Meyve ve Biyo-Atıklardan Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonu

• Pektinler, çok sık kullanılan bir gıda katkı maddesidir ve esas olarak jelleştirici etkileri için eklenir.
• Ultrasonik ekstraksiyon, pektin ekstraktlarının verimini ve kalitesini önemli ölçüde artırır.
• Sonikasyon, manifold endüstriyel işlemlerde zaten kullanılan işlem yoğunlaştırıcı etkileri ile bilinir.

Pektinler ve Pektin Ekstraksiyonu

Pektin, özellikle meyvelerin hücre duvarlarında, özellikle turunçgillerde ve elma posasında bulunan doğal bir kompleks polisakkarittir (heteropolisakkarit). Yüksek pektin içeriği hem elma hem de turunçgillerin meyve kabuklarında bulunur. Elma posası kuru madde bazında -15 pektin içerirken, turunçgil kabuğu -30 oranında içerir. Pektinler biyouyumlu, biyolojik olarak parçalanabilir ve yenilenebilirdir ve mükemmel jelleşme ve koyulaştırma özellikleri gösterir, bu da onları çok değerli bir katkı maddesi yapar. Pektinler, gıda, kozmetik ve farmasötik ürünlerde emülgatör, jelleştirici ajan, sırlama ajanı, stabilizatör ve koyulaştırıcı gibi reoloji değiştirici olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
Endüstriyel uygulamalar için konvansiyonel pektin ekstraksiyonu, asit katalizli bir proses (nitrik, hidroklorik veya sülfürik asit kullanılarak) kullanılarak gerçekleştirilir. Asit katalizli ekstraksiyon, endüstriyel pektin üretiminde en sık kullanılan işlemdir, çünkü 24 saate kadar doğrudan kaynatma (60ºC-100ºC) ve düşük pH (1.0-3.0) gibi diğer ekstraksiyon teknikleri yavaş ve düşük verimlidir ve ekstrakte edilen elyafın termal bozulmasına neden olabilir ve pektin verimi bazen proses koşulları tarafından sınırlıdır. Bununla birlikte, asit katalizli ekstraksiyonun dezavantajları da vardır: Sert asidik işlem, pektin zincirlerinin depolimerizasyonuna ve deesterifikasyonuna neden olur, bu da pektin kalitesini olumsuz etkiler. Büyük hacimli asidik atık su üretimi, işlem sonrası ve pahalı geri dönüşüm işlemi gerektirir ve bu da işlemi çevresel bir yük haline getirir.

Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonu

Ultrasonik ekstraksiyon, çeşitli gıda işlemlerine uygulanan hafif, termal olmayan bir işlemdir. Pektinlerin meyve ve sebzelerden ekstraksiyonu ile ilgili olarak, sonikasyon yüksek kalitede pektin üretir. Ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektinler, anhidroüronik asit, metoksil ve kalsiyum pektat içeriklerinin yanı sıra esterleşme derecesi ile de öne çıkar. Ultrasonik ekstraksiyonun ılıman koşulları, ısıya duyarlı pektinlerin termal bozulmasını önler.
Pektin kalitesi ve saflığı, anhidrogalakturonik asit, esterleşme derecesi, ekstrakte edilen pektinin kül içeriğine bağlı olarak değişebilir. Yüksek molekül ağırlıklı ve düşük kül ('un altında) ve yüksek anhidrogalakturonik asit (e'in üzerinde) içeriğine sahip pektin, kaliteli pektin olarak bilinir. Ultrasonik tedavinin yoğunluğu çok hassas bir şekilde kontrol edilebildiğinden, pektin ekstraktının özellikleri genlik, ekstraksiyon sıcaklığı, basınç, alıkonma süresi ve çözücünün ayarlanmasıyla etkilenebilir.

 
Yukarıdaki videoda gösterilen greyfurt kabuğundan ultrasonik pektin ekstraksiyonu için protokolü bulun!
 

Ultrasonik ekstraksiyon çeşitli kullanılarak çalıştırılabilir Çözücü su, sitrik asit, nitrik asit çözeltisi (HNO₃, pH 2.0) veya amonyum oksalat / oksalik asit, bu da sonikasyonu mevcut ekstraksiyon hatlarına (retro-fitting) entegre etmeyi mümkün kılar.

Kaynak olarak meyve atıkları: Elma posası, turunçgil kabukları (portakal, limon, greyfurt gibi), üzüm posası, nar, şeker pancarı posası, ejder meyvesi kabuğu, dikenli armut kladodları, çarkıfelek meyvesi kabuğu ve mango kabuklarından pektinleri izole etmek için yüksek performanslı ultrason başarıyla uygulanmıştır.

Ultrasonik Ekstraksiyon Sonrası Pektin Çökeltmesi

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.

Etanol kullanılarak pektin çökelmesinin arkasındaki kimya üç reaksiyonla açıklanabilir:

• 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.

Pektinin etanol kullanılarak çökeltilmesi, pektinleri ekstrakt çözeltisinden izole etmek için basit ve etkili bir yöntemdir, bu da ultrasonik pektin ekstraksiyonundan sonra kolayca çalıştırılabilen bir işlem adımıdır. Ekstrakt çözeltisine etanol eklenmesi, çözücü ortamını, pektinin çözünürlüğünü azaltacak şekilde değiştirir, çökelmesine ve ardından çözeltiden ayrılmasına yol açar. Bu teknik, çeşitli endüstriyel ve gıda uygulamaları için bitki materyallerinden pektinin ekstraksiyonunda ve saflaştırılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler

Hielscher Ultrasonics, botaniklerden ekstraksiyon işlemleri için ortağınızdır. Araştırma ve analiz için küçük miktarlarda ekstrakte etmek veya ticari üretim için büyük hacimlerde işlem yapmak istiyorsanız, sizin için uygun ultrasonik çıkarıcıya sahibiz. Ultrasonik laboratuvar homojenizatörlerimizin yanı sıra tezgah üstü ve endüstriyel sonikatörlerimiz sağlamdır, kullanımı kolaydır ve tam yük altında 7/24 çalışacak şekilde üretilmiştir. Farklı boyut ve şekillere sahip sonotrodlar (ultrasonik problar / boynuzlar), akış hücreleri ve reaktörler ve güçlendiriciler gibi geniş bir aksesuar yelpazesi, size özel ekstraksiyon işlemi için en uygun kurulumu sağlar.
Tüm dijital ultrasonik makineler, renkli bir dokunmatik ekran, otomatik veri protokolü için entegre SD Kart ve kapsamlı süreç izleme için tarayıcı uzaktan kumandası ile donatılmıştır. Hielscher'ın gelişmiş ultrasonik sistemleriyle, yüksek bir süreç standardizasyonu ve kalite kontrolü basitleştirilir.
Pektin ekstraksiyon işleminizin gereksinimlerini görüşmek için bugün bize ulaşın! Ultrasonik ekstraksiyondaki uzun vadeli tecrübemizle size yardımcı olmaktan ve en yüksek proses verimliliğini ve optimum pektin kalitesini elde etmenize yardımcı olmaktan memnuniyet duyacağız!

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:

Ultrasonik Pektin Ekstraksiyonunun Araştırma Sonuçları

Domates atıkları: Refluxing işleminde uzun ekstraksiyon sürelerinden (12–24 saat) kaçınmak için, ekstraksiyon işleminin zaman açısından yoğunlaştırılması için ultrasonikasyon kullanıldı (15, 30, 45, 60 ve 90 dakika). Ekstraksiyon sürelerine bağlı olarak, 60 ° C ve 80 ° C sıcaklıklarda ilk ultrasonik ekstraksiyon aşaması için elde edilen pektin verimleri sırasıyla% 15.2-17.2 ve% 16.3-18.5'tir. İkinci bir ultrasonik ekstraksiyon aşaması uygulandığında, domates atıklarından pektinlerin verimi, sıcaklıklara ve sürelere bağlı olarak% 34-36'ya çıkarıldı). Açıkçası, ultrasonik ekstraksiyon, domates hücre duvarı matrisinin yırtılmasını arttırır ve çözücü ile ekstrakte edilen malzeme arasında daha iyi etkileşimlere yol açar.
Ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektinler, hızlı sertleşen jelleşme özelliklerine sahip yüksek metoksil pektinler (HM-pektin) olarak kategorize edilebilir (DE > %) ve s.3-85.4 esterleşme derecesi. n. Ultrasonik olarak ekstrakte edilen pektindeki kalsiyum pektat içeriği, ekstraksiyon parametrelerine (sıcaklık ve süre) bağlı olarak A.4 ile �.5 arasında ölçüldü. Ultrasonik ekstraksiyonun daha yüksek sıcaklığında, kalsiyum pektat içeriği daha yüksektir (% 91-97) ve bu nedenle geleneksel ekstraksiyona kıyasla pektin jelleşme kabiliyetinin önemli bir parametresidir.
24 saatlik bir süre boyunca geleneksel solvent ekstraksiyonu, 15 dakikalık ultrasonik ekstraksiyon işlemine kıyasla benzer pektin verimleri verir. Elde edilen sonuçlarla ilgili olarak, ultrasonik tedavinin ekstraksiyon süresini önemli ölçüde azalttığı sonucuna varılabilir. NMR ve FTIR spektroskopisi, incelenen tüm örneklerde ağırlıklı olarak esterlenmiş pektinin varlığını doğrulamaktadır. [Grassino ve ark. 2016]

Çarkıfelek meyvesi kabuğu: Ekstraksiyon verimi, galakturonik asit ve esterleşme derecesi, ekstraksiyon verimliliğinin göstergeleri olarak kabul edildi. ultrason destekli ekstraksiyon ile elde edilen en yüksek pektin verimi .67 idi (ekstraksiyon koşulları 85ºC, 664 W/cm2, pH 2.0 ve 10 dk). Aynı koşullar için, geleneksel bir ısıtma ekstraksiyonu gerçekleştirildi ve sonuç% 7.95 idi. Bu sonuçlar, ultrason destekli pektin, hemiselülozlar ve diğer suda çözünür polisakkaritler dahil olmak üzere polisakkaritlerin etkili bir şekilde ekstraksiyonu için kısa süreyi bildiren diğer çalışmalarla uyumludur. Ekstraksiyon ultrason ile desteklendiğinde ekstraksiyon veriminin 1.6 kat arttığı da gözlendi. Elde edilen sonuçlar, ultrasonun çarkıfelek meyvesi kabuğundan pektin ekstraksiyonu için etkili ve zaman kazandıran bir teknik olduğunu göstermiştir. [Freitas de Oliveira ve ark. 2016]

Dikenli Armut Cladodes: Müsilaj çıkarıldıktan sonra Opuntia ficus indica (OFI) kladodlarından pektinin ultrasonik yardımlı ekstraksiyonu (BAE), yanıt yüzeyi metodolojisi kullanılarak denendi. Proses değişkenleri, pektin ekstraksiyon verimini iyileştirmek için izovaryant merkezi kompozit tasarım ile optimize edildi. Elde edilen optimum koşul şuydu: sonikasyon süresi 70 dakika, sıcaklık 70, pH 1.5 ve su-malzeme oranı 30 ml / g. Bu durum doğrulandı ve deneysel ekstraksiyon performansı .14 ± %1.41 idi, bu da tahmin edilen değerle (.06) yakından bağlantılıydı. Bu nedenle, ultrasonik ekstraksiyon, daha kısa sürede ve daha düşük sıcaklıklarda elde edilen yüksek verimliliği sayesinde geleneksel ekstraksiyon işlemine umut verici bir alternatif sunmaktadır. OFI kladodlarından (UAEPC) ultrasonik ekstraksiyon ile ekstrakte edilen pektin, düşük derecede esterleşmeye, yüksek üronik asit içeriğine, önemli fonksiyonel özelliklere ve iyi anti-radikal aktiviteye sahiptir. Bu sonuçlar, UAEPC'nin gıda endüstrisinde potansiyel katkı maddesi olarak kullanılması lehinedir. [Bayar ve ark. 2017]

Üzüm posası: "Sitrik asit kullanılarak üzüm posasından pektinlerin ultrason destekli ekstraksiyonu: Bir yanıt yüzeyi metodolojisi yaklaşımı" araştırma makalesinde, özütleme maddesi olarak sitrik asit ile üzüm posasından pektinleri çıkarmak için sonikasyon kullanılır. Yanıt Yüzeyi Metodolojisine göre, ultrasonik ekstraksiyon işlemi pH 2.0'lık bir sitrik asit çözeltisi kullanılarak 60 dakika boyunca 75ºC'de gerçekleştirildiğinde en yüksek pektin verimi (∼% 32.3) elde edilebilir. Esas olarak galakturonik asit birimlerinden (toplam şekerlerin ∼�'si) oluşan bu pektik polisakkaritler, ortalama 163.9kDa'lık bir moleküler ağırlığa ve U.2'lik bir esterleşme derecesine (DE) sahiptir.
Sonikasyonlu üzüm posasının yüzey morfolojisi, sonikasyonun bitkisel dokuyu parçalamada ve ekstraksiyon verimini arttırmada önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Optimal koşullar (75 ° C, 60 dakika, pH 2.0) kullanılarak pektinlerin ultrasonik ekstraksiyonundan sonra elde edilen verim, ekstraksiyon aynı sıcaklık, zaman ve pH koşulları uygulanarak gerçekleştirildiğinde elde edilen verimden% 20 daha yüksekti, ancak ultrasonik yardım olmadan. Ek olarak, ultrasonik ekstraksiyondan elde edilen pektinler de daha yüksek bir ortalama moleküler ağırlık sergiledi. [Minjares-Fuentes ve ark. 2014]