Већи приноси пектина уз ултразвучну екстракцију

Ултразвучна екстракција резултира високим приносима пектина врхунског квалитета. Користећи соникацију, вредни пектини се могу ефикасно произвести из воћног отпада (нпр. нуспроизвода прераде сокова) и других биолошких сировина. Ултразвучна екстракција пектина надмашује друге технике екстракције тако што даје веће приносе, дајући врхунски квалитет пектина и брзу процедуру екстракције.

Интензивна екстракција пектина ултразвуком

Пектин се користи као средство за желирање, емулговање и згушњавање у бројним прехрамбеним производима, као и као састојак у козметици и фармацеутским производима. Конвенционална индустријска екстракција пектина се врши екстракцијом топлом водом, где се сировина, као што су коре цитруса, комина јабуке и други отпаци воћа, натапају у врућој води на 60–100°Ц на ниском пХ (приближно пХ 1,5 – 3,5) дуго временски период. Ово претвара конвенционалну екстракцију топле воде у процес који захтева време и енергију, који често чак није ни довољно ефикасан да ослободи комплетну количину пектина доступних у сировини.
Да би се превазишла неефикасност конвенционалног метода производње, ултразвучна екстракција се примењује као техника за интензивирање процеса која скраћује време екстракције и значајно повећава принос пектина у поређењу са традиционалном екстракцијом топлом водом.

Предност ултразвучне екстракције пектина

Ултразвучна екстракција се примењује у многим областима производње екстраката, нпр. ботанички и биљни екстракти за храну, суплементе, фармацеутске и козметичке производе. Веома истакнут пример ултразвучне екстракције је екстракција канабидиола (ЦБД) и других једињења из биљке канабиса.
Ултразвучна екстракција је техника нетермалне екстракције, која на тај начин спречава биоактивна једињења од термичке деградације. Сви параметри ултразвучног процеса, као што су амплитуда, интензитет, време, температура и притисак, могу се тачно контролисати. Ово омогућава прецизну контролу процеса и квалитета и олакшава понављање и репродукцију након добијених резултата екстракције. Произвођачи екстраката цене ултразвучну обраду због поуздане поновљивости процеса, што помаже у стандардизацији процеса и производа.

 
Пронађите протокол за ултразвучну екстракцију пектина из коре грејпфрута приказан у видео снимку изнад!
 

Одређивање релевантних параметара процеса омогућава оптимизацију процеса ултразвучне екстракције до највеће ефикасности и врхунског квалитета екстракта.
На пример, величина честица сировог материјала (нпр. коре цитруса) је важан фактор: Мања величина честица значи већу површину на коју ултразвучни таласи могу да делују. Мала величина честица доводи до већег приноса пектина, нижег степена метилације и већег односа рамногалактуронанских региона.
pH vrednost rastvarača za ekstrakciju (tj. Voda + kiselina) je još jedan bitan parametar. Kada se pektin ekstrahuje u kiselim uslovima, mnogi ramnogalakturonan razgranati regioni polimera se razgrađuju, tako da uglavnom homogalakturonan “Pravo” regioni sa nekoliko neutralnih molekula šećera vezanih za ili u glavnom linearnom lancu ostaju.
Ултразвучна екстракција пектина смањује време екстракције и снижава потребну температуру процеса, што смањује могућност нежељене модификације пектина киселинама. Ово омогућава коришћење киселина у ограниченим условима како би се пектини модификовали тачно према захтевима производа.

Шта ултразвучну екстракцију пектина чини тако ефикасном?

Утицај ултразвучне екстракције директно утиче на отицање, перфорацију и ломљење ћелијских зидова. Ултразвучно индуковани пренос масе изазива хидратацију пектинозног материјала у средњој ламели што доводи до ломљења биљних ткива. Ултразвучна кавитација и силе смицања директно утичу на ћелијске зидове и разбијају их. Ови механизми резултирају високо ефикасним резултатима ултразвучне екстракције.

