Ultrasonik Ekstraksiyon ile Daha Yüksek Pektin Verimleri

Ultrasonik ekstraksiyon, üstün kaliteli pektinlerin yüksek verimle elde edilmesini sağlar. Sonikasyon kullanılarak meyve atıklarından (ör. meyve suyu işlemenin yan ürünleri) ve diğer biyolojik ham maddelerden değerli pektinler verimli bir şekilde üretilebilir. Ultrasonik pektin ekstraksiyonu, daha yüksek verim, üstün pektin kalitesi ve hızlı bir ekstraksiyon işlemi sunarak diğer ekstraksiyon tekniklerini geride bırakır.

Sonikasyon ile Yoğunlaştırılmış Pektin Ekstraksiyonu

Pektin, çok sayıda gıda ürününde jelleştirici, emülsifiye edici ve kıvam artırıcı olarak, ayrıca kozmetik ve farmasötik ürünlerde bileşen olarak kullanılır. Geleneksel endüstriyel pektin ekstraksiyonu, turunçgil kabukları, elma posası ve diğer meyve atıkları gibi ham maddelerin düşük pH değerinde (yaklaşık pH 1,5 – 3,5) 60–100°C sıcak sudа uzun süre bekletildiği sıcak su ekstraksiyonu yoluyla gerçekleştirilir. Bu durum, geleneksel sıcak su ekstraksiyonunu zaman ve enerji tüketen bir süreç hâline getirir; bu süreç çoğu zaman ham maddede bulunan pektinlerin tamamını açığa çıkaracak kadar bile verimli değildir.
Geleneksel üretim yönteminin verimsizliğini aşmak amacıyla ultrasonik ekstraksiyon, geleneksel sıcak su ekstraksiyonuna kıyasla ekstraksiyon süresini azaltan ve pektin verimini önemli ölçüde en üst düzeye çıkaran bir proses yoğunlaştırma tekniği olarak uygulanır.

Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonunun Avantajı

Ultrasonik ekstraksiyon, ekstrakt üretiminin birçok alanında, örneğin gıdalar, takviyeler, farmasötik ürünler ve kozmetikler için botanik ve otsu bitki ekstraktlarının üretiminde uygulanır. Ultrasonik ekstraksiyonun çok öne çıkan bir örneği, kenevir bitkisinden kannabidiol (CBD) ve diğer bileşiklerin ekstraksiyonudur.
Ultrasonik ekstraksiyon, termal olmayan bir ekstraksiyon tekniğidir ve böylece biyoaktif bileşikleri termal bozunmaya karşı korur. Genlik, şiddet, süre, sıcaklık ve basınç gibi tüm ultrasonik proses parametreleri tam olarak kontrol edilebilir. Bu, hassas proses ve kalite kontrolüne olanak tanır ve bir kez elde edilen ekstraksiyon sonuçlarının tekrarlanmasını ve yeniden üretilmesini kolaylaştırır. Ekstrakt üreticileri, proseslerin ve ürünlerin standartlaştırılmasına yardımcı olan güvenilir proses tekrarlanabilirliği nedeniyle ultrasonikasyona değer verir.

 
Yukarıdaki videoda gösterilen greyfurt kabuğundan ultrasonik pektin ekstraksiyonu protokolünü burada bulabilirsiniz!
 

