Khai thác bằng siêu âm dẫn đến năng suất cao của pectin chất lượng cao. Sử dụng sonication, pectin có giá trị có thể được sản xuất hiệu quả từ chất thải trái cây (ví dụ, phụ phẩm từ chế biến nước trái cây) và nguyên liệu sinh học khác. Khai thác pectin siêu âm vượt trội các kỹ thuật khai thác khác bằng cách sản xuất năng suất cao hơn, cho chất lượng pectin vượt trội, và một thủ tục khai thác nhanh chóng.

Tăng cường khai thác Pectin bởi Sonication

Pectin được sử dụng như một chất gelling, nhũ tương và dày lên trong nhiều sản phẩm thực phẩm cũng như một thành phần trong mỹ phẩm và dược phẩm. Khai thác pectin công nghiệp thông thường được thực hiện thông qua khai thác nước nóng, nơi nguyên liệu thô như vỏ cam quýt, pomace táo và chất thải trái cây khác được ngâm trong nước nóng 60-100 ° C ở độ pH thấp (khoảng pH 1,5 - 3,5) trong một thời gian dài. Điều này biến khai thác nước nóng thông thường một quá trình thời gian và tiêu thụ năng lượng, đó là thường thậm chí không đủ hiệu quả để phát hành một lượng cao của pectin có sẵn trong nguyên liệu thô.
Để khắc phục sự kém hiệu quả của phương pháp sản xuất thông thường, khai thác siêu âm được áp dụng như một kỹ thuật tăng cường quá trình làm giảm thời gian khai thác và tối đa hóa năng suất pectin đáng kể khi so sánh với khai thác nước nóng truyền thống.

Lợi thế của siêu âm Pectin khai thác

Khai thác bằng siêu âm được áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất chiết xuất, ví dụ như chiết xuất thực vật và thảo dược cho thực phẩm, bổ sung, dược phẩm, và mỹ phẩm. Một ví dụ rất nổi bật về khai thác siêu âm là khai thác cannabidiol (CBD) và các hợp chất khác từ cây cần sa.
Khai thác bằng siêu âm là một kỹ thuật khai thác không nhiệt, ngăn chặn do đó các hợp chất hoạt tính sinh học chống lại sự suy thoái nhiệt. Tất cả các thông số quá trình siêu âm, chẳng hạn như biên độ, cường độ, thời gian, nhiệt độ và áp suất, có thể được kiểm soát chính xác. Điều này cho phép quá trình chính xác và kiểm soát chất lượng và làm cho nó dễ dàng để lặp lại và tái tạo một khi thu được kết quả khai thác. Trích xuất các nhà sản xuất giá trị ultrasonication cho lặp lại quá trình đáng tin cậy, giúp tiêu chuẩn hóa các quy trình và sản phẩm.

Việc xác định các thông số quy trình có liên quan cho phép tối ưu hóa quá trình khai thác siêu âm với hiệu quả cao nhất và chất lượng chiết xuất vượt trội.
Ví dụ, kích thước hạt của nguyên liệu thô (ví dụ, vỏ cam quýt) là một yếu tố quan trọng: Kích thước hạt nhỏ hơn có nghĩa là diện tích bề mặt cao hơn cho sóng siêu âm hoạt động. Một kích thước hạt nhỏ kết quả do đó trong sản lượng pectin cao hơn, một mức độ thấp hơn của methyl hóa và tỷ lệ lớn hơn của rhamnogalacturonan (RG) khu vực.
Giá trị pH của dung môi chiết xuất (tức là nước + axit) là một tham số thiết yếu khác. Khi pectin được chiết xuất trong điều kiện axit, nhiều vùng phân nhánh rhamnogalacturonan của polymer bị phân hủy, do đó chủ yếu là các vùng "thẳng" homogalacturonan (HG) với một vài phân tử đường trung tính gắn vào hoặc trong chuỗi tuyến tính chính vẫn còn.
Khai thác pectin siêu âm làm giảm thời gian khai thác và làm giảm nhiệt độ quá trình cần thiết, làm giảm cơ hội sửa đổi pectin không mong muốn bởi axit. Điều này cho phép sử dụng axit trong điều kiện hạn chế để sửa đổi pectin chính xác theo yêu cầu sản phẩm.

Điều gì làm cho siêu âm Pectin khai thác hiệu quả như vậy?

Tác động của khai thác siêu âm ảnh hưởng trực tiếp đến sưng, thủng và vỡ thành tế bào. Ultrasonically gây ra khối lượng chuyển gây ra hydrat hóa của vật liệu pectinous ở giữa lamella dẫn đến sự tan vỡ của các mô thực vật. Siêu âm cavitation và lực cắt trực tiếp tác động đến thành tế bào và phá vỡ chúng mở. Các cơ chế này dẫn đến kết quả hiệu quả cao của khai thác siêu âm.