Ултразвучно екстраховани пектин (такође екстраховани пектин потпомогнут акустичном кавитацијом, скраћено АЦАЕ) који је имао нижу молекулску масу и степен метоксилације био је богатији рамногалактурон-И регионом са дугим бочним ланцима у поређењу са конвенционалним пектином екстрахованим топлотом из хемијске и ФТ-ИР анализе. Потрошња енергије за ултразвучну екстракцију пектина била је знатно нижа од конвенционалне методе загревања, што указује на њену обећавајућу примену за индустријску производњу.
(уп. Ванг ет ал., 2017)
Ванг и његове колеге (2017) такође поткрепљују да је ултразвучна екстракција доказано економичнији и еколошки прихватљивији процес са већом ефикасношћу и мањим трошковима у поређењу са конвенционалном екстракцијом грејањем.
 

СЕМ резидуалне пулпе шећерне репе при увећању од 1000к: (а) пре екстракције и после екстракције пектина коришћењем (б) Ксиланасае (250 У/г), (ц) Целуласе (300 У/г), (д) Ксиланасае+Целлуласе (1:1), и (е) Ксиланасае+Целлуласе (1:1,5), и (ф) Ксиланасае+Целлуласе (1:2).
(студија и слике: Абоу-Елсеуд ет ал., 2021)

Како ради ултразвучна екстракција пектина?

Ултразвучна екстракција се заснива на сономеханичким ефектима ултразвука високог интензитета. Да би се подстакла и интензивирала екстракција пектина путем ултразвука, ултразвучни таласи велике снаге се спајају преко ултразвучне сонде (која се такође назива ултразвучни рог или сонотрода) у течни медијум, тј. кашу која се састоји од сировог материјала који садржи пектин и растварача. Ултразвучни таласи путују кроз течност и стварају наизменичне циклусе ниског/високог притиска. Током циклуса ниског притиска стварају се минутни вакуумски мехурићи (тзв. кавитациони мехурићи), који расту током неколико циклуса притиска. Током тих циклуса раста мехурића, растворени гасови у течности улазе у вакуумски мехур, тако да се вакуумски мехур трансформише у растуће мехуриће гаса. При одређеној величини, када мехурићи не могу да апсорбују више енергије, они снажно имплодирају током циклуса високог притиска. Имплозију мехурића карактеришу интензивне кавитационе силе, укључујући веома високу температуру и притисак који достижу до 4000К и 1000атм, респективно; као и одговарајуће високе температуре и разлике притиска. Ове ултразвучно генерисане турбуленције и силе смицања разбијају биљне ћелије и ослобађају интрацелуларне пектине у растварач на бази воде. Пошто ултразвучна кавитација ствара високо интензиван пренос масе, соникација резултира изузетно високим приносима у веома кратком времену обраде.
Sonikacija se ne koristi samo za ekstrakciju pektina, već i za izolaciju polifenola iz voćne komine, pulpe, kore i semena. Прочитајте више овде!

Ултразвучна екстракција из биљних ћелија: микроскопски попречни пресек (ТС) показује механизам деловања током ултразвучне екстракције из ћелија (увећање 2000к) [извор: Вилкху ет ал. 2011]

Пектини екстраховани из воћног отпада

Отпаци од воћа као што су коре, остаци воћне пулпе (након цеђења воћног сока) и други нуспроизводи воћа често су богати извори пектина. Док се отпадни производи од воћа често користе као храна за животиње, екстракција пектина је вреднија употреба воћног отпада.
Ултразвучна екстракција пектина се већ успешно изводи са корама цитруса (као што су поморанџе, мандарине, грејпфрута), коре диње, комине јабуке, пулпе шећерне репе, коре од манга, отпадака парадајза, као и џекфрута, маракује, коре смокава, између осталог.

Студије случаја ултразвучне екстракције пектина

Због недостатака конвенционалне екстракције пектина топлотом, истраживања и индустрија су већ истражили иновативне алтернативе као што је ултразвучна екстракција. На тај начин су доступне многе информације о параметрима процеса за различите сировине, као и подаци о оптимизацији процеса.