İlgili proses parametrelerinin belirlenmesi, ultrasonik ekstraksiyon prosesinin en yüksek verimlilik ve üstün ekstrakt kalitesi için optimize edilmesine olanak tanır.
Örneğin, ham maddenin (ör. turunçgil kabukları) parçacık boyutu önemli bir faktördür: Daha küçük parçacık boyutu, ultrasonik dalgaların etki edebileceği daha geniş bir yüzey alanı anlamına gelir. Dolayısıyla küçük parçacık boyutu, daha yüksek pektin verimi, daha düşük metilasyon derecesi ve daha büyük bir ramnogalakturonan bölgeleri oranı ile sonuçlanır.
Ekstraksiyon çözücüsünün (yani su + asit) pH değeri başka bir temel parametredir. Pektin asidik koşullarda ekstrakte edildiğinde, polimerin birçok dallanmış ramnogalakturonan bölgesi parçalanır; böylece esas olarak ana doğrusal zincirin üzerinde veya içinde birkaç nötr şeker molekülünün bağlı olduğu homogalakturonan “düz” bölgeleri kalır.
Ultrasonik pektin ekstraksiyonu, ekstraksiyon süresini kısaltır ve gerekli proses sıcaklığını düşürür; bu da pektinin asitler tarafından istenmeyen şekilde değiştirilme olasılığını azaltır. Bu, pektinleri ürün gereksinimlerine tam olarak uygun biçimde değiştirmek için asitlerin sınırlı koşullarda kullanılmasına olanak tanır.

Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonunu Bu Kadar Verimli Kılan Nedir?

Ultrasonik ekstraksiyonun etkisi, hücre duvarlarının şişmesini, delinmesini ve kırılmasını doğrudan etkiler. Ultrasonik olarak oluşturulan kütle transferi, orta lameldeki pektinli materyalin hidratasyonuna neden olarak bitkisel dokuların parçalanmasına yol açar. Ultrasonik kavitasyon ve kesme kuvvetleri, hücre duvarlarına doğrudan etki eder ve onları parçalayarak açar. Bu mekanizmalar, ultrasonik ekstraksiyonun son derece verimli sonuçlar vermesini sağlar.

Kimyasal analiz ve FT-IR analizine göre, daha düşük molekül ağırlığına ve metoksilasyon derecesine sahip olan ultrasonik olarak ekstrakte edilmiş pektin (akustik kavitasyon destekli ekstrakte edilmiş pektin olarak da adlandırılır; kısaltması ACAE), geleneksel ısıl ekstraksiyonla elde edilen pektine kıyasla uzun yan zincirli ramnogalakturonan-I bölgesi bakımından daha zengindi. Ultrasonik pektin ekstraksiyonunun enerji tüketimi, geleneksel ısıtma yöntemine kıyasla önemli ölçüde daha düşüktü; bu da endüstriyel üretim ölçeğindeki uygulamasının umut verici olduğunu gösterir.
(bkz. Wang et al., 2017)
Wang ve çalışma arkadaşları (2017), ultrasonik destekli ekstraksiyonun geleneksel ısıtmalı ekstraksiyona kıyasla daha yüksek verimlilik ve daha düşük maliyet sunan, daha ekonomik ve çevre dostu bir proses olduğunun kanıtlandığını da vurgulamaktadır.
 

Artık şeker pancarı posasının 1000x büyütmede SEM görüntüleri: (a) ekstraksiyon öncesinde ve (b) Xylanasae (250 U/g), (c) selülaz (300 U/g), (d) Xylanasae+selülaz (1:1), (e) Xylanasae+selülaz (1:1,5) ve (f) Xylanasae+selülaz (1:2) kullanılarak pektin ekstraksiyonu sonrasında.
(çalışma ve görüntüler: Abou-Elseoud et al., 2021)

Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonu Nasıl Çalışır?

Ultrasonik ekstraksiyon, yüksek şiddetli ultrasonun sonomekanik etkilerine dayanır. Ultrasonikasyon yoluyla pektin ekstraksiyonunu desteklemek ve yoğunlaştırmak için yüksek güçlü ultrason dalgaları, bir ultrasonik prob (ultrasonik horn veya sonotrot olarak da adlandırılır) aracılığıyla sıvı ortama, yani pektin içeren ham madde ve çözücüden oluşan bulamaca aktarılır. Ultrason dalgaları sıvı boyunca ilerler ve dönüşümlü düşük basınç / yüksek basınç döngüleri oluşturur. Düşük basınç döngüleri sırasında, birkaç basınç döngüsü boyunca büyüyen çok küçük vakum kabarcıkları (kavitasyon kabarcıkları olarak adlandırılır) oluşur. Bu kabarcık büyüme döngüleri sırasında sıvıdaki çözünmüş gazlar vakum kabarcığına girer; böylece vakum kabarcıkları büyüyen gaz kabarcıklarına dönüşür. Kabarcıklar belirli bir boyuta ulaşıp daha fazla enerji soğuramaz hâle geldiklerinde, yüksek basınç döngüsü sırasında şiddetle içe doğru çökerler. Kabarcıkların içe doğru çökmesi, sırasıyla 4000K ve 1000atm değerlerine kadar ulaşan çok yüksek sıcaklık ve basıncı ve bunlara karşılık gelen yüksek sıcaklık ve basınç farklarını içeren yoğun kavitasyon kuvvetleriyle karakterize edilir. Ultrasonik olarak oluşturulan bu türbülanslar ve kesme kuvvetleri, bitki hücrelerini parçalar ve hücre içindeki pektinleri su bazlı çözücüye salar. Ultrasonik kavitasyon son derece yoğun kütle transferi oluşturduğundan, sonikasyon çok kısa bir işlem süresi içinde olağanüstü yüksek verimler sağlar.
Sonikasyon yalnızca pektin ekstraksiyonu için değil, meyve posası, meyve eti, kabuk ve çekirdeklerden polifenollerin izolasyonu için de kullanılır. Daha fazla bilgi için burayı okuyun!

Bitki hücrelerinden ultrasonik ekstraksiyon: mikroskobik enine kesit (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasında etki mekanizmasını gösterir (büyütme 2000x) [kaynak: Vilkhu et al. 2011]

Meyve Atıklarından Ekstrakte Edilen Pektinler

Kabuklar, meyve eti kalıntıları (meyve suyunun sıkılmasından sonra) ve diğer meyve yan ürünleri gibi meyve atıkları çoğu zaman zengin pektin kaynaklarıdır. Meyve atıkları sıklıkla hayvan yemi olarak kullanılsa da pektin ekstraksiyonu, meyve atıklarının daha değerli bir kullanımıdır.
Ultrasonik pektin ekstraksiyonu, turunçgil kabukları (portakal, mandalina, greyfurt gibi), kavun kabukları, elma posası, şeker pancarı posası, mango kabukları, domates atıkları ve ayrıca jak meyvesi, çarkıfelek meyvesi ve incir kabukları gibi çeşitli ham maddelerle hâlihazırda başarıyla gerçekleştirilmektedir.

Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonuna İlişkin Vaka Çalışmaları

Geleneksel ısıl pektin ekstraksiyonunun dezavantajları nedeniyle araştırma ve endüstri çevreleri, ultrasonik ekstraksiyon gibi yenilikçi alternatifleri hâlihazırda incelemiştir. Bu sayede çeşitli ham maddeler için proses parametrelerine ilişkin çok sayıda bilgi ve proses optimizasyonu verisi mevcuttur.

Elma Posasından Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonu

Dranca ve Oroian (2019), çeşitli ultrasonik koşullar uygulayarak ve Box-Behnken yanıt yüzeyi tasarımını kullanarak elma posasından ultrasonik destekli pektin ekstraksiyonu prosesini incelemiştir. Ultrason genliğinin ekstrakte edilen pektinin verimini ve esterleşme derecesini güçlü biçimde etkilediğini, ekstraksiyon pH değerinin ise üç yanıtın tamamı, yani verim, GalA içeriği ve esterleşme derecesi üzerinde büyük bir etkisi olduğunu bulmuşlardır. Ekstraksiyon için optimum koşullar %100 genlik, 1,8 pH değeri, 1:10 g/mL katı-sıvı oranı ve 30 min sonikasyondu. Bu koşullar altında pektin verimi %9,183, GalA içeriği 98,127 g/100 g ve esterleşme derecesi %83,202 idi. Ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektinin sonuçlarını ticari pektinle ilişkilendirmek için optimum koşullarda ultrasonik ekstraksiyonla elde edilen pektin numunesi, FT-IR, DSC, reolojik analiz ve SEM kullanılarak ticari turunçgil ve elma pektini numuneleriyle karşılaştırılmıştır. İlk iki teknik, ultrasonik ekstraksiyonla elde edilen pektin numunesinin daha dar molekül ağırlığı dağılım aralığı, düzenli moleküler dizilim ve ticari olarak temin edilebilen elma pektinlerininkine benzer yüksek esterleşme derecesi gibi bazı özelliklerini ortaya koymuştur. Ultrasonik olarak elde edilen numunenin morfolojik özelliklerinin analizi, bir tarafta bu numunenin parça boyutlarının dağılımı ve GalA içeriği ile diğer tarafta su alma kapasitesi arasında bir belirleme örüntüsüne işaret etmektedir. Ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektin çözeltisinin viskozitesi, ticari pektin kullanılarak hazırlanan çözeltilerinkinden çok daha yüksekti; bunun nedeni yüksek galakturonik asit konsantrasyonu olabilir. Yüksek esterleşme derecesi de dikkate alındığında, bu durum ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektinin viskozitesinin neden daha yüksek olduğunu açıklayabilir. Araştırmacılar, Malus domestica ‘Fălticeni’ elma posasından ultrasonik ekstraksiyonla elde edilen pektinin saflığının, yapısının ve reolojik davranışının, bu çözünür lif için umut verici uygulamalara işaret ettiği sonucuna varmaktadır. (bkz. Dranca & Oroian 2019)

Pektin Üretimi için Yüksek Performanslı Ultrasonik Ekstraktör

Ultrasonik ekstraksiyon, turunçgil yan ürünleri ve kabukları, elma posası ve daha birçok farklı ham maddeden yüksek kaliteli pektin üretimini kolaylaştıran ve hızlandıran güvenilir bir işleme teknolojisidir. Hielscher Ultrasonics portföyü, kompakt laboratuvar sonikatörlerinden endüstriyel ekstraksiyon sistemlerine kadar tüm ürün yelpazesini kapsar. Böylece Hielscher olarak öngördüğünüz proses kapasitesi için size en uygun sonikatörü sunabiliriz. Uzun yıllara dayanan deneyime sahip personelimiz, fizibilite testleri ve proses optimizasyonundan ultrasonik sisteminizin nihai üretim düzeyinde kurulumuna kadar size yardımcı olacaktır.
Ultrasonik ekstraktörlerimizin az yer kaplaması ve kurulum seçeneklerinin çok yönlülüğü, dar alanlı pektin işleme tesislerine bile sığmalarını sağlar. Ultrasonik işlemciler, dünya genelinde gıda, ilaç ve besin takviyesi üretim tesislerinde kuruludur.

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:

Hielscher Ultrasonics – Gelişmiş Ekstraksiyon Ekipmanları

Hielscher Ultrasonics ürün portföyü, küçük ölçekten büyük ölçeğe kadar yüksek performanslı ultrasonik ekstraktörlerin tüm yelpazesini kapsar. Ek aksesuarlar, pektin ekstraksiyonu prosesiniz için en uygun ultrasonik cihaz yapılandırmasının kolayca kurulmasına olanak tanır. Optimum ultrasonik sistem düzeni; öngörülen kapasiteye, hacme, ham maddeye, kesikli veya hat içi prosese ve zaman planına bağlıdır.

Kesikli ve Hat İçi

Hielscher sonikatörleri, kesikli işleme ve sürekli akışlı işleme için kullanılabilir. Ultrasonik kesikli işleme; proses testleri, optimizasyon ve küçük ila orta ölçekli üretim için idealdir. Büyük hacimlerde pektin üretimi için hat içi işleme daha avantajlı olabilir. Sürekli hat içi karıştırma prosesi, gelişmiş bir sistem düzeni – pompa, hortumlar veya borular ve tanklardan oluşan – gerektirir; ancak son derece verimlidir, hızlıdır ve önemli ölçüde daha az iş gücü gerektirir. Hielscher Ultrasonics, ekstraksiyon hacminiz ve proses hedefleriniz için en uygun ekstraksiyon sistem düzenine sahiptir.

Her Üretim Kapasitesi için Ultrasonik Ekstraktörler

Hielscher Ultrasonics ürün yelpazesi, kompakt laboratuvar sonikatörlerinden tezgâh üstü ve pilot sistemlere, saatte kamyonlar dolusu malzemeyi işleme kapasitesine sahip tamamen endüstriyel ultrasonik işlemcilere kadar ultrasonik işlemcilerin tüm yelpazesini kapsar. Tam ürün yelpazesi, pektin içeren ham maddeniz, proses kapasiteniz ve üretim hedefleriniz için size en uygun ultrasonik ekstraktörü sunmamıza olanak tanır.
Ultrasonik tezgâh üstü sistemler, fizibilite testleri ve proses optimizasyonu için idealdir. Belirlenmiş proses parametrelerine dayalı doğrusal ölçek büyütme, işleme kapasitelerinin küçük partilerden tam ticari üretime çıkarılmasını çok kolaylaştırır. Ölçek büyütme, daha güçlü bir ultrasonik ekstraktör ünitesi kurularak veya birkaç sonikatör paralel olarak bir araya getirilerek yapılabilir. Hielscher, UIP16000 ile dünyanın en güçlü ultrasonik ekstraktörünü sunar.

Optimum Sonuçlar için Hassas Biçimde Kontrol Edilebilen Genlikler

Tüm Hielscher sonikatörleri hassas biçimde kontrol edilebilir ve dolayısıyla üretimde güvenilir iş yükü taşıyan cihazlardır. Genlik, meyve ve biyolojik atıklardan ultrasonik pektin ekstraksiyonunun verimliliğini ve etkinliğini etkileyen kritik proses parametrelerinden biridir.
Tüm Hielscher sonikatörleri, genliğin hassas biçimde ayarlanmasına olanak tanır. Sonotrotlar ve genlik yükseltici hornlar, genliğin daha da geniş bir aralıkta değiştirilmesine olanak tanıyan aksesuarlardır. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemcileri, çok yüksek genlikler sağlayabilir ve zorlu uygulamalar için gerekli ultrasonik şiddeti sunabilir. 200µm değerine kadar genliklerle 24/7 çalışma düzeninde kolayca sürekli çalışılabilir.
Hassas genlik ayarları ve ultrasonik proses parametrelerinin akıllı yazılım aracılığıyla sürekli izlenmesi, ham maddenizi en etkili ultrasonik koşullarda işleme olanağı sağlar. En iyi ekstraksiyon sonuçları için optimum sonikasyon!
Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır. Bu, Hielscher ultrasonik ekipmanlarını ekstraksiyon gereksinimlerinizi karşılayan güvenilir bir çalışma aracı hâline getirir.

Kolay, Risksiz Testler

Ultrasonik prosesler tamamen doğrusal olarak ölçeklendirilebilir. Bu, laboratuvar tipi veya tezgâh üstü bir sonikatör kullanarak elde ettiğiniz her sonucun, tam olarak aynı proses parametreleri kullanılarak tam olarak aynı çıktıyı verecek şekilde ölçeklendirilebileceği anlamına gelir. Bu özellik, ultrasonikasyonu risksiz fizibilite testleri, proses optimizasyonu ve ardından ticari üretime geçiş için ideal kılar. Sonikasyonun pektin ekstraktı üretiminizi nasıl artırabileceğini öğrenmek için bizimle iletişime geçin.

En Yüksek Kalite – Almanya’da Tasarlanır ve Üretilir

Aile mülkiyetinde olan ve aile tarafından yönetilen bir işletme olarak Hielscher, ultrasonik işlemcileri için en yüksek kalite standartlarına öncelik verir. Tüm sonikatörler, Almanya’da Berlin yakınlarındaki Teltow’da bulunan genel merkezimizde tasarlanır, üretilir ve kapsamlı biçimde test edilir. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı ve güvenilirliği, onları üretiminizde iş yükünü taşıyan cihazlar hâline getirir. Tam yük altında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışma, Hielscher yüksek performanslı karıştırıcılarının doğal bir özelliğidir.