Ultrasonically chiết xuất pectin (cũng âm thanh cavitation hỗ trợ chiết xuất pectin, abbrev. ACAE) trong đó có trọng lượng phân tử thấp hơn và mức độ methoxylation là phong phú hơn trong rhamnogalacturonan-I (RG-I) khu vực với chuỗi bên dài so với nhiệt thông thường chiết xuất (CHE) pectin từ phân tích hóa học và FT-IR. Mức tiêu thụ năng lượng để khai thác pectin ulgtrasonic thấp hơn đáng kể so với phương pháp sưởi ấm thông thường, cho thấy ứng dụng đầy hứa hẹn của nó cho quy mô sản xuất công nghiệp.
(cf. Wang et al., 2017)
Wang và các đồng nghiệp của mình (2017) cũng củng cố rằng khai thác ultrasonically hỗ trợ (UAE) được chứng minh là một quá trình kinh tế và thân thiện với môi trường với hiệu quả cao hơn và chi phí ít hơn so với khai thác sưởi ấm thông thường (CHE).

Làm thế nào để khai thác Pectin siêu âm làm việc?

Khai thác bằng siêu âm dựa trên tác dụng sonomechanical của siêu âm cường độ cao. Để thúc đẩy và tăng cường khai thác pectin thông qua ultrasonication, sóng siêu âm công suất cao được kết hợp thông qua một đầu dò siêu âm (còn được gọi là sừng siêu âm hoặc sonotrode) vào môi trường lỏng, tức là bùn bao gồm trong nguyên liệu có chứa pectin và dung môi. Các sóng siêu âm đi qua chất lỏng và tạo ra các chu kỳ áp suất thấp / áp suất cao xen kẽ. Trong chu kỳ áp suất thấp, bong bóng chân không phút (cái gọi là bong bóng cavitation) được tạo ra, phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất. Trong những chu kỳ tăng trưởng bong bóng, các khí hòa tan trong chất lỏng đi vào bong bóng chân không, để bong bóng chân không biến thành bong bóng khí đang phát triển. Ở một kích thước nhất định, khi các bong bóng không thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn, chúng nổ tung dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Sự nổ bong bóng được đặc trưng bởi các lực cavitational dữ dội, bao gồm nhiệt độ và áp suất rất cao lần lượt lên đến 4000K và 1000atm; cũng như vi sai nhiệt độ và áp suất cao tương ứng. Những nhiễu loạn ultrasonically tạo ra và lực cắt phá vỡ các tế bào thực vật lên và phát hành các pectin nội bào vào dung môi nước dựa trên. Kể từ khi siêu âm cavitation tạo ra chuyển khối lượng rất cường độ cao, sonication kết quả trong sản lượng đặc biệt cao trong một thời gian xử lý rất ngắn.

Thông tin về Pectins

Pectin là một heteropolysaccharide phân nhánh bao gồm các phân đoạn galacturonan chuỗi dài và các loại đường trung tính khác như rhamnose, arabinose, galactose và xylose. Cụ thể hơn, pectin là một khối đồng polymer bao gồm axit galacturonic liên kết 1,4-α và rhamnose liên kết 1,2 với các nhánh bên của β-D-galactose, L-arabinose và các đơn vị đường khác. Vì trong pectin một số moieties đường và mức độ khác nhau của methyl este hóa được tìm thấy, pectin không có một trọng lượng phân tử được xác định như polysaccharides khác. Pectin, được chỉ định để sử dụng trong thực phẩm, được định nghĩa là một heteropolysaccharide có chứa ít nhất 65% đơn vị axit galacturonic. Bằng cách áp dụng các điều kiện khai thác cụ thể, pectin có thể được sửa đổi và chức năng thành công để đáp ứng các yêu cầu cụ thể. Việc sản xuất pectin chức năng và sửa đổi được quan tâm cho các ứng dụng đặc biệt, ví dụ như pectin methoxylated thấp (LMP) cho dược phẩm.

Pectin chiết xuất từ chất thải trái cây

Chất thải trái cây như vỏ, dư lượng bột trái cây (sau khi ép nước ép trái cây), và các sản phẩm phụ trái cây khác thường là nguồn pectin phong phú. Trong khi các sản phẩm chất thải trái cây thường được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, khai thác pectin là một sử dụng có giá trị hơn của chất thải trái cây.
Khai thác pectin siêu âm đã được thực hiện thành công với vỏ cam quýt (như cam, quýt, bưởi), vỏ dưa, táo pomace, pomace củ cải đường, vỏ xoài, chất thải cà chua, cũng như mít, chanh dây, vỏ vả trong số những người khác.

