Ultrasonik Ekstraksiyon ile Daha Yüksek Pektin Verimi
Ultrasonik ekstraksiyon, üstün kaliteli pektinlerin yüksek verimiyle sonuçlanır. Sonikasyon kullanılarak, değerli pektinler meyve atıklarından (örneğin, meyve suyu işlemeden elde edilen yan ürünler) ve diğer biyolojik hammaddelerden verimli bir şekilde üretilebilir. Ultrasonik pektin ekstraksiyonu, daha yüksek verim üreterek, üstün pektin kalitesi ve hızlı bir ekstraksiyon prosedürü sağlayarak diğer ekstraksiyon tekniklerini mükemmelleştirir.
Sonikasyon ile yoğunlaştırılmış pektin ekstraksiyonu
Pektin, çok sayıda gıda ürününde jelleştirici, emülsifiye edici ve koyulaştırıcı bir ajan olarak ve ayrıca kozmetik ve farmasötiklerde bir bileşen olarak kullanılır. Konvansiyonel endüstriyel pektin ekstraksiyonu, turunçgil kabukları, elma posası ve diğer meyve atıkları gibi hammaddelerin düşük pH'da (yaklaşık pH 1,5 – 3,5) 60-100°C sıcak suda uzun süre bekletildiği sıcak su ekstraksiyonu yoluyla yapılır. Bu, geleneksel sıcak su ekstraksiyonunu zaman ve enerji tüketen bir süreç haline getirir ve çoğu zaman ham maddede bulunan pektin miktarının tamamını serbest bırakacak kadar verimli değildir.
Konvansiyonel üretim yönteminin verimsizliğinin üstesinden gelmek için, ultrasonik ekstraksiyon, geleneksel sıcak su ekstraksiyonu ile karşılaştırıldığında, ekstraksiyon süresini azaltan ve pektin verimini önemli ölçüde en üst düzeye çıkaran bir işlem yoğunlaştırma tekniği olarak uygulanır.
Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonunun Avantajı
Ultrasonik ekstraksiyon, ekstrakt üretiminin birçok alanında, örneğin gıdalar, takviyeler, ilaçlar ve kozmetikler için botanik ve bitkisel ekstraktlar için uygulanır. Ultrasonik ekstraksiyonun çok belirgin bir örneği, kenevir bitkisinden kannabidiol (CBD) ve diğer bileşiklerin ekstraksiyonudur.
Ultrasonik ekstraksiyon, termal bozulmaya karşı biyoaktif bileşikleri önleyen termal olmayan bir ekstraksiyon tekniğidir. Genlik, yoğunluk, zaman, sıcaklık ve basınç gibi tüm ultrasonik işlem parametreleri tam olarak kontrol edilebilir. Bu, hassas proses ve kalite kontrolüne izin verir ve ekstraksiyon sonuçları elde edildikten sonra tekrarlamayı ve çoğaltmayı kolaylaştırır. Ekstrakt üreticileri, süreçleri ve ürünleri standartlaştırmaya yardımcı olan güvenilir işlem tekrarlanabilirliği için ultrasonikasyona değer verir.
- Sonikasyon yoğunluğu
- sıcaklık
- pH değeri
- Saat
- Hammaddenin parçacık boyutu
İlgili proses parametrelerinin belirlenmesi, ultrasonik ekstraksiyon işleminin en yüksek verimlilik ve üstün ekstrakt kalitesi için optimize edilmesini sağlar.
Örneğin, hammaddenin parçacık boyutu (örneğin, narenciye kabukları) önemli bir faktördür: Daha küçük bir parçacık boyutu, ultrasonik dalgaların etki etmesi için daha yüksek bir yüzey alanı anlamına gelir. Küçük bir partikül boyutu, daha yüksek pektin verimi, daha düşük bir metilasyon derecesi ve daha büyük ramnogalakturonan bölgeleri oranı ile sonuçlanır.
