Chiết xuất pectin từ vỏ bưởi chùm bằng máy siêu âm
Pectin từ các phụ phẩm trái cây như vỏ hoặc bã được chiết xuất với hiệu quả rất cao bằng thiết bị chiết xuất siêu âm. Là phương pháp chiết xuất pectin đáng tin cậy, đơn giản và vận hành an toàn, xử lý siêu âm giúp tăng hiệu suất thu hồi và chất lượng pectin đồng thời đẩy nhanh tốc độ sản xuất. Dưới đây, chúng tôi trình bày kỹ thuật chiết xuất pectin hiệu quả từ vỏ bưởi chùm bằng siêu âm.
Chiết xuất pectin bằng siêu âm từng bước
Chiết xuất pectin bằng siêu âm là việc ứng dụng siêu âm công suất cao để thúc đẩy giải phóng pectin từ nguyên liệu thô (ví dụ: vỏ trái cây, phụ phẩm trái cây có múi). Xử lý siêu âm là một kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi để phá vỡ thành tế bào và giải phóng pectin từ nguyên liệu thực vật.
Sau đây là quy trình chiết xuất pectin từ vỏ bưởi chùm bằng máy siêu âm dạng đầu dò, sau đó kết tủa bằng ethanol:
Vật liệu và thiết bị sử dụng:
- 50gr vỏ bưởi chùm
- 200mL nước tinh khiết
- 400mL ethanol
- Máy siêu âm UP200St + đầu sonotrode S26d14
- Cốc thủy tinh
Máy siêu âm UIP4000hdT là thiết bị chiết xuất mạnh mẽ có công suất 4kW được sử dụng để sản xuất pectin công nghiệp.
Chuẩn bị nguyên liệu:
- Chuẩn bị vỏ trái cây có múi làm nguyên liệu. Trong quy trình này, chúng tôi sử dụng vỏ bưởi chùm.
- Rửa kỹ vỏ trái cây có múi để loại bỏ mọi chất bẩn hoặc mảnh vụn.
- Cắt vỏ trái cây có múi thành các miếng nhỏ để tăng diện tích bề mặt cho quá trình chiết xuất.
Lựa chọn dung môi:
Nước là dung môi được ưu tiên dùng để chiết xuất vì có chi phí thấp và không độc hại. Nước thường được sử dụng để chiết xuất pectin nhờ khả năng hòa tan pectin mà không gây phân hủy. Thêm một lượng nhỏ axit (ví dụ: axit citric, axit acetic, axit nitric hoặc axit hydrochloric) vào nước dùng làm dung môi giúp hòa tan pectin từ nguyên liệu thực vật và tăng cường quá trình chiết xuất. Điều chỉnh dung môi đến giá trị pH khoảng 2–3 là một mức tham khảo phù hợp.
Quy trình chiết xuất bằng siêu âm:
- Cho khoảng 50 gr vỏ trái cây có múi đã cắt nhỏ vào cốc hoặc bình.
- Thêm khoảng 200 ml dung môi đã chọn vào vỏ trái cây có múi.
- Sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò để xử lý hỗn hợp bằng sóng siêu âm. Chúng tôi sử dụng UP200Ht, thiết bị chiết xuất siêu âm mạnh mẽ có công suất 200 oát, được trang bị đầu sonotrode S26d14. Đặt biên độ ở mức 100%.
- Xử lý hỗn hợp bằng siêu âm trong khoảng 10 min cho đến khi đạt hiệu quả chiết xuất tối ưu.
Lọc:
Sau khi xử lý siêu âm, lọc hỗn hợp bằng lưới mịn hoặc vải lọc đã được làm ướt trước để tách dung dịch pectin đã chiết xuất khỏi phần bã rắn là các hạt vỏ bưởi chùm. Lặp lại bước lọc này nhiều lần để bảo đảm loại bỏ toàn bộ phần rắn còn lại.
Kết tủa bằng ethanol:
- Để kết tủa pectin từ dung dịch chiết, ethanol thường được sử dụng làm tác nhân kết tủa hoặc tác nhân dập tắt quá trình.
- Chuyển dung dịch pectin đã lọc sang một vật chứa sạch.
- Thêm từ từ ethanol vào dung dịch pectin trong khi khuấy liên tục. Tỷ lệ ethanol so với dung dịch pectin có thể thay đổi nhưng thường vào khoảng 2:1 (ethanol: dung dịch) theo thể tích.
- Tiếp tục thêm ethanol cho đến khi nồng độ ethanol cuối cùng trong dung dịch đạt khoảng 70–80%. Nồng độ này thúc đẩy sự kết tủa pectin.
- Để yên hỗn hợp trong thời gian đủ dài, thường là vài giờ hoặc qua đêm, để tạo điều kiện cho quá trình kết tủa.
- Sau khi kết tủa, thu pectin kết tủa bằng cách ly tâm hoặc lọc.
- Rửa pectin kết tủa bằng ethanol để loại bỏ tạp chất và dung môi dư.
- Cuối cùng, sấy pectin đã tinh sạch trong điều kiện chân không hoặc ở nhiệt độ thấp để loại bỏ độ ẩm còn lại.
Do hàm lượng pectin và nguyên liệu từ trái cây có những biến động tự nhiên, quy trình chiết xuất có thể cần được điều chỉnh cho phù hợp. Điều này có nghĩa là các điều kiện chiết xuất và kết tủa cụ thể có thể cần được tối ưu hóa tùy theo loại vỏ trái cây có múi, độ chín, hiệu suất thu hồi pectin và các đặc tính pectin mong muốn. Có thể sử dụng các kỹ thuật phân tích như phân tích khối lượng hoặc các phương pháp đo quang phổ để định lượng hàm lượng pectin và đánh giá hiệu quả chiết xuất.
Máy siêu âm UP400St dùng để chiết xuất
Ảnh SEM của bã củ cải đường còn lại ở độ phóng đại 1000x: (a) trước khi chiết xuất và sau khi chiết xuất pectin bằng (b) xylanase (250 U/g), (c) cellulase (300 U/g), (d) xylanase+cellulase (1:1), và (e) xylanase+cellulase (1:1,5), và (f) xylanase+cellulase (1:2).
(nghiên cứu và hình ảnh: Abou-Elseoud et al., 2021)
Chiết xuất pectin công nghiệp bằng máy siêu âm Hielscher
Quy trình chiết xuất pectin bằng siêu âm được trình bày ở trên có thể được mở rộng quy mô tuyến tính lên sản xuất công nghiệp trên dây chuyền. Việc sử dụng thiết bị phản ứng siêu âm dạng buồng dòng chảy cho phép xử lý thể tích lớn phụ phẩm trái cây bằng phương pháp xử lý liên tục trên dây chuyền.
Hielscher Ultrasonics cung cấp một dòng máy siêu âm công nghiệp tiên tiến để xử lý nguyên liệu rau quả phục vụ sản xuất pectin.
Xử lý siêu âm không chỉ được sử dụng để chiết xuất pectin mà còn để phân lập polyphenol từ bã ép, bã thịt quả, vỏ và hạt trái cây. Đọc thêm tại đây!
- hiệu quả cao
- công nghệ tiên tiến nhất
- độ tin cậy & độ bền
- kiểm soát quy trình chính xác, có thể điều chỉnh
- theo mẻ & trên dây chuyền
- cho mọi thể tích
- phần mềm thông minh
- các tính năng thông minh (ví dụ: có thể lập trình, ghi nhật ký dữ liệu, điều khiển từ xa)
- vận hành dễ dàng và an toàn
- ít cần bảo trì
- CIP (vệ sinh tại chỗ)
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 0,5 đến 1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức
Máy siêu âm Hielscher nổi tiếng với các tiêu chuẩn chất lượng và thiết kế cao nhất. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các máy siêu âm của chúng tôi vào cơ sở công nghiệp. Máy siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt và môi trường có yêu cầu cao.
Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các máy siêu âm hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến nhất và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, máy siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng nhất hóa siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ hóa và chiết xuất ở quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- Divyani Panwar, Parmjit S. Panesar, Harish K. Chopra (2023): Ultrasound-assisted extraction of pectin from Citrus limetta peels: Optimization, characterization, and its comparison with commercial pectin. Food Bioscience, Volume 51, 2023.
- Cibele Freitas de Oliveira, Diego Giordani, Rafael Lutckemier, Poliana Deyse Gurak, Florencia Cladera-Olivera, Ligia Damasceno Ferreira Marczak (2016): Extraction of pectin from passion fruit peel assisted by ultrasound. LWT – Food Science and Technology 71, 2016. 110-115.
- Antonela Nincevic Grassino, Mladen Brncic, Drazen Vikic-Topic, Suncica Roca, Maja Dent, Suzana Rimac Brncíc (2016): Ultrasound assisted extraction and characterization of pectin from tomato waste. Food Chemistry 198 (2016) 93–100.
- Krauser, S.; Saeed, A.; Iqbal, M. (2015): Comparative Studies on Conventional (Water-Hot Acid) and Non-Conventional (Ultrasonication) Procedures for Extraction and Chemical Characterization of Pectin from Peel Waste of Mango Cultivar Chausna. Pak. J. Bot., 47(4): 1527-1533, 2015.
Thông tin cần biết: Pectin
Pectin là một polysaccharide phức tạp có trong thành tế bào thực vật, đặc biệt là trong trái cây, và chủ yếu được cấu tạo từ các gốc axit galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glycosidic. Sự sắp xếp cấu trúc này mang lại cho pectin những đặc tính độc đáo, khiến nó trở thành một phân tử sinh học đa năng với nhiều ứng dụng công nghiệp.
Ở trạng thái tự nhiên, pectin tồn tại dưới dạng hỗn hợp không đồng nhất của các polymer có mức độ methyl hóa khác nhau, dẫn đến các đặc tính chức năng đa dạng. Mức độ methyl hóa ảnh hưởng đến khả năng tạo gel của pectin, trong đó pectin có hàm lượng methoxy thấp tạo gel bền hơn so với pectin có hàm lượng methoxy cao.
Các chức năng của pectin bắt nguồn từ khả năng tương tác với nước, ion kim loại, đường và các đại phân tử khác. Đặc biệt, đặc tính tạo gel khiến pectin trở thành một thành phần có giá trị trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Pectin thường được sử dụng làm chất tạo gel, chất ổn định và chất làm đặc trong các sản phẩm thực phẩm như mứt, thạch, trái cây bảo quản bằng đường, bánh kẹo và món tráng miệng từ sữa. Trong dược phẩm, pectin đóng vai trò làm nền để giải phóng dược chất có kiểm soát và làm tá dược dính trong công thức viên nén.
Ngoài các ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm và dược phẩm, pectin còn được sử dụng trong nhiều ngành khác. Trong ngành mỹ phẩm, pectin được dùng làm chất ổn định trong nhũ tương và chất tạo màng trong các sản phẩm chăm sóc da. Hơn nữa, pectin có tiềm năng ứng dụng trong y sinh học, bao gồm chữa lành vết thương, kỹ thuật mô và hệ dẫn truyền thuốc, nhờ khả năng tương thích sinh học và phân hủy sinh học.
Các chức năng đa dạng cùng bản chất tương thích sinh học khiến pectin trở thành một vật liệu sinh học có giá trị với phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều ngành công nghiệp.
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng nhất hóa siêu âm hiệu suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.