Trường hợp nghiên cứu khai thác siêu âm Pectin

Do những hạn chế của khai thác pectin thông thường bằng nhiệt, nghiên cứu và công nghiệp đã điều tra các lựa chọn thay thế sáng tạo như khai thác siêu âm. Qua đó, có rất nhiều thông tin về các thông số quy trình cho các nguyên liệu khác nhau cũng như dữ liệu tối ưu hóa quy trình.

Khai thác siêu âm Pectin từ Apple Pomace

Dranca và Oroian (2019) đã điều tra quá trình khai thác ultrasonically hỗ trợ của pectin từ táo pomace áp dụng các điều kiện siêu âm khác nhau và sử dụng thiết kế bề mặt phản ứng Box-Behnken. Họ phát hiện ra rằng biên độ siêu âm ảnh hưởng mạnh mẽ đến năng suất và mức độ este hóa của pectin chiết xuất, trong khi độ pH chiết xuất có tác động lớn đến cả ba phản ứng, tức là năng suất, hàm lượng GalA và mức độ este hóa. Các điều kiện tối ưu để khai thác là biên độ 100% , pH của 1,8, tỷ lệ rắn-lỏng của 1:10 g / mL, và 30 phút sonication. Trong những điều kiện này, năng suất pectin là 9,183% và có hàm lượng GalA 98,127 g / 100 g và mức độ este hóa 83,202%. Để thiết lập các kết quả của ultrasonically chiết xuất pectin vào mối quan hệ với pectin thương mại, mẫu pectin thu được bằng cách khai thác siêu âm trong điều kiện tối ưu được so sánh với cam quýt thương mại và táo pectin mẫu bởi FT-IR, DSC, phân tích lưu biến, và SEM. Hai kỹ thuật đầu tiên nêu bật một số đặc điểm của mẫu pectin được chiết xuất bằng siêu âm như phạm vi phân bố hẹp hơn của trọng lượng phân tử, sự sắp xếp phân tử có trật tự và mức độ este hóa cao tương tự như pectin táo có sẵn trên thị trường. Việc phân tích các đặc điểm hình thái của mẫu ultrasonically thu được chỉ ra một mô hình xác định giữa sự phân bố các kích thước mảnh vỡ của mẫu này và nội dung GalA của nó ở một bên, và khả năng hấp thụ nước ở phía bên kia. Độ nhớt của dung dịch pectin chiết xuất ultrasonically cao hơn nhiều so với các giải pháp được thực hiện bằng cách sử dụng pectin thương mại, mà có lẽ vì nồng độ cao của axit galacturonic. Khi cũng xem xét mức độ cao của este hóa, điều này có thể giải thích tại sao độ nhớt cao hơn cho ultrasonically chiết xuất pectin. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng độ tinh khiết, cấu trúc và hành vi lưu biến của pectin chiết xuất bằng siêu âm khai thác từ Malus domestica 'Fălticeni' táo pomace chỉ ra các ứng dụng đầy hứa hẹn của chất xơ hòa tan này. (cf. Dranca (cf. Dranca) & Người Oroian 2019)

Máy vắt siêu âm hiệu suất cao để sản xuất Pectin

Khai thác bằng siêu âm là một công nghệ chế biến đáng tin cậy, tạo điều kiện và tăng tốc sản xuất pectin chất lượng cao nguyên liệu khác nhau như trái cây họ cam quýt phụ phẩm và vỏ, táo pomace và nhiều người khác. Hielscher Ultrasonics danh mục đầu tư bao gồm đầy đủ từ ultrasonicators phòng thí nghiệm nhỏ gọn để hệ thống khai thác công nghiệp. Qua đó, chúng tôi tại Hielscher có thể cung cấp cho bạn ultrasonicator phù hợp nhất cho khả năng quá trình dự kiến của bạn. Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn từ các thử nghiệm khả thi và tối ưu hóa quy trình để cài đặt hệ thống siêu âm của bạn ở cấp độ sản xuất cuối cùng.
Các chân nhỏ in của vắt siêu âm của chúng tôi cũng như tính linh hoạt của họ trong các tùy chọn cài đặt làm cho họ phù hợp ngay cả vào các cơ sở chế biến pectin không gian nhỏ. Bộ vi xử lý siêu âm được cài đặt trên toàn thế giới trong thực phẩm, dược phẩm và các cơ sở sản xuất bổ sung dinh dưỡng.

Hielscher Ultrasonics – Thiết bị chiết xuất tinh vi

Danh mục sản phẩm Hielscher Ultrasonics bao gồm đầy đủ các vắt siêu âm hiệu suất cao từ quy mô nhỏ đến lớn. Phụ kiện bổ sung cho phép lắp ráp dễ dàng cấu hình thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho quá trình khai thác pectin của bạn. Thiết lập siêu âm tối ưu phụ thuộc vào công suất dự kiến, khối lượng, nguyên liệu thô, quá trình hàng loạt hoặc nội tuyến và thời gian.

Batch và inline

Ultrasonicators Hielscher có thể được sử dụng cho hàng loạt và liên tục dòng chảy thông qua chế biến. Xử lý hàng loạt siêu âm là lý tưởng để kiểm tra quy trình, tối ưu hóa và mức độ sản xuất từ nhỏ đến trung bình. Đối với một khối lượng lớn sản xuất pectin, xử lý nội tuyến có thể thuận lợi hơn. Một quá trình trộn nội tuyến liên tục đòi hỏi phải thiết lập tinh vi – bao gồm trong một máy bơm, ống hoặc ống và bể -, nhưng nó có hiệu quả cao, nhanh chóng và đòi hỏi ít lao động hơn đáng kể. Hielscher Ultrasonics có thiết lập khai thác phù hợp nhất cho khối lượng khai thác và mục tiêu quá trình của bạn.

Nhổ siêu âm cho mỗi sản phẩm công suất

Hielscher Ultrasonics phạm vi sản phẩm bao gồm đầy đủ các bộ vi xử lý siêu âm từ ultrasonicators phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên băng ghế dự bị và hệ thống thí điểm để bộ vi xử lý siêu âm hoàn toàn công nghiệp với khả năng xử lý xe tải mỗi giờ. Phạm vi sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn máy vắt siêu âm phù hợp nhất cho nguyên liệu thô, công suất quy trình và mục tiêu sản xuất có chứa pectin của bạn.
Hệ thống để bàn siêu âm là lý tưởng cho các xét nghiệm khả thi và tối ưu hóa quá trình. Tuyến tính mở rộng dựa trên các thông số quy trình đã được thiết lập làm cho nó rất dễ dàng để tăng khả năng xử lý từ các lô nhỏ hơn để sản xuất thương mại đầy đủ. Up-Scaling có thể được thực hiện bằng cách cài đặt một thiết bị vắt siêu âm mạnh hơn hoặc phân cụm một số ultrasonicators song song. Với UIP16000, Hielscher cung cấp bộ vắt siêu âm mạnh mẽ nhất trên toàn thế giới.

Chính xác điều khiển amplitudes cho kết quả tối ưu

Tất cả các ultrasonicators Hielscher được kiểm soát chính xác và do đó ngựa làm việc đáng tin cậy trong sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quá trình quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả và hiệu quả của việc khai thác siêu âm pectin từ trái cây và chất thải sinh học.
Tất cả Hielscher Ultrasonics’ bộ xử lý cho phép thiết lập chính xác của biên độ. Sonotrodes và sừng tăng cường là những phụ kiện cho phép sửa đổi biên độ trong một phạm vi rộng hơn. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể cung cấp biên độ rất cao và cung cấp cường độ siêu âm cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi. Khuếch đại lên đến 200 μm có thể dễ dàng chạy trong 24/7 hoạt động.
Cài đặt biên độ chính xác và giám sát vĩnh viễn các thông số quá trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cung cấp cho bạn khả năng điều trị nguyên liệu thô của bạn với các điều kiện siêu âm hiệu quả nhất. Sonication tối ưu cho kết quả khai thác tốt nhất!
Mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép 24/7 hoạt động ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi. Điều này làm cho thiết bị siêu âm của Hielscher trở thành một công cụ đáng tin cậy để đáp ứng các yêu cầu khai thác của bạn.

Dễ dàng, kiểm tra rủi ro miễn phí

Quá trình siêu âm có thể được thu nhỏ hoàn toàn tuyến tính. Điều này có nghĩa là mỗi kết quả mà bạn đã đạt được bằng cách sử dụng một phòng thí nghiệm hoặc băng ghế dự bị-top ultrasonicator, có thể được thu nhỏ để chính xác cùng một đầu ra bằng cách sử dụng các thông số quá trình chính xác cùng. Điều này làm cho ultrasonication lý tưởng cho thử nghiệm tính khả thi rủi ro miễn phí, tối ưu hóa quy trình và thực hiện tiếp theo vào sản xuất thương mại. Liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu làm thế nào sonication có thể làm tăng sản xuất chiết xuất pectin của bạn.

Chất lượng cao nhất – Thiết kế và sản xuất tại Đức

Là một doanh nghiệp do gia đình sở hữu và gia đình chạy, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho bộ xử lý siêu âm của nó. Tất cả các ultrasonicators được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi tại Teltow gần Berlin, Đức. Mạnh mẽ và độ tin cậy của thiết bị siêu âm của Hielscher làm cho nó một con ngựa làm việc trong sản xuất của bạn. 24/7 hoạt động dưới tải đầy đủ và trong môi trường đòi hỏi là một đặc tính tự nhiên của máy trộn hiệu suất cao của Hielscher.

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: