Chiết xuất siêu âm pectin từ trái cây và chất thải sinh học

• Pectins là một phụ gia thực phẩm rất thường xuyên sử dụng, chủ yếu được bổ sung cho hiệu ứng gelling của nó.
• Khai thác bằng siêu âm làm tăng năng suất và chất lượng chiết xuất pectin đáng kể.
• Sonication được biết đến với quá trình tăng cường hiệu ứng, mà đã được sử dụng trong các quá trình công nghiệp đa dạng.

Pectins và chiết xuất pectin

Pectin là một polysaccharide phức tạp tự nhiên (heteropolysaccharide) được tìm thấy đặc biệt trong các thành tế bào của trái cây, đặc biệt là trong các loại trái cây họ cam quýt và táo pomace. Pectin cao nội dung được tìm thấy trong các loại trái cây của cả hai quả táo và trái cây họ cam quýt. Apple pomace chứa 10-15% pectin trên cơ sở chất khô trong khi vỏ cam quýt chứa 20-30%. Pectins là biocompatible, phân hủy sinh học và tái tạo và hiển thị các tính chất gelling và dày lên, mà làm cho họ một phụ gia có giá trị cao. Các sản phẩm pectins được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, Mỹ phẩm và dược phẩm như là chất làm biến đổi lưu biến như emulsifier, chất keo, đại lý kính, ổn định, và đặc.
Chiết xuất pectin thông thường cho các ứng dụng công nghiệp được thực hiện bằng cách sử dụng một quá trình xúc tác axit (sử dụng nitric, clohiđric hoặc axít sulphuric). Khai thác xúc tác axit là quá trình thường xuyên nhất trong sản xuất pectin công nghiệp, kể từ khi các kỹ thuật khai thác khác như sôi trực tiếp (60 º C-100 º C) cho đến 24 giờ và pH thấp (1,0-3,0) là chậm và thấp năng suất và có thể gây ra sự suy thoái nhiệt của chất xơ chiết xuất và năng suất pectin đôi khi bị giới hạn bởi các điều kiện quá trình. Tuy nhiên, khai thác xúc tác axit đi kèm với nhược điểm của nó, quá: điều trị axit khắc nghiệt gây ra depolymerization và deesterification của chuỗi pectin, mà ảnh hưởng đến chất lượng pectin tiêu cực. Việc sản xuất khối lượng lớn các nước thải có tính axit đòi hỏi phải xử lý sau và điều trị tái chế đắt tiền, mà làm cho quá trình một gánh nặng môi trường.

Siêu âm pectin khai thác

Khai thác bằng siêu âm là một điều trị nhẹ, không nhiệt, được áp dụng cho các quá trình thực phẩm đa dạng. Trong trường hợp việc khai thác pectin từ trái cây và rau quả, sonication sản xuất pectin chất lượng cao. Ultrasonically chiết xuất pectin Excel bởi axit anhydrouronic của họ, methoxyl và canxi pectate nội dung cũng như mức độ esterification của nó. Các điều kiện nhẹ của việc khai thác siêu âm ngăn chặn sự suy thoái nhiệt của các pectins nhạy cảm với nhiệt.
Pectin chất lượng và độ tinh khiết có thể khác nhau tùy thuộc vào axit anhydrogalacturonic, mức esterification, hàm lượng tro của pectin chiết xuất. Pectin với trọng lượng phân tử cao và tro thấp (dưới 10%) hàm lượng axit anhydrogalacturonic cao (trên 65%) được gọi là pectin chất lượng tốt. Vì cường độ của việc xử trị siêu âm có thể được kiểm soát rất chính xác, các thuộc tính của chiết xuất pectin có thể bị ảnh hưởng bằng cách điều chỉnh biên độ, khí nén chiết, áp suất, thời gian lưu giữ và dung môi.

Khai thác siêu âm có thể được chạy bằng cách sử dụng khác nhau Dung môi như nước, axít citric, dung giải axít nitric (HNO₃, pH 2,0), hoặc amoni oxalate/oxalic acid, mà làm cho nó cũng có thể tích hợp sonication vào dòng khai thác hiện có (retro-phù hợp).

Chất thải trái cây như nguồn: Siêu âm hiệu suất cao đã được áp dụng thành công để cô lập pectin từ pomace táo, vỏ trái cây có múi (chẳng hạn như cam, chanh, bưởi), thịt nho, lựu, bột củ cải đường, thanh long, vỏ trái cây, gai lê, niềm đam mê trái cây vỏ, và mặt nạ xoài.

Ultrasonicators hiệu suất cao

Hielscher Ultrasonics là đối tác của bạn cho quá trình khai thác từ thực vật. Cho dù bạn muốn trích xuất một lượng nhỏ để nghiên cứu và phân tích hoặc xử lý khối lượng lớn cho sản xuất thương mại, chúng tôi có bộ vắt siêu âm phù hợp cho bạn. Chúng tôi bộ vi xử lý phòng thí nghiệm siêu âm cũng như của chúng tôi băng ghế dự bị và công nghiệp ultrasonicators là mạnh mẽ, dễ sử dụng và được xây dựng cho 24/7 hoạt động dưới tải đầy đủ. Một loạt các Phụ kiện chẳng hạn như sonotrodes (đầu dò siêu âm/sừng) với kích thước và hình dạng khác nhau, các tế bào dòng chảy và lò phản ứng và tên lửa đẩy cho phép thiết lập tối ưu cho quá trình khai thác cụ thể của bạn.
Tất cả các máy siêu âm kỹ thuật số được trang bị một màn hình cảm ứng màu, thẻ SD tích hợp cho protocolling dữ liệu tự động, và điều khiển từ xa trình duyệt để theo dõi quy trình toàn diện. Với hệ thống siêu âm tinh vi của Hielscher, tiêu chuẩn hóa quá trình cao và kiểm soát chất lượng được thực hiện đơn giản.
Liên hệ với chúng tôi hôm nay để thảo luận về các yêu cầu của quá trình khai thác của bạn! Chúng tôi sẽ được vui để hỗ trợ bạn với kinh nghiệm lâu dài của chúng tôi trong thực vật extractions!
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

Kết quả nghiên cứu của chiết xuất siêu âm pectin

Chất thải cà chua: Để tránh thời gian khai thác lâu (12 – 24 h) trong thủ tục refluxing, ultrasonication được sử dụng để tăng cường quá trình chiết xuất về thời giờ (15, 30, 45, 60 và 90 phút). Tùy thuộc vào thời gian khai thác, năng suất pectin thu được cho bước khai thác siêu âm đầu tiên, ở nhiệt độ 60 ° c và 80 ° c là 15,2 – 17,2% và 16,3-18,5%, tương ứng. Khi một bước khai thác siêu âm thứ hai được áp dụng, năng suất của pectin từ chất thải cà chua đã tăng lên 34 – 36%, tùy thuộc vào nhiệt độ và thời gian). Rõ ràng, siêu âm khai thác tăng vỡ ma trận tường cà chua tế bào, dẫn đến sự tương tác tốt hơn giữa dung môi và chiết xuất vật liệu.
Các pectin giải nén ultrasonically có thể được phân loại là methoxyl pectin cao (HM-pectin) với thiết lập nhanh chóng gelling tính chất (de > 70%) và một mức độ este hóa của 73.3-85.4%. n. hàm lượng canxi pectate trong pectin chiết xuất ultrasonically được đo từ 41,4% đến 97,5%, tùy thuộc vào các thông số khai thác (nhiệt độ và thời gian). Ở nhiệt độ cao hơn của khai thác siêu âm, các nội dung canxi pectate là cao hơn (91 – 97%) và như vậy hiện nay tham số quan trọng của pectin khả năng gelling so với khai thác thông thường.
Chiết xuất dung môi thông thường trong một thời gian 24 giờ cho sản lượng pectin tương tự so với 15 phút điều trị khai thác siêu âm. Đối với kết quả thu được, nó có thể kết luận rằng điều trị bằng siêu âm làm giảm thời gian khai thác đáng kể. Phổ NMR và FTIR xác nhận sự tồn tại của pectin chủ yếu là esterified trong tất cả các mẫu điều tra. [Grassino et al. 2016]

