Nxjerrja me ultratinguj e pektinës nga frutat dhe mbetjet biologjike

• Pektinat janë një aditiv ushqimor i përdorur shumë shpesh, i shtuar kryesisht për efektet e tij xheli.
• Nxjerrja me ultratinguj rrit ndjeshëm rendimentin dhe cilësinë e ekstrakteve të pektinës.
• Sonication është i njohur për efektet e tij të intensifikimit të procesit, të cilat përdoren tashmë në proceset industriale të shumëfishta.

Pektina dhe nxjerrja e pektinës

Pektina është një polisakarid kompleks natyror (heteropolisakarid) që gjendet në veçanti në muret qelizore të frutave, veçanërisht në frutat agrume dhe në bërsinë e mollës. Përmbajtje të larta të pektinit gjenden në lëvozhgat e frutave si të mollës ashtu edhe të frutave agrume. Bërsia e mollës përmban 10-15% pektinë në bazë të lëndës së thatë, ndërsa lëkura e agrumeve përmban 20-30%. Pektinat janë polisakaride biokompatibile, biodegraduese dhe të rinovueshme me funksionalitet të shkëlqyer xhelatinoz dhe trashjeje, duke i bërë ato aditivë shumë të vlerësuar. Ato përdoren gjerësisht në produktet ushqimore, kozmetike dhe farmaceutike si modifikues të reologjisë, duke funksionuar si agjentë xhelatinoz, lustrues, stabilizues dhe trashës dhe, në disa formulime, si emulsifikues. Ekstraktimi tejzanor është një metodë efikase për të izoluar pektina me cilësi të lartë nga lëvozhgat dhe bërsia e frutave, duke rritur rendimentin duke zvogëluar kohën e përpunimit dhe koston e përgjithshme.

Nxjerrja konvencionale e pektinit për aplikime industriale kryhet duke përdorur procese të katalizuara nga acidi (duke përdorur acid nitrik, klorhidrik ose sulfurik). Nxjerrja e katalizuar nga acidi është procesi më i shpeshtë në prodhimin industrial të pektinit, pasi teknikat e tjera të nxjerrjes, të tilla si zierja direkte (60ºC-100ºC) deri në 24 orë dhe pH i ulët (1.0-3.0), janë të ngadalta dhe me rendiment të ulët dhe mund të shkaktojnë degradim termik të fibrave të nxjerra dhe rendimenti i pektinit ndonjëherë kufizohet nga kushtet e procesit. Megjithatë, nxjerrja e katalizuar nga acidi ka edhe disavantazhet e veta: Trajtimi i ashpër acidik shkakton depolimerizim dhe deesterifikim të zinxhirëve të pektinit, gjë që ndikon negativisht në cilësinë e pektinit. Prodhimi i vëllimeve të mëdha të rrjedhjeve acidike kërkon përpunim pasues dhe trajtim të shtrenjtë riciklimi, gjë që e bën procesin një barrë mjedisore.

Ekstraktimi i pektinës me ultratinguj

Nxjerrja me ultratinguj është një trajtim i butë, jo termik, i cili aplikohet në procese të shumëfishta ushqimore. Për sa i përket nxjerrjes së pektinave nga frutat dhe perimet, sonikacioni prodhon pektinë me cilësi të lartë. Pektinat e nxjerra me ultratinguj shquhen për përmbajtjen e acidit anhidrouronik, metoksilit dhe kalciumit, si dhe shkallës së esterifikimit. Kushtet e buta të nxjerrjes tejzanor parandalojnë një degradim termik të pektinave të ndjeshme ndaj nxehtësisë.
Cilësia dhe pastërtia e pektinës mund të ndryshojnë në varësi të acidit anhidrogalakturonik, shkallës së esterifikimit, përmbajtjes së hirit të pektinës së nxjerrë. Pektina me peshë të lartë molekulare dhe përmbajtje të ulët të hirit (nën 10%) me acid të lartë anhidrogalakturonik (mbi 65%) njihet si pektina me cilësi të mirë. Meqenëse intensiteti i trajtimit me ultratinguj mund të kontrollohet me shumë saktësi, vetitë e ekstraktit të pektinës mund të ndikohen nga rregullimi i amplitudës, temperaturës së nxjerrjes, presionit, kohës së mbajtjes dhe tretësit.

 

 
Gjeni protokollin për nxjerrjen tejzanor të pektinës nga lëvozhga e grejpfrutit të demonstruar në videon e mësipërme këtu!
 

Nxjerrja me ultratinguj mund të kryhet duke përdorur të ndryshme tretës të tilla si uji, acidi citrik, tretësira e acidit nitrik (HNO₃, pH 2.0), ose oksalat amonium/acid oksalik, i cili bën të mundur gjithashtu integrimin e sonikimit në linjat ekzistuese të nxjerrjes (retro-montim).

