rrit 1,6 herë kur ekstraktimi u asistua nga ultratingujt. Rezultatet e përftuara treguan se ultratingujt ishin një teknikë efikase dhe që kursente kohë për ekstraktimin e pektinës nga lëvorja e frutit të pasionit. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Kladodet e fikut të detit: U provua ekstraktimi i pektinës i asistuar nga ultratingujt (UAE) nga kladodet e Opuntia ficus indica (OFI) pas largimit të mucilazhit, duke përdorur metodologjinë e sipërfaqes së përgjigjes. Variablat e procesit u optimizuan përmes planit eksperimental qendror të përbërë izovariant për të përmirësuar rendimentin e ekstraktimit të pektinës. Kushti optimal i përftuar ishte: koha e sonikimit 70 min, temperatura 70, pH 1,5 dhe raporti ujë–material 30 ml/g. Ky kusht u validua dhe rendimenti i ekstraktimit eksperimental ishte 18,14% ± 1,41%, i cili ishte shumë pranë vlerës së parashikuar (19,06%). Kështu, ekstraktimi me ultratinguj paraqet një alternativë premtuese ndaj procesit konvencional të ekstraktimit falë efikasitetit të tij të lartë, i cili u arrit në më pak kohë dhe në temperatura më të ulëta. Pektina e ekstraktuar me ultratinguj nga kladodet e OFI (UAEPC) ka shkallë të ulët esterifikimi, përmbajtje të lartë të acidit uronik, veti të rëndësishme funksionale dhe aktivitet të mirë antiradikal. Këto rezultate mbështesin përdorimin e UAEPC si një aditiv të mundshëm në industrinë ushqimore. [Bayar et al. 2017]

Bërsitë e rrushit: Në punimin kërkimor “Ekstraktimi i pektinave nga bërsitë e rrushit me ndihmën e ultratingujve duke përdorur acid citrik: Një qasje me metodologjinë e sipërfaqes së përgjigjes”, sonikimi përdoret për të ekstraktuar pektina nga bërsitë e rrushit me acid citrik si agjent ekstraktues. Sipas metodologjisë së sipërfaqes së përgjigjes, rendimenti më i lartë i pektinës (∼32,3%) mund të arrihet kur procesi i ekstraktimit me ultratinguj kryhet në 75ºC për 60 min duke përdorur një tretësirë acidi citrik me pH 2,0. Këto polisakaride pektike, të përbëra kryesisht nga njësi të acidit galakturonik (∼97% e sheqernave totale), kanë një masë molekulare mesatare prej 163,9kDa dhe një shkallë esterifikimi (DE) prej 55,2%.
Morfologjia sipërfaqësore e bërsive të rrushit të sonikuara tregon se sonikimi luan një rol të rëndësishëm në shpërbërjen e indit bimor dhe në rritjen e rendimenteve të ekstraktimit. Rendimenti i përftuar pas ekstraktimit të pektinave me ultratinguj në kushtet optimale (75°C, 60 min, pH 2,0) ishte 20% më i lartë se rendimenti i përftuar kur ekstraktimi u krye duke zbatuar të njëjtat kushte të temperaturës, kohës dhe pH-së, por pa ndihmën e ultratingujve. Përveç kësaj, pektinat nga ekstraktimi me ultratinguj shfaqën gjithashtu një masë molekulare mesatare më të lartë. [Minjares-Fuentes et al. 2014]