Ултразвучна екстракција пектина из комине јабуке

Dranca and Oroian (2019) proces ultrazvučno potpomognute ekstrakcije pektina iz komine jabuke primenom različitih ultrazvučnih uslova i korišćenjem Bok-Behnken dizajna površine odgovora. Otkrili su da ultrazvučna amplituda snažno utiče na prinos i stepen esterifikacije ekstrahovanog pektina, dok je pH ekstrakcije imao veliki uticaj na sva tri odgovora, tj. Prinos, sadržaj GalA i stepen esterifikacije. Optimalni uslovi za ekstrakciju bili su 100% amplituda, pH 1,8, odnos čvrsto-tečna 1: 10 g / mL i 30 min ultrazvuka. Pod ovim uslovima, prinos pektina bio je 9.183% i imao je 98.127 g / 100 g GalA sadržaj i 83.202% stepen esterifikacije. Da bi se postavili rezultati ultrazvučno ekstrahovanog pektina u odnosu na komercijalni pektin, uzorak pektina dobijen ultrazvučnom ekstrakcijom pod optimalnim uslovima upoređeni su sa komercijalnim uzorcima pektina citrusa i jabuke od strane FT-IR, DSC, reološke analize i SEM-a. Prve dve tehnike istakle su neke posebnosti uzorka pektina ekstrahovanog ultrazvučnom ekstrakcijom, kao što su uži opseg distribucije molekulske težine, uredan molekularni aranžman i visok stepen esterifikacije koji je bio sličan onom kod komercijalno dostupnih pektina jabuke. Analiza morfoloških karakteristika ultrazvučno dobijenog uzorka ukazuje na obrazac određivanja između distribucije veličina fragmenata ovog uzorka i njegovog sadržaja GalA na jednoj strani, i kapaciteta unosa vode na drugoj strani. Viskoznost ultrazvučno ekstrahovanog rastvora pektina bila je mnogo veća nego kod rastvora napravljenih korišćenjem komercijalnog pektina, što je možda zbog visoke koncentracije galakturonske kiseline. Kada se uzme u obzir i visok stepen esterifikacije, to bi moglo objasniti zašto je viskoznost bila veća za ultrazvučno ekstrahovani pektin. Istraživači zaključuju da je čistoća, struktura i reološko ponašanje pektina ekstrahovanog ultrazvučnom ekstrakcijom iz Malus domestica 'Fălticeni’ Komina jabuke ukazuje na obećavajuću primenu ovog rastvorljivog vlakna. (cf. Dranca & Ороиан 2019)

Ултразвучни екстрактор високих перформанси за производњу пектина

Ултразвучна екстракција је поуздана технологија прераде, која олакшава и убрзава производњу висококвалитетних пектина разних сировина као што су нуспроизводи и коре агрума, комина јабуке и многе друге. Хиелсцхер Ултрасоницс портфолио покрива читав спектар од компактних лабораторијских ултрасоникатора до индустријских система за екстракцију. На тај начин, ми у Хиелсцхеру можемо вам понудити најпогоднији ултрасоникатор за ваш предвиђени капацитет процеса. Наше дугогодишње искусно особље ће вам помоћи од тестова изводљивости и оптимизације процеса до инсталације вашег ултразвучног система на коначном нивоу производње.
Мали отисак наших ултразвучних екстрактора, као и њихова разноврсност у опцијама уградње, чине их уклапањем чак и у мале просторе за прераду пектина. Ултразвучни процесори су инсталирани широм света у објектима за производњу хране, фармације и додатака исхрани.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:

Hielscher Ultrasonics – Софистицирана опрема за екстракцију

Портфолио производа Хиелсцхер Ултрасоницс покрива читав низ ултразвучних екстрактора високих перформанси од малих до великих. Додатни додаци омогућавају једноставну монтажу најпогодније конфигурације ултразвучног уређаја за ваш процес екстракције пектина. Оптимална ултразвучна поставка зависи од предвиђеног капацитета, запремине, сировине, серијског или инлине процеса и временског оквира.