Ekstraksiyon çözücüsünün (yani su + asit) pH değeri başka bir önemli parametredir. Pektin asidik koşullar altında ekstrakte edildiğinde, polimerin birçok ramnogalakturonan dallı bölgesi ayrışır, böylece esas olarak ana doğrusal zincire veya ana doğrusal zincire bağlı birkaç nötr şeker molekülü ile homogalakturonan "düz" bölgeler kalır.
Ultrasonik pektin ekstraksiyonu, ekstraksiyon süresini azaltır ve gerekli işlem sıcaklığını düşürür, bu da asitler tarafından istenmeyen pektin modifikasyonu olasılığını azaltır. Bu, pektinleri tam olarak ürün gereksinimlerine göre değiştirmek için asitlerin sınırlı koşullar altında kullanılmasını sağlar.
Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonunu Bu Kadar Verimli Yapan Nedir?
Ultrasonik ekstraksiyonun etkisi, hücre duvarlarının şişmesini, delinmesini ve kırılmasını doğrudan etkiler. Ultrasonik olarak indüklenen kütle transferi, orta lameldeki pektinli materyalin hidrasyonuna neden olur ve bu da bitkisel dokuların parçalanmasına yol açar. Ultrasonik kavitasyon ve kesme kuvvetleri hücre duvarlarını doğrudan etkiler ve onları kırar. Bu mekanizmalar, ultrasonik ekstraksiyonun yüksek verimli sonuçlarına neden olur.
Daha düşük moleküler ağırlığa ve metoksilasyon derecesine sahip ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektin (ayrıca akustik kavitasyon destekli ekstrakte edilmiş pektin, kısaltma ACAE), kimyasal ve FT-IR analizinden elde edilen konvansiyonel ısıyla ekstrakte edilen pektin ile karşılaştırıldığında, uzun yan zincirli rhamnogalakturonan-I bölgesinde daha zengindi. Ulgtrasonik pektin ekstraksiyonu için enerji tüketimi, geleneksel ısıtma yönteminden önemli ölçüde daha düşüktü ve bu da endüstriyel üretim ölçeği için umut verici bir uygulama olduğunu gösteriyor.
(bkz. Wang ve diğerleri, 2017)
Wang ve meslektaşları (2017) ayrıca, ultrasonik destekli ekstraksiyonun, geleneksel ısıtma ekstraksiyonuna kıyasla daha yüksek verimlilik ve daha az maliyetle daha ekonomik ve çevre dostu bir süreç olduğunun kanıtlandığını desteklemektedir.
Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonu Nasıl Çalışır?
Ultrasonik ekstraksiyon, yüksek yoğunluklu ultrasonun sonomekanik etkilerine dayanır. Ultrasonikasyon yoluyla pektin ekstraksiyonunu teşvik etmek ve yoğunlaştırmak için, yüksek güçlü ultrason dalgaları bir ultrasonik prob (ultrasonik korna veya sonotrot olarak da adlandırılır) aracılığıyla sıvı ortama, yani pektin içeren hammadde ve çözücüden oluşan bulamaç ile birleştirilir. Ultrason dalgaları sıvının içinden geçer ve alternatif düşük basınç / yüksek basınç döngüleri oluşturur. Düşük basınç döngüleri sırasında, birkaç basınç döngüsü boyunca büyüyen küçük vakum kabarcıkları (kavitasyon kabarcıkları olarak adlandırılır) oluşturulur. Bu kabarcık büyüme döngüleri sırasında, sıvıdaki çözünmüş gazlar vakum kabarcığına girer, böylece vakum kabarcığı büyüyen gaz kabarcıklarına dönüşür. Belirli bir boyutta, kabarcıklar daha fazla enerji ememediğinde, yüksek basınç döngüsü sırasında şiddetli bir şekilde patlarlar. Kabarcık patlaması, sırasıyla 4000K ve 1000atm'ye ulaşan çok yüksek sıcaklık ve basınç dahil olmak üzere yoğun kavitasyon kuvvetleri ile karakterize edilir; karşılık gelen yüksek sıcaklık ve basınç farklarının yanı sıra. Ultrasonik olarak üretilen bu türbülanslar ve kesme kuvvetleri, bitki hücrelerini parçalar ve hücre içi pektinleri su bazlı çözücüye bırakır. Ultrasonik kavitasyon son derece yoğun kütle transferi oluşturduğundan, sonikasyon çok kısa bir işlem süresi içinde son derece yüksek verimlerle sonuçlanır.