Mbetjet e frutave si burim: Ekografia me performancë të lartë tashmë është aplikuar me sukses për të izoluar pektinat nga pomaci i mollës, lëvozhga e agrumeve (si portokalli, limoni, grejpfruti), pulpa e rrushit, shega, tuli i panxharit të sheqerit, lëvozhga e frutave të dragoit, kladoda e dardhës me gjemba, lëvozhga e frutave të pasionit, dhe lëvozhgat e mangos.

Precipitimi i 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.

Kimia pas precipitimit të pektinës duke përdorur etanol mund të shpjegohet me tre reagime:

• 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.

Precipitimi i pektinës duke përdorur etanol është një metodë e thjeshtë dhe efektive për të izoluar pektinën nga solucioni i ekstraktit, i cili është një hap procesi që mund të kryhet lehtësisht pas nxjerrjes së pektinës me ultratinguj. Shtimi i etanolit në tretësirën e ekstraktit ndryshon mjedisin e tretësit në një mënyrë që redukton tretshmërinë e pektinës, duke çuar në precipitimin e saj dhe ndarjen e mëvonshme nga tretësira. Kjo teknikë përdoret zakonisht në nxjerrjen dhe pastrimin e pektinës nga materialet bimore për aplikime të ndryshme industriale dhe ushqimore.
 
 
Të interesuar për vlerësimin e bërthamës, lëvores dhe tulit? – Lexoni më shumë rreth nxjerrjes së polifenoleve nga mbeturinat e frutave!

Sonikatorë industrialë për nxjerrjen e pektinës

Hielscher Ultrasonics është partneri juaj për proceset e nxjerrjes nga materiali bimor si pulpa, lëkura dhe farat. Nëse dëshironi të nxirrni sasi të vogla për kërkime dhe analiza ose të përpunoni vëllime të mëdha për prodhim komercial, ne kemi nxjerrësin ultrasonik të përshtatshëm për ju. Homogjenizuesit tanë laboratorikë tejzanorë, si dhe sonifikuesit tanë të tavolinës dhe industrialë, janë të fuqishëm, të lehtë për t’u përdorur dhe të ndërtuar për funksionim 24/7 nën ngarkesë të plotë. Një gamë e gjerë aksesorësh si sonotrode (sonda/brirë tejzanorë) me madhësi dhe forma të ndryshme, qeliza rrjedhëse dhe reaktorë dhe përforcues lejojnë konfigurimin optimal për procesin tuaj specifik të nxjerrjes.
Të gjitha makinat dixhitale ultrasonike janë të pajisura me një ekran me prekje me ngjyra, kartë SD të integruar për protokollimin automatik të të dhënave dhe telekomandë të shfletuesit për monitorim gjithëpërfshirës të procesit. Me sistemet e sofistikuara tejzanor të Hielscher, një standardizim i lartë i procesit dhe kontrolli i cilësisë është bërë i thjeshtë.
Na kontaktoni sot për të diskutuar kërkesat e procesit tuaj të nxjerrjes së pektinës! Ne do të jemi të lumtur t'ju ndihmojmë me përvojën tonë afatgjatë në nxjerrjen me ultratinguj dhe t'ju ndihmojmë të arrini efikasitetin më të lartë të procesit dhe cilësinë optimale të pektinës!

Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:

Rezultatet e hulumtimit të nxjerrjes tejzanor të pektinës

Mbetjet e domates: Për të shmangur kohët e gjata të nxjerrjes (12-24 orë) në procedurën me refluks, u përdor ultrasonikimi për intensifikimin e procesit të nxjerrjes në terma kohorë (15, 30, 45, 60 dhe 90 min). Në varësi të kohës së nxjerrjes, rendimenti i pektinës së përftuar për hapin 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 aplikua një hap i dytë i nxjerrjes me ultratinguj, rendimenti i pektinave nga mbetjet e domates u rrit në 34-36%, në varësi të temperaturave dhe kohërave). Natyrisht, nxjerrja me ultratinguj rrit këputjen e matricës së murit qelizor të domates, duke çuar në ndërveprime më të mira midis tretësit dhe materialit të nxjerrë.
Pektinat e ekstraktuara me ultratinguj mund të kategorizohen si pektina metoksil të lartë (HM-pektinë) me veti të xhelitjes së 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 midis 41.4% në 97.5%, në varësi të parametrave të nxjerrjes (temperatura dhe koha). Në temperaturë më të lartë të ekstraktimit me ultratinguj, përmbajtja e pektatit të kalciumit është më e lartë (91-97%) dhe si e tillë paraqet një parametër të rëndësishëm të aftësisë xhelatizuese të pektinës në krahasim me ekstraktimin konvencional.
Nxjerrja konvencionale me tretës për një kohëzgjatje prej 24 orësh jep rendimente të ngjashme të pektinës në krahasim me 15 minuta trajtim me ekstraktim me ultratinguj. Në lidhje me rezultatet e marra mund të konkludohet se trajtimi me ultratinguj ul ndjeshëm kohën e nxjerrjes. Spektroskopia NMR dhe FTIR konfirmojnë ekzistencën e pektinës kryesisht të esterifikuar në të gjitha mostrat e hulumtuara. [Grassino et al. 2016]

Lëvorja e frutave të pasionit: Rendimenti i nxjerrjes, acidi galakturonik dhe shkalla e esterifikimit u konsideruan si tregues të efikasitetit të nxjerrjes. rendimenti më i lartë i pektinës i marrë nga ekstraktimi me ndihmën e ultrazërit ishte 12.67% (kushtet e nxjerrjes 85ºC, 664 W/cm2, pH 2.0 dhe 10 min). Për të njëjtat kushte, u krye një nxjerrje me ngrohje konvencionale dhe rezultati ishte 7,95%. Këto rezultate janë në përputhje me studimet e tjera, të cilat raportojnë kohën e shkurtër për nxjerrjen efektive të polisaharideve, duke përfshirë pektinën, hemicelulozat dhe polisaharidet e tjera të tretshme në ujë, të ndihmuar me ultratinguj. U vu re gjithashtu se rendimenti i ekstraktimit u rrit 1.6 herë kur nxjerrja u ndihmua me ultratinguj. Rezultatet e marra treguan se ultrazëri ishte një teknikë efikase dhe e kursyer në kohë për nxjerrjen e pektinës nga lëvozhga e frutave të pasionit. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Cladodes me gjemba: Ekstraktimi me ndihmën tejzanor (UAE) i pektinës nga cladodes Opuntia ficus indica (OFI) pas heqjes së mucilagut u tentua duke përdorur metodologjinë e sipërfaqes së përgjigjes. Variablat e procesit janë optimizuar nga dizajni i përbërë qendror izovarian në mënyrë që të përmirësohet rendimenti i nxjerrjes së pektinës. Gjendja optimale e marrë ishte: koha e sonikimit 70 min, temperatura 70, pH 1,5 dhe raporti ujë-material 30 ml/g. Kjo gjendje u vërtetua dhe performanca e nxjerrjes eksperimentale ishte 18,14% ± 1,41%, e cila ishte e lidhur ngushtë me vlerën e parashikuar (19,06%). Kështu, nxjerrja me ultratinguj paraqet një alternativë premtuese ndaj procesit të nxjerrjes konvencionale falë efikasitetit të lartë që u arrit në më pak kohë dhe në temperatura më të ulëta. Pektina e nxjerrë nga ekstraktimi me ultratinguj nga OFI cladodes (UAEPC) ka një shkallë të ulët esterifikimi, përmbajtje të lartë të acidit uronik, veti të rëndësishme funksionale dhe aktivitet të mirë anti-radikal. Këto rezultate janë në favor të përdorimit të UAEPC si aditiv potencial në industrinë ushqimore. [Bayar et al. 2017]

Pulla e rrushit: Në punimin kërkimor “Nxjerrja me ndihmën e ultrazërit e pektinave nga bërsia e rrushit duke përdorur acid citrik: Një qasje metodologjike e sipërfaqes së reagimit”, sonikimi përdoret për të nxjerrë pektina nga bërsia e rrushit me acid citrik si agjent nxjerrës. Sipas Metodologjisë së Sipërfaqes së Përgjigjes, rendimenti më i lartë i pektinës (∼32.3%) mund të arrihet kur procesi i nxjerrjes tejzanor kryhet në 75ºC për 60 minuta duke përdorur një tretësirë acidi citrik me pH 2.0. Këto polisakaride pektike, të përbëra kryesisht nga njësitë e acidit galakturonik (∼97% e sheqernave totale), kanë një peshë mesatare molekulare prej 163.9kDa dhe një shkallë esterifikimi (DE) prej 55.2%.
Morfologjia sipërfaqësore e pomacit të rrushit të sonikuar tregon se sonikimi luan një rol të rëndësishëm në ndarjen e indit vegjetal dhe rritjen e rendimenteve të nxjerrjes. Rendimenti i marrë pas nxjerrjes tejzanor të pektinave duke përdorur kushtet optimale (75°C, 60 min, pH 2.0) ishte 20% më i lartë se rendimenti i marrë kur u krye ekstraktimi duke aplikuar të njëjtat kushte të temperaturës, kohës dhe pH, por pa ndihmë tejzanor. Përveç kësaj, pektinat nga nxjerrja me ultratinguj gjithashtu shfaqën një peshë molekulare mesatare më të lartë. [Minjares-Fuentes et al. 2014]