батцх и инлине

Хиелсцхер ултрасоницатори се могу користити за серијску и континуирану проточну обраду. Ултразвучна серијска обрада је идеална за тестирање процеса, оптимизацију и ниво производње мале до средње величине. За производњу великих количина пектина, инлине прерада би могла бити кориснија. Континуирани инлине процес мешања захтева софистицирано подешавање – који се састоји од пумпе, црева или цеви и резервоара -, али је веома ефикасан, брз и захтева знатно мање рада. Хиелсцхер Ултрасоницс има најприкладније подешавање екстракције за ваш волумен екстракције и циљеве процеса.

Ултразвучни екстрактори за сваки производни капацитет

Асортиман производа Хиелсцхер Ултрасоницс покрива читав спектар ултразвучних процесора од компактних лабораторијских ултразвучних уређаја преко столних и пилот система до потпуно индустријских ултразвучних процесора са капацитетом за обраду камиона на сат. Комплетан асортиман производа нам омогућава да вам понудимо најпогоднији ултразвучни екстрактор за вашу сировину која садржи пектин, капацитет процеса и производне циљеве.
Ултразвучни стони системи су идеални за тестове изводљивости и оптимизацију процеса. Линеарно повећање на основу утврђених параметара процеса чини веома лаким повећање прерађивачких капацитета од мањих серија до потпуно комерцијалне производње. Повећање се може извршити било инсталирањем снажније ултразвучне јединице за екстракцију или групирањем неколико ултразвучних уређаја паралелно. Са УИП16000, Хиелсцхер нуди најмоћнији ултразвучни екстрактор широм света.

Прецизно контролисане амплитуде за оптималне резултате

Сви Хиелсцхер ултрасоникатори су прецизно контролисани и тиме поуздани радни коњи у производњи. Амплитуда је један од кључних параметара процеса који утичу на ефикасност и ефективност ултразвучне екстракције пектина из воћа и биолошког отпада.
Сви Хиелсцхер соникатори омогућавају прецизно подешавање амплитуде. Сонотроде и бустер рогови су додаци који омогућавају модификацију амплитуде у још ширем опсегу. Хиелсцхер индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома високе амплитуде и испоруче потребан ултразвучни интензитет за захтевне примене. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7.
Прецизна подешавања амплитуде и трајно праћење параметара ултразвучног процеса путем паметног софтвера дају вам могућност да третирате свој сирови материјал најефикаснијим ултразвучним условима. Оптимална соникација за најбоље резултате екстракције!
Робусност Хиелсцхерове ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима. Ово чини Хиелсцхерову ултразвучну опрему поузданим радним алатом који испуњава ваше захтеве за екстракцијом.

Лако тестирање без ризика

Ултразвучни процеси се могу потпуно линеарно скалирати. То значи да сваки резултат који сте постигли коришћењем лабораторијског или стоног ултразвучног апарата, може се скалирати на потпуно исти излаз користећи потпуно исте параметре процеса. Ово чини ултрасоницатион идеалним за тестирање изводљивости без ризика, оптимизацију процеса и накнадну имплементацију у комерцијалну производњу. Контактирајте нас да бисте сазнали како ултразвук може повећати производњу екстракта пектина.

Највиши квалитет – Дизајниран и произведен у Немачкој

Као породично предузеће које је у породичном власништву, Хиелсцхер даје приоритет највишим стандардима квалитета за своје ултразвучне процесоре. Сви ултрасоникатори су дизајнирани, произведени и темељно тестирани у нашем седишту у Телтову близу Берлина, Немачка. Робусност и поузданост Хиелсцхерове ултразвучне опреме чине је радним коњем у вашој производњи. 24/7 рад под пуним оптерећењем иу захтевним окружењима је природна карактеристика Хиелсцхер миксера високих перформанси.