Meyve Atıklarından Elde Edilen Pektinler
Kabukları, meyve özü kalıntıları (meyve suyu preslendikten sonra) ve diğer meyve yan ürünleri gibi meyve atıkları genellikle zengin pektin kaynaklarıdır. Meyve atığı ürünleri genellikle hayvan yemi olarak kullanılırken, pektin ekstraksiyonu meyve atığının daha değerli bir kullanımıdır.
Ultrasonik pektin ekstraksiyonu, narenciye kabukları (portakal, mandalina, greyfurt gibi), kavun kabukları, elma posası, şeker pancarı posası, mango kabukları, domates atıkları ve ayrıca nefesi, çarkıfelek meyvesi, incir kabukları ile başarıyla gerçekleştirilmektedir.
Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonu Vaka Çalışmaları
Konvansiyonel pektin ekstraksiyonunun ısı ile ekstraksiyonunun dezavantajları nedeniyle, araştırma ve endüstri zaten ultrasonik ekstraksiyon gibi yenilikçi alternatifleri araştırmıştır. Bu nedenle, çeşitli hammaddeler için proses parametreleri hakkında bol miktarda bilgi ve proses optimizasyon verileri mevcuttur.
Elma Prinasından Pektinin Ultrasonik Ekstraksiyonu
Dranca ve Oroian (2019), çeşitli ultrasonik koşullar uygulayarak ve Box-Behnken yanıt yüzeyi tasarımını kullanarak elma posasından pektinin ultrasonik destekli ekstraksiyon sürecini araştırdı. Ultrason genliğinin, ekstrakte edilen pektinin verimini ve esterleşme derecesini güçlü bir şekilde etkilediğini, ekstraksiyon pH'ının ise verim, GalA içeriği ve esterleşme derecesi gibi üç yanıtın tümü üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu buldular. Ekstraksiyon için en uygun koşullar% 100 genlik, 1.8 pH, 1: 10 g / mL katı-sıvı oranı ve 30 dakika sonikasyon idi. Bu koşullar altında pektin verimi %9.183 olup, 98.127 g/100 g GalA içeriğine ve �.202 esterleşme derecesine sahiptir. Ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektinin sonuçlarını ticari pektin ile ilişkili hale getirmek için, optimal koşullar altında ultrasonik ekstraksiyon ile elde edilen pektin numunesi, FT-IR, DSC, reolojik analiz ve SEM ile ticari narenciye ve elma pektin numuneleri ile karşılaştırıldı. İlk iki teknik, ultrasonik ekstraksiyon ile ekstrakte edilen pektin örneğinin, moleküler ağırlığın daha dar dağılım aralığı, düzenli moleküler düzenleme ve ticari olarak temin edilebilen elma pektinlerininkine benzer yüksek derecede esterleşme gibi bazı özelliklerini vurguladı. Ultrasonik olarak elde edilen numunenin morfolojik özelliklerinin analizi, bu numunenin parça boyutlarının dağılımı ile bir taraftaki GalA içeriği ile diğer taraftaki su alım kapasitesi arasında bir belirleme modelini gösterir. Ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektin çözeltisinin viskozitesi, belki de yüksek galakturonik asit konsantrasyonu nedeniyle ticari pektin kullanılarak yapılan çözeltilerden çok daha yüksekti. Yüksek derecede esterleşme de göz önüne alındığında, bu, ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektin için viskozitenin neden daha yüksek olduğunu açıklayabilir. Araştırmacılar, Malus domestica 'Fălticeni' elma posasından ultrasonik ekstraksiyon ile ekstrakte edilen pektinin saflığının, yapısının ve reolojik davranışının, bu çözünür lifin umut verici uygulamalarını gösterdiği sonucuna varıyorlar. (Bkz. Dranca & Oroian 2019)
- daha yüksek verim
- Daha hızlı işleme
- daha hafif işleme koşulları
- Geliştirilmiş genel verimlilik
- Basit ve güvenli kullanım
- Hızlı Yatırım Getirisi
Pektin Üretimi için Yüksek Performanslı Ultrasonik Çıkarıcı
Ultrasonik ekstraksiyon, turunçgiller, yan ürünler ve kabukları, elma posası ve diğerleri gibi yüksek kaliteli pektinlerin üretimini kolaylaştıran ve hızlandıran güvenilir bir işleme teknolojisidir. Hielscher Ultrasonik portföyü, kompakt laboratuvar ultrasonicators endüstriyel ekstraksiyon sistemleri için tüm aralığı kapsar. Bu nedenle, Hielscher olarak size öngörülen işlem kapasiteniz için en uygun ultrasonicator'ı sunabiliriz. Uzun süreli deneyimli personelimiz, fizibilite testlerinden ve proses optimizasyonundan ultrasonik sisteminizin nihai üretim seviyesine kurulumuna kadar size yardımcı olacaktır.
Ultrasonik çıkarıcılarımızın küçük ayak izi ve kurulum seçeneklerindeki çok yönlülüğü, onları küçük alanlı pektin işleme tesislerine bile sığdırır. Ultrasonik işlemciler dünya çapında gıda, ilaç ve besin takviyesi üretim tesislerinde kuruludur.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
---|---|---|
1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Hielscher Ultrasonics – Gelişmiş Ekstraksiyon Ekipmanları
Hielscher Ultrasonik ürün portföyü, küçükten büyüğe kadar yüksek performanslı ultrasonik çıkarıcıların tamamını kapsar. Ek aksesuarlar, pektin ekstraksiyon işleminiz için en uygun ultrasonik cihaz konfigürasyonunun kolay montajını sağlar. Optimum ultrasonik kurulum, öngörülen kapasiteye, hacme, hammaddeye, toplu veya satır içi işleme ve zaman çizelgesine bağlıdır.
Toplu ve Satır İçi
Hielscher ultrasonicators toplu ve sürekli akış işleme için kullanılabilir. Ultrasonik toplu işleme, proses testi, optimizasyon ve küçük ila orta ölçekli üretim seviyesi için idealdir. Büyük hacimlerde pektin üreten bir şirket için, hat içi işleme daha avantajlı olabilir. Devamlı hat içi karıştırma prosesi sofistike kurulum gerektirir – bir pompa, hortumlar veya borular ve tanklardan oluşur, ancak yüksek verimli, hızlıdır ve önemli ölçüde daha az işçilik gerektirir. Hielscher Ultrasonics, ekstraksiyon hacminiz ve işlem hedefleriniz için en uygun ekstraksiyon kurulumuna sahiptir.
Her Ürün Kapasitesi için Ultrasonik Aspiratörler
Hielscher Ultrasonik ürün yelpazesi, kompakt laboratuvar ultrasonicators'tan tezgah üstü ve pilot sistemlere kadar tam endüstriyel ultrasonik işlemcilere kadar ultrasonik işlemcilerin tam spektrumunu kapsar. Tam ürün yelpazesi, pektin içeren ham maddeniz, proses kapasiteniz ve üretim hedefleriniz için size en uygun ultrasonik çıkarıcıyı sunmamızı sağlar.
Ultrasonik tezgah üstü sistemler, fizibilite testleri ve proses optimizasyonu için idealdir. Yerleşik proses parametrelerine dayalı doğrusal ölçek büyütme, işleme kapasitelerini daha küçük partilerden tamamen ticari üretime yükseltmeyi çok kolaylaştırır. Ölçek büyütme, daha güçlü bir ultrasonik çıkarıcı ünitesi kurarak veya birkaç ultrasonicator'ı paralel olarak kümeleyerek yapılabilir. UIP16000 ile, Hielscher dünya çapında en güçlü ultrasonik çıkarıcıyı sunuyor.
Optimum sonuçlar için hassas bir şekilde kontrol edilebilir genlikler
Tüm Hielscher ultrasonicators hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve bu nedenle üretimde güvenilir iş atlarıdır. Genlik, pektinin meyve ve biyo-atıklardan ultrasonik ekstraksiyonunun verimliliğini ve etkinliğini etkileyen önemli işlem parametrelerinden biridir.
Tüm Hielscher sonicators, genliğin hassas bir şekilde ayarlanmasına izin verir. Sonotrodlar ve yükseltici kornalar, genliği daha da geniş bir aralıkta değiştirmeye izin veren aksesuarlardır. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sağlayabilir ve zorlu uygulamalar için gerekli ultrasonik yoğunluğu sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir.
Hassas genlik ayarları ve ultrasonik işlem parametrelerinin akıllı yazılım aracılığıyla sürekli olarak izlenmesi, ham maddenizi en etkili ultrasonik koşullarla işleme imkanı verir. En iyi ekstraksiyon sonuçları için en uygun sonikasyon!
Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir. Bu, Hielscher'ın ultrasonik ekipmanını ekstraksiyon gereksinimlerinizi karşılayan güvenilir bir çalışma aracı yapar.
Kolay, Risksiz Test
Ultrasonik işlemler tamamen doğrusal ölçekli olabilir. Bu, bir laboratuvar veya tezgah üstü ultrasonicator kullanarak elde ettiğiniz her sonucun, tam olarak aynı işlem parametrelerini kullanarak tam olarak aynı çıktıya ölçeklendirilebileceği anlamına gelir. Bu, ultrasonication'ı risksiz fizibilite testi, süreç optimizasyonu ve daha sonra ticari üretime uygulama için ideal hale getirir. Sonikasyonun pektin özü üretiminizi nasıl artırabileceğini öğrenmek için bizimle iletişime geçin.
En Yüksek Kalite – Almanya'da tasarlandı ve üretildi
Bir aile şirketi ve aile işletmesi olan Hielscher, ultrasonik işlemcileri için en yüksek kalite standartlarına öncelik vermektedir. Tüm ultrasonicators, Berlin, Almanya yakınlarındaki Teltow'daki merkezimizde tasarlanmış, üretilmiş ve kapsamlı bir şekilde test edilmiştir. Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı ve güvenilirliği, üretiminizde bir iş atı haline getirir. Tam yük altında ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışma, Hielscher yüksek performanslı mikserlerin doğal bir özelliğidir.
Pektinler Hakkında
Pektin, uzun zincirli galakturonan segmentlerinden ve ramnoz, arabinoz, galaktoz ve ksiloz gibi diğer nötr şekerlerden oluşan dallı bir heteropolisakkarittir. Daha spesifik olmak gerekirse, pektin, 1,4-α-bağlı galakturonik asit ve 1,2-bağlı ramnozdan oluşan ve β-D-galaktoz, L-arabinoz ve diğer şeker birimlerinin yan dalları olan bir kopolimer bloğudur. Pektinde birkaç şeker parçası ve farklı seviyelerde metil esterleşme bulunduğundan, pektin diğer polisakkaritler gibi tanımlanmış bir moleküler ağırlığa sahip değildir. Gıdalarda kullanım için belirtilen pektin, en az e galakturonik asit birimleri içeren bir heteropolisakkarit olarak tanımlanır. Özel ekstraksiyon koşulları uygulanarak, pektinler, belirli gereksinimleri karşılamak için başarılı bir şekilde değiştirilebilir ve işlevsel hale getirilebilir. İşlevselleştirilmiş ve modifiye edilmiş pektinlerin üretimi, örneğin farmasötikler için düşük metoksillenmiş pektin gibi özel uygulamalar için ilgi çekicidir.
Pektin Ekstrakt Çözeltisinden Nasıl Ayrılır?
Ultrasonik Ekstraksiyon Sonrası Pektin Çökeltisi: Bir ekstrakt çözeltisine etanol eklemek, pektinin çökeltme adı verilen bir işlemle ayrılmasına yardımcı olabilir. Bitkilerin hücre duvarlarında bulunan karmaşık bir polisakkarit olan pektin, normal koşullar altında suda çözünür. Bununla birlikte, etanol ilavesiyle çözücü ortamını değiştirerek, pektinin çözünürlüğü azaltılabilir ve bu da çözeltiden çökelmesine yol açabilir.
Aşağıda, etanol kullanarak pektin çökelmesinin arkasındaki kimyayı açıklıyoruz:
- Hidrojen bağlarının bozulması: Pektin molekülleri, sudaki çözünürlüklerine katkıda bulunan hidrojen bağları ile bir arada tutulur. Etanol, pektin molekülleri üzerindeki bağlanma bölgeleri için su molekülleri ile rekabet ederek bu hidrojen bağlarını bozar. Etanol molekülleri, pektin moleküllerinin etrafındaki su moleküllerinin yerini aldıkça, pektin molekülleri arasındaki hidrojen bağları zayıflar ve çözücü içindeki çözünürlüklerini azaltır.
- Azaltılmış Solvent Polaritesi: Etanol sudan daha az polardır, yani pektin gibi polar maddeleri çözme yeteneği daha düşüktür. Ekstrakt çözeltisine etanol eklendikçe, çözücünün genel polaritesi azalır ve bu da pektin moleküllerinin çözelti içinde kalmasını daha az elverişli hale getirir. Bu, etanol-su karışımında daha az çözünür hale geldiği için pektinin çözeltiden çökelmesine yol açar.
- Artan Pektin Konsantrasyonu: Pektin molekülleri çözeltiden çökeldikçe, kalan çözeltideki pektin konsantrasyonu artar. Bu, pektinin filtrasyon veya santrifüjleme yoluyla sıvı fazdan daha kolay ayrılmasını sağlar.
Literatür / Referanslar
- Wafaa S. Abou-Elseoud, Enas A. Hassan, Mohammad L. Hassan (2021): Extraction of pectin from sugar beet pulp by enzymatic and ultrasound-assisted treatments. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, Volume 2, 2021.
- Marina Fernández-Delgado, Esther del Amo-Mateos, Mónica Coca, Juan Carlos López-Linares, M. Teresa García-Cubero, Susana Lucas (2023): Enhancement of industrial pectin production from sugar beet pulp by the integration of surfactants in ultrasound-assisted extraction followed by diafiltration/ultrafiltration. Industrial Crops and Products, Volume 194, 2023.
- Wang, Wenjun; Wu, Xingzhu; Chantapakul, Thunthacha; Wang, Danli; Zhang, Song; Ma Xiaobin; Ding, Tian; Ye, Xingqian; Liu, Donghong(2017): Acoustic cavitation assisted extraction of pectin from waste grapefruit peels: A green two-stage approach and its general mechanism. Food Research Journal Vol.102, December 2017. 101-110.
- Drance, Florina; Oroian, Mircea (2019): Ultrasound-Assisted Extraction of Pectin from Malus domestica ‘Fălticeni’ Apple Pomace. Processes 7(8): 488; 2019.
- Owais Yousuf; Anupama Singh; N. C. Shahi; Anil Kumar; A. K. Verma (2018): Ultrasound Assisted Extraction of Pectin from Orange Peel. Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences Vol 7 [12], November 2018. 48-54.
- Lena Rebecca Larsen; Julia Buerschaper; Andreas Schieber; Fabian Weber (2019): Interactions of Anthocyanins with Pectin and Pectin Fragments in Model Solutions. J Agric Food Chem 2019 Aug 21; 67(33). pp. 9344-9353.