Passion trái cây vỏ: Năng suất khai thác, axit galacturonic và mức độ este hóa được coi là các chỉ số của hiệu quả khai thác. năng suất cao nhất của pectin thu được bằng chiết xuất hỗ trợ siêu âm là 12,67% (điều kiện khai thác 85 º C, 664 W/cm2, pH 2,0 và 10 phút). Đối với những điều kiện tương tự, việc khai thác nhiệt thông thường được thực hiện và kết quả là 7,95%. Những kết quả này phù hợp với các nghiên cứu khác, báo cáo thời gian ngắn để khai thác hiệu quả các polysaccharides, bao gồm pectin, hemixenno và các polysaccharides hòa tan trong nước khác, được hỗ trợ bởi siêu âm. Nó cũng quan sát thấy rằng sản lượng khai thác tăng 1,6 lần khi khai thác được hỗ trợ bởi siêu âm. Kết quả thu được đã chứng minh rằng siêu âm là một kỹ thuật tiết kiệm thời gian và hiệu quả để khai thác pectin từ vỏ trái cây niềm đam mê. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

Prickly Pear Cladodes: Chiết xuất siêu âm hỗ trợ (UAE) pectin từ Opuntia Ficus indica (Ofi) cladodes sau khi loại bỏ chất nhầy đã được cố gắng sử dụng phương pháp bề mặt phản ứng. Các biến quá trình được tối ưu hóa bởi thiết kế isobiến thế Trung tâm để cải thiện năng suất khai thác pectin. Điều kiện tối ưu thu được là: thời gian sonication 70 phút, nhiệt độ 70, pH 1,5 và tỷ lệ nước-vật liệu 30 ml/g. Tình trạng này được xác nhận và hiệu suất khai thác thử nghiệm là 18,14% ± 1,41%, được liên kết chặt chẽ với giá trị dự đoán (19,06%). Như vậy, siêu âm khai thác hiện nay là một thay thế đầy hứa hẹn cho quá trình khai thác thông thường nhờ hiệu quả cao của nó đã đạt được trong thời gian ít hơn và ở nhiệt độ thấp hơn. Pectin được chiết xuất bằng siêu âm khai thác từ các cladodes OFI (UAEPC) có mức độ esterification thấp, hàm lượng axit uronic cao, tính chất chức năng quan trọng và hoạt động chống triệt để tốt. Những kết quả này có lợi cho việc sử dụng UAEPC như phụ gia tiềm năng trong ngành công nghiệp thực phẩm. [Bayar et al. 2017]

Nho pomace: Trong giấy nghiên cứu "siêu âm hỗ trợ khai thác các pectin từ pomace nho bằng cách sử dụng axit citric: một phương pháp tiếp cận bề mặt phản ứng", sonication được sử dụng để trích xuất các pectin từ giống nho với axit citric như các tác nhân giải nén. Theo phương pháp phản ứng bề mặt, năng suất pectin cao nhất (∼ 32,3%) có thể đạt được khi quá trình khai thác siêu âm được thực hiện ở 75 º C cho 60 phút sử dụng dung giải axit citric của pH 2,0. Các polysaccharides pectic, sáng tác chủ yếu bởi các đơn vị axit galacturonic (∼ 97% tổng số đường), có trọng lượng phân tử trung bình của 163.9 kda và một mức độ este hóa (de) của 55,2%.
Các hình thái bề mặt của pomace nho sonicated cho thấy rằng sonication đóng một vai trò quan trọng trong việc phá vỡ các mô thực vật và tăng cường năng suất khai thác. Sản lượng thu được sau khi khai thác siêu âm các pectin bằng cách sử dụng các điều kiện tối ưu (75 ° c, 60 phút, Ph 2,0) là 20% cao hơn năng suất thu được khi khai thác đã thực hiện áp dụng các điều kiện tương tự của nhiệt độ, thời gian và ph, nhưng không có siêu âm Hỗ trợ. Ngoài ra, pectin từ khai thác siêu âm cũng trưng bày một trọng lượng phân tử trung bình cao hơn. [Minjares-Fuentes et al. 2014]