Ultrazvučno vađenje rezultira visokim prinosima vrhunskog kvaliteta pektina. Koristeći sonikaciju, vredni pektini se mogu efikasno proizvoditi od voćnog otpada (npr. nus-proizvoda iz prerade sokova) i drugih bioloških sirovina. Ultrazvučno vađenje pektina izvrsno izvodi druge tehnike ekstrakcije proizvodeći veće prinose, dajući vrhunski pektin kvalitet i proceduru brzog izvlačenja.

Intenzivirano vađenje Pektina sonikacijom

Pectin se koristi kao geliranje, emulziranje i zadebljanje agensa u brojnim prehrambenim proizvodima, kao i sastojak kozmetike i farmaceuta. Konvencionalno industrijsko vađenje pektina se obavlja vađenjem tople vode, gde se sirovina kao što su citrusne kore, pomasa od jabuka i drugog voćnog otpada natopi u 60–100°C tople vode pri niskom pH (oko 1,5 – 3,5) duži vremenski period. Ovo konvencionalno vađenje tople vode pretvara u proces oduzimanja vremena i energije, koji često nije ni dovoljno efikasan da oslobodi kompletnu količinu pektina dostupnih u sirovinama.
U cilju prevazilaženja neefikasnosti konvencionalnog načina proizvodnje, ultrazvučno vađenje se primenjuje kao proces intenziviranja tehnike koja smanjuje vreme izvlačenja i maksimalno povećava prinos pektina u poređenju sa tradicionalnim vađenjem tople vode.

Prednost ultrazvučnog vađenja Pećina

Ultrazvučno vađenje se primenjuje na mnogim poljima proizvodnje ekstrakta, npr. botaničkih i biljnih ekstrakata za namirnice, suplemente, farmaciju i kozmetiku. Veoma istaknut primer ultrazvučnog vađenja je vađenje kanabidiola (CBD) i drugih jedinjenja iz biljke kanabisa.
Ultrazvučno vađenje je tehnika ne-toplotnog vađenja, koja na taj način sprečava bioaktivna jedinjenja protiv toplotne degradacije. Svi parametri ultrazvučnog procesa, kao što su amplitude, intenzitet, vreme, temperatura i pritisak, mogu se tačno kontrolisati. To omogućava precizan proces i kontrolu kvaliteta i olakšava ponavljanje i razmnožavanje kada se dobiju rezultati ekstrakcije. Izdvajanje proizvođača vrednuje ultrazvuk za pouzdanu ponovljivost procesa, što pomaže u standardizaciji procesa i proizvoda.

Određivanje relevantnih parametara procesa omogućava optimizaciju procesa ultrazvučnog izvlačenja na najvišu efikasnost i superiorni kvalitet ekstrakta.
Na primer, veličina čestica sirovina (npr. citrusni piling) je važan faktor: manja veličina čestica znači veću površinsku površinu na koju ultrazvučni talasi mogu delovati. Mala veličina čestica rezultira većim prinosima pektina, nižim stepenom metilacije i većim odnosom rhamnogalacturonan regiona.
PH vrednost rastvarače ekstraktije (ili vode + kiseline) je još jedan esencijalni parametar. Kada se pektin izvuče pod kiselim uslovima, mnoge rhamnogalacturonan razgranate regije polimera se raspadaju, tako da uglavnom homogalakturne "ravne" regije sa nekoliko neutralnih molekula šećera prikačenih na ili u glavnom linearnom lancu ostaju.
Ultrazvučno vađenje pektina smanjuje vreme ekstrakcije i snižava potrebnu procesnu temperaturu, što smanjuje šansu za neželjenu modifikaciju pektina kiselinama. Ovo omogućava upotrebu kiselina pod ograničenim uslovima kako bi se pektini modifikovali upravo u zahteve proizvoda.

Šta ultrazvučno vađenje Pećina čini tako efikasnim?

Uticaj ultrazvučnog vađenja direktno utiče na oticanje, perforaciju i razbijanje zidova ćelija. Ultrasonično izazvan masovni prenos izaziva hidrataciju pektino materijala u srednjoj lameli što dovodi do razbijanja vegetalnih tkiva. Ultrazvučna kavitacija i štićene snage direktno udaraju u zidove ćelija i razbijaju ih. Ovi mehanizmi rezultiraju veoma efikasnim rezultatima ultrazvučnog vađenja.

Ultrasonično izvađeni pektin (takođe akustična kavitacija asistirano izvađeni pektin, abbrev. ACAE) koji je imao manju molekularnu težinu i stepen metoksilacije bio je bogatiji u rhamnogalacturonan-I regionu sa dugim bočnim lancima u poređenju sa konvencionalnom toplotom izvađenom pektinom iz hemijske i FT-IR analize. Potrošnja energije za ulgtrasonsko vađenje pektina bila je znatno manja od konvencionalnog načina grejanja, što ukazuje na njegovu obećavajuću primenu za skalu industrijske proizvodnje.
(cf. Wang et al., 2017)
Vang i njegove kolege (2017) takođe podupiru da je ultrasonično potpomognuto izvlačenje dokazano kao ekonomičniji i ekološki prihvatljiviji proces sa većom efikasnošću i manjim troškovima u poređenju sa konvencionalnim vađenjem grejanja.
 

SEM zaduživanja šećerne bube na 1000x uvećanje: (a) pre vađenja, i nakon vađenja pektina koristeći (b) Xylanasae (250 U/g), (c) Celulaza (300 U/g), (d) Xylanasae+Cellulase (1:1), i (e) Xylanasae+Cellulase (1:1.5), i (f) Xylanasae+Cellulase (1:2).
(study and images: Abou-Elseoud et al., 2021)

Kako funkcioniše ultrazvučno vađenje Pećina?

Ultrazvučno vađenje se zasniva na sonomehaničkim efektima ultrazvuka visokog intenziteta. Da bi se promovisalo i intenziviralo vađenje pektina putem ultrazvučnih talasa visoke snage, ultrazvučni talasi se uvezu preko ultrazvučne sonde (koja se naziva i ultrazvučni rog ili sonotrode) u tečni medijum, odnosno mulj koji se sastoji od sirovine koja sadrži pektin i rastvarača. Ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost i stvaraju naizmenične cikluse niskog pritiska / visokog pritiska. Tokom ciklusa niskog pritiska stvaraju se minuti vakuumskih mehurića (takozvani mehurići kavitacije) koji rastu tokom nekoliko ciklusa pritiska. Tokom tih ciklusa rasta mehurića, rastvoreni gasovi u tečnosti ulaze u vakuumski mehur, tako da se vakuumski mehur transformiše u rastuće gasne mehuriće. U određenoj veličini, kada mehurići ne mogu da apsorbuju više energije, oni nasilno imploduju tokom ciklusa visokog pritiska. Imploziju mehurića karakterišu intenzivne kavitacione sile, uključujući veoma visoku temperaturu i pritisak koji dostiže i do 4000K odnosno 1000atm; kao i odgovarajuće visoke temperaturne i pod pritiskom. Ove ultrazvučno generisane turbulencije i sile cepanja biljaka razbijaju biljne ćelije i oslobađaju intracelularne pektine u rastvarač na bazi vode. Pošto ultrazvučna kavitacija stvara veoma intenzivan masovni prenos, sonicija rezultira izuzetno visokim prinosima u veoma kratkom roku obrade.

Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih ćelija: mikroskopski Poprečni odeljak (TS) prikazuje mehanizam akcije tokom ultrasonalne ekstrakcije iz ćelija (uvećanje 2000x) [Resource: Vilkhu et Al. 2011]

Pektini izdvojeni iz voćnog otpada

Voćni otpad kao što su kore, residusi voćne kaše (nakon prese voćnog soka), i drugi voćni nus-proizvodi često su bogati pektinskim izvorima. Dok se proizvodi od voćnog otpada često koriste kao hrana za životinje, vađenje pektina je vrednija upotreba voćnog otpada.
Ultrazvučno vađenje pektina se već uspešno izvodi sa citrusnim korama (kao što su pomorandže, mandarine, grejpfrut), piling od dinje, pomaka od jabuka, pulpa šećerne cvekle, kore od manga, paradajz otpad, kao i džekfrut, strastveno voće, piling od smokava između ostalog.

Case Studies of Ultrasonic Pectin Extraction

Zbog nedostatka konvencionalnog vađenja pektina toplotom, istraživanja i industrija su već istražili inovativne alternative kao što je ultrazvučno vađenje. Tokom toga je dostupno dosta informacija o parametrima procesa za različite sirovine, kao i podaci o optimizaciji procesa.

Ultrazvučno vađenje Pektina iz Pomace od jabuka

Dranca i Oroian (2019) su istraživali proces ultrasonično potpomognutog vađenja pektina iz pomace od jabuka primenjujući različite ultrazvučne uslove i koristeći Box-Behnken dizajn površine odgovora. Otkrili su da ultrazvučna amplitude snažno utiče na prinos i stepen esterifikacije izdvojenog pektina, dok je vađenje pH imalo veliki uticaj na sva tri odgovora, na prinos, GalA sadržaj i stepen esterifikacije. Optimalni uslovi za izvlačenje bili su 100% amplitude, pH od 1,8, solid-liquid ratio od 1:10 g/mL, i 30 min sonication. U ovim uslovima, prinos pećina je bio 9,183 odsto i imao je sadržaj od 98,127 g/100 g GalA i 83,202 odsto stepena esterifikacije. Da bi se rezultati ultrasonično izdvojenog pektina postavili u odnosu na komercijalni pektin, uzorak pektina dobijen ultrazvučnim vađenjem u optimalnim uslovima upoređivan je sa komercijalnim uzorcima citrusa i pektina od strane FT-IR, DSC, reološke analize i SEM-a. Prve dve tehnike istakle su neke specifičnosti uzorka pektina izdvojenog ultrazvučnim vađenjem kao što su uži opseg distribucije molekularne težine, uređeni molekularni aranžman i visok stepen esterifikacije koji je bio sličan onom u komercijalno dostupnim pektinima od jabuka. Analiza morfoloških karakteristika ultrasonično dobijenog uzorka ukazuje na obrazac određivanja između raspodele veličina ovog uzorka i njegovog GalA sadržaja sa jedne strane, i kapaciteta vode na drugoj strani. Viskoznost ultrazvučno izvađenog pektina bila je mnogo veća od rešenja napravljenih korišćenjem komercijalnog pektina, što možda zbog visoke koncentracije galakturne kiseline. Kada se uzme u obzir i visok stepen esterifikacije, to bi moglo da objasni zašto je viskoznost bila veća za ultrazvučno izvađeni pektin. Istraživači zaključuju da čistoća, struktura i reološko ponašanje pektina izvađeno ultrazvučnim vađenjem iz Malus domestica 'Flticeni' pomace od jabuka ukazuje na obećavajuću primenu ovog rastvorljivog vlakna. (cf. Dranca & Oroian 2019)

Ultrazvučni ekstraktor visokih performansi za Pectin produkciju

Ultrazvučno vađenje je pouzdana tehnologija obrade, koja olakšava i ubrzava proizvodnju visokokvalitetnih pektina raznih sirovina kao što su citrusno voće nusproi proizvodi i kore, pomaza od jabuka i mnoge druge. Portfolio Hielscher Ultrasonics pokriva ceo asortiman od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih do industrijskih sistema za ekstrakciju. Time vam mi u Hielscheru možemo ponuditi najpogodniji ultrazvučni za vaš predviđeni procesni kapacitet. Naše dugogodišnje iskusno osoblje će vam pomoći od testova izvodljivosti i optimizacije procesa do ugradnje vašeg ultrazvučnog sistema na završnom nivou proizvodnje.
Mali otisak stopala naših ultrazvučnih ekstraktora kao i njihova svestranost u opcijama instalacije čine da se uklope čak i u objekte za obradu pektina sa malim prostorom. Ultrazvučni procesori se postavljaju širom sveta u proizvodne pogone za proizvodnju hrane, farmaceuta i nutricionističkih dodataka.

Хиелсцхер Ултрасонична терапија – Sofisticirana oprema za vađenje

Portfolio proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva čitav spektar ultrazvučnih ekstraktora visokih performansi od malih do velikih razmera. Dodatna dodatna oprema omogućava lako montažu najpogodnije konfiguracije ultrazvučnih uređaja za vaš proces vađenja pektina. Optimalno ultrazvučno podešavanje zavisi od predviđenog kapaciteta, zapremine, sirovine, grupnog ili umetnutog procesa i vremenske ose.

Grupa i ureрi

Hielscher ultrazvučni se mogu koristiti za grupnu i neprekidnu obradu protoka. Ultrazvučna grupna obrada je idealna za testiranje procesa, optimizaciju i mali do srednji nivo proizvodnje. Za proizvodnju velikih volumena pektina, umetnuta obrada može biti veća prednost. Proces neprekidnog umetnutog mešanja zahteva sofisticirano podešavanje – sastoji se u pumpi, crevima ili cevima i rezervoarima, ali je veoma efikasan, brz i zahteva znatno manju radnu snagu. Hielscher Ultrasonics ima najpogodnije podešavanje ekstrakcije za jačinu zvuka i procesne ciljeve.

Ultrazvučni ekstraktori za svaki kapacitet proizvoda

Hielscher Ultrasonics proizvodni asortiman pokriva pun spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnika preko klupa-top i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu tovara kamiona na sat. Kompletan asortiman proizvoda nam omogućava da vam ponudimo najpogodniji ultrazvučni ekstraktor za vašu sirovinu koja sadrži pektin, procesne kapacitete i ciljeve proizvodnje.
Ultrazvučni sistemi klupa idealni su za testove izvodljivosti i optimizaciju procesa. Linearni skala na osnovu utvrđenih parametara procesa olakšava povećanje prerađivačke kapaciteta sa manjih placa na potpuno komercijalnu proizvodnju. Up-skaliranje se može uraditi ili instaliranjem snažnije ultrazvučne ekstraktorske jedinice ili grupisanjem nekoliko ultrazvučnihatora paralelno. Sa UIP16000, Hielscher nudi najmoćniji ultrazvučni ekstraktor na svetu.

Precizno kontrolisane amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrazvučnici su precizno pod kontrolom i time pouzdani radni konji u proizvodnji. Amplitude je jedan od ključnih procesnih parametara koji utiču na efikasnost i efektivnost ultrazvučnog vađenja pektina iz voća i bio-otpada.
Svi Hielscher Ultrasoničari’ procesori omogućavaju preciznu postavku amplitule. Sonotrode i sirene za potisnik su dodaci koji omogućavaju modifikaciju amplitude u još širem opsegu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu da isporuče veoma visoke amplitude i isporuče potreban ultrazvučni intenzitet za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200μm mogu se lako neprekidno voditi u 24/7 operaciji.
Precizna podešavanja amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost da tretirate svoju sirovinu sa najefikasnijim ultrazvučnim uslovima. Optimalna sonicija za najbolje rezultate izvlačenja!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 operaciju u teškim dužnostima i u zahtevnim okruženju. Ovo Hielscherovu ultrazvučnu opremu čini pouzdanim alatom za rad koji ispunjava vaše zahteve za vađenje.

Lako, testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi mogu biti potpuno linearne razmere. To znači da svaki rezultat koji ste postigli koristeći laboratorijski ili vrhunski ultrazvučnik, može da se podesi na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste parametre procesa. To ultrazvučnost čini idealnom za testiranje izvodljivosti bez rizika, optimizaciju procesa i naknadnu implementaciju u komercijalnu proizvodnju. Kontaktirajte nas da biste saznali kako sonication može povećati proizvodnju ekstrakta pektina.

Najviši kvalitet – Dizajnirani i proizvedeni u Nemačkoj

Kao porodična i poslovna kompanija, Hielscher određuje najviše standarde kvaliteta za svoj ultrasonicni procesori. Svi ultrasonicatori su dizajnirani, proizvedeni i temeljno testirani u našem štabu u Teli u blizini Berlina, u Nemačkoj. Robusnosti i pouzdanosti Hielscherove ultrasonove opreme čine ga radnim konjikom u proizvodnji. 24/7 operacija pod punim opterećenjem i u zahtevnim sredinama je prirodna karakteristika Hielschera visokokvalitetnih miksera.

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: