تولید کننده تجهیزات التراسونیک
فاپن




استخراج پکتین از میوه و ضایعات زیستی با استفاده از اولتراسونیک

پکتین یک افزودنی غذایی بسیار پرکاربرد است که عمدتاً به دلیل اثرات ژل کنندگی از آن استفاده می شود. استخراج با استفاده از اولتراسونیک بازده و کیفیت عصاره پکتین را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. فراصوت به دلیل اثرات تشدید کننده فرآیند شناخته شده است، که در فرآیندهای صنعتی مختلفی استفاده می شود.

پکتین و استخراج پکتین

پکتین یک پلی ساکارید پیچیده طبیعی (هتروپلی ساکارید) است که در دیواره سلولی میوه ها، به ویژه در مرکبات و تفاله سیب یافت می شود. مقادیر بالای پکتین در پوست میوه سیب و مرکبات یافت می شود. تفاله سیب حاوی 10-15 درصد پکتین به صورت ماده خشک است در حالی که پوست مرکبات حاوی 20-30 درصد است. پکتین‌ها زیست‌سازگار، زیست تخریب‌پذیر و تجدیدپذیر هستند و خاصیت ژل‌کنندگی و غلیظ‌کنندگی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند که باعث می‌شود پکتین به یک افزودنی بسیار ارزشمند تبدیل شود. پکتین ها به طور گسترده در محصولات غذایی، آرایشی و بهداشتی و دارویی به عنوان اصلاح کننده رئولوژی مانند امولسیفایر، عامل ژل، عامل لعاب، تثبیت کننده و غلیظ کننده استفاده می شوند.

استخراج سنتی پکتین برای کاربردهای صنعتی، با استفاده از فرآیندهای کاتالیز شده با اسید (با استفاده از اسید نیتریک، هیدروکلریک یا سولفوریک) انجام می شود. استخراج کاتالیزور اسیدی متداول‌ترین فرآیند در تولید پکتین صنعتی است، زیرا سایر روش‌های استخراج مانند جوشاندن مستقیم (60-100 درجه سانتی‌گراد) تا 24 ساعت و pH پایین (1.0-3.0) کند و کم بازده هستند و می‌توانند باعث تخریب فیبر استخراج شده به علت حرارت شوند. همچنین بازده استخراج پکتین گاهی اوقات توسط شرایط فرآیند محدود می شود. با این حال، استخراج اسید کاتالیز شده با معایب خود نیز همراه است: فرایند اسیدی خشن باعث پلیمریزاسیون و استری زدایی زنجیره های پکتین می شود که بر کیفیت پکتین تأثیر منفی می گذارد. تولید حجم زیادی از پساب اسیدی نیاز به پردازش پس از فرایند و بازیافت گران قیمت دارد که این فرآیند را به یک بار زیست محیطی تبدیل می کند.

استخراج پکتین با استفاده از اولتراسونیک

استخراج التراسونیک یک فرایند ملایم و غیر حرارتی است که برای بسیاری از فرآیندهای غذایی قابل انجام است. در مورد استخراج پکتین از میوه ها و سبزیجات، فراصوت پکتین با کیفیت بالا تولید می کند. پکتین های استخراج شده با آلتراسونیک به دلیل محتوای اسید انیدرورونیک، متوکسیل و پکتات کلسیم و همچنین درجه استری شدنشان کیفیت بالایی دارند. همچنین شرایط ملایم استخراج اولترا سونیک از تخریب حرارتی پکتین های حساس به حرارت جلوگیری می کند.

کیفیت و خلوص پکتین بسته به اسید انیدروگالاکتورونیک، درجه استری شدن، میزان خاکستر پکتین استخراج شده می تواند متفاوت باشد. پکتین با وزن مولکولی بالا و خاکستر کم (زیر 10٪) با اسید انیدروگالاکتورونیک بالا (بالای 65٪) به عنوان پکتین با کیفیت خوب شناخته می شود. از آنجایی که شدت امواج اولتراسونیک را می توان بسیار دقیق کنترل کرد، خواص عصاره پکتین را می توان با تنظیم دامنه، دمای استخراج، فشار، زمان ماند و حلال تحت تاثیر قرار داد. استخراج اولتراسونیک را می توان با استفاده از حلال های مختلف مانند آب، اسید سیتریک، محلول اسید نیتریک (HNO3، pH 2.0)، یا اگزالات آمونیوم/اسید اگزالیک انجام داد، که امکان ادغام التراسونیک در خطوط استخراج موجود را نیز فراهم می کند.

دلایل برتری عصاره‌های پکتین اولتراسونیک:

  • قابلیت ژل‌پذیری بالا

  • پراکندگی رنگ پکتین

  • پکتات کلسیم بالا

  • تخریب کمتر

  • سازگار با محیط زیست

ضایعات میوه به عنوان منبع پکتین:

التراسونیک با کارایی بالا قبلاً با موفقیت برای جداسازی پکتین ها از تفاله سیب، پوست مرکبات (مانند پرتقال، لیمو، گریپ فروت)، تفاله انگور، انار، تفاله چغندرقند، پوست میوه اژدها، برگ جوانۀ کاکتوس گلابی خاردار، پوست پشن فروت و انبه استفاده شده است.

دستگاه های اولتراسونیک با کارایی بالا

شرکت دانش بنیان فناوری ایرانیان پژوهش نصیر (فاپن)شریک شما برای فرآیندهای استخراج از گیاهان است. چه بخواهید مقادیر کمی را برای تحقیق و تجزیه و تحلیل استخراج کنید یا حجم زیادی را برای تولید تجاری پردازش کنید، ما استخراج کننده اولتراسونیک مناسب برای شما داریم. پردازنده‌های آزمایشگاهی اولتراسونیک ما و همچنین دستگاه‌های اولتراسونیک‌های رومیزی و صنعتی ما قوی و آسان برای استفاده هستند و برای کارکرد 24 ساعته تحت بار کامل ساخته شده‌اند. طیف گسترده ای از لوازم جانبی مانند سونوترودها (پروب ها/ هورن های اولتراسونیک) با اندازه ها و شکل های مختلف، فلوسل ها و راکتورها و تقویت کننده ها امکان تنظیم بهینه را برای فرآیند استخراج خاص شما فراهم می کند.

همه دستگاه های دیجیتال اولتراسونیک مجهز به نمایشگر لمسی رنگی برای کنترل کامل فرایند هستند. با سیستم های فراصوت پیچیده طراحی شده و ساخته شده در شرکت فاپن، استانداردسازی فرآیند و کنترل کیفیت ساده می شود. امروز با ما تماس بگیرید تا در مورد الزامات فرآیند استخراج خود صحبت کنید. ما خوشحال خواهیم شد که با تجربه طولانی مدت خود در استخراج عصارۀ گیاهی به شما کمک کنیم!

نتایج تحقیقات استخراج پکتین اولتراسونیک

ضایعات گوجه فرنگی: برای جلوگیری از زمان استخراج طولانی (12-24 ساعت) در روش رفلاکس، از فراصوت برای تشدید فرآیند استخراج از نظر زمانی (15، 30، 45، 60 و 90 دقیقه) استفاده شد. بسته به زمان استخراج، بازده پکتین به‌دست‌آمده برای اولین مرحله استخراج اولتراسونیک، در دماهای 60 درجه سانتی‌گراد و 80 درجه سانتی‌گراد به ترتیب 15.2-17.2 درصد و 16.3-18.5 درصد است. هنگامی که مرحله دوم استخراج اولتراسونیک اعمال شد، بازده پکتین از ضایعات گوجه فرنگی بسته به دما و زمان به 34-36٪ افزایش یافت. بدیهی است که استخراج اولتراسونیک پارگی ماتریکس دیواره سلولی گوجه فرنگی را افزایش می دهد و منجر به برهمکنش بهتر بین حلال و مواد استخراج شده می شود.

پکتین های استخراج شده از طریق اولتراسونیک را می توان به عنوان پکتین های متوکسیل بالا (HM-pectin) با خاصیت ژل شدن سریع (DE> 70٪) و درجه استری شدن 73.3-85.4٪ طبقه بندی کرد. پکتین های استخراج شده از طریق اولتراسونیک را می توان به عنوان پکتین های متوکسیل بالا (HM-pectin) با خاصیت ژل شدن سریع (DE> 70٪) و درجه استری شدن 73.3-85.4٪ طبقه بندی کرد. محتوای پکتات کلسیم در پکتین استخراج شده با اولتراسونیک بسته به پارامترهای استخراج (دما و زمان) بین 41.4٪ تا 97.5٪ اندازه گیری شد. در دمای بالاتر استخراج اولتراسونیک، محتوای پکتات کلسیم بالاتر است (91-97٪) و به این ترتیب پارامتر مهمی از توانایی ژل شدن پکتین در مقایسه با استخراج معمولی است.

استخراج با حلال معمولی برای مدت 24 ساعت در مقایسه با 15 دقیقه عملیات استخراج اولتراسونیک، بازده پکتین مشابهی را به همراه دارد. با توجه به نتایج بدست آمده می توان نتیجه گرفت که فرایند اولتراسونیک زمان استخراج را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. طیف‌سنجی NMR و FTIR وجود پکتین عمدتاً استری شده در تمام نمونه‌های مورد بررسی را تأیید می‌کند. [گراسینو و همکاران. 2016]

پوست میوه پشن فروت: بازده استخراج، اسید گالاکترونیک و درجه استریفیکاسیون به عنوان شاخص های کارایی استخراج در نظر گرفته شد. بالاترین بازده پکتین حاصل از استخراج به کمک اولتراسوند 12.67 درصد بود (شرایط استخراج 85 درجه سانتیگراد، 664 W/cm2، pH 2.0 و 10 دقیقه). برای همین شرایط، یک استخراج حرارتی معمولی انجام شد و نتیجه 7.95٪ بود. این نتایج مطابق با سایر مطالعات است که زمان کوتاهی را برای استخراج موثر پلی ساکاریدها از جمله پکتین، همی سلولزها و سایر پلی ساکاریدهای محلول در آب با کمک اولتراسوند گزارش می کنند. همچنین مشاهده شد که با کمک التراسونیک، بازده استخراج 1.6 برابر افزایش یافت. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که اولترا سونیک یک تکنیک کارآمد و همراه با صرفه‌جویی زمانی برای استخراج پکتین از پوست میوه پشن فروت است. [Freitas de Oliveira et al. 2016]

کلادد کاکتوس گلابی خاردار: استخراج پکتین با کمک اولتراسونیک از کلادودهای Opuntia ficus indica (OFI) پس از حذف موسیلاژ با استفاده از روش سطح پاسخ انجام شد. متغیرهای فرآیند با طراحی کامپوزیت مرکزی ایزوواریانت به منظور بهبود عملکرد استخراج پکتین بهینه شدند. شرایط بهینه بدست آمده عبارت بود از: زمان فراصوت 70 دقیقه، دمای 70، pH 1.5 و نسبت آب به ماده 30 میلی لیتر بر گرم. این شرایط تایید شد و عملکرد استخراج تجربی 18.14٪ ± 1.41٪ بود که ارتباط نزدیکی با مقدار پیش بینی شده (19.06٪) داشت. بنابراین، استخراج اولتراسونیک به دلیل راندمان بالای آن که در زمان کمتر و در دماهای پایین‌تر به دست می‌آید، جایگزین امیدوارکننده‌ای برای فرآیند استخراج معمولی است. پکتین استخراج شده با استخراج اولتراسونیک از کلادد کاکتوس گلابی خار دار، دارای درجه استری پایین، محتوای اسید اورونیک بالا، خواص عملکردی مهم و فعالیت ضد رادیکال خوب است. این نتایج به نفع استفاده از پکتین حاصل از فرایند آلتراسونیک به عنوان یک افزودنی در صنایع غذایی است. [بایار و همکاران. 2017]

تفاله انگور: در مقاله تحقیقاتی «استخراج پکتین به کمک اولتراسوند از تفاله انگور با استفاده از اسید سیتریک: رویکرد روش سطح پاسخ»، فراصوت برای استخراج پکتین از تفاله انگور با اسید سیتریک به عنوان عامل استخراج استفاده شده است. با توجه به روش سطح پاسخ، بالاترین عملکرد پکتین (32.3٪) را می توان زمانی به دست آورد که فرآیند استخراج اولتراسونیک در دمای 75 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه با استفاده از محلول اسید سیتریک با pH 2.0 انجام شود. این پلی ساکاریدهای پکتیک، که عمدتاً توسط واحدهای اسید گالاکتورونیک (تقریباً 97٪ از کل قندها) تشکیل شده اند، دارای وزن مولکولی متوسط 163.9 کیلو دالتون و درجه استری شدن (DE) 55.2٪ هستند.

مورفولوژی سطح تفاله انگور استخراج شده با استفاده از التراسونیک نشان می دهد که فراصوت نقش مهمی در شکستن بافت گیاهی و افزایش عملکرد استخراج دارد. بازده به دست آمده پس از استخراج پکتین ها با استفاده از امواج فراصوت با استفاده از شرایط بهینه (75 درجه سانتی گراد، 60 دقیقه، pH 2.0) 20 درصد بیشتر از بازده به دست آمده در هنگام استخراج با اعمال همان شرایط دما، زمان و pH بود، اما بدون کمک التراسونیک. علاوه بر این، پکتین های حاصل از استخراج اولتراسونیک نیز میانگین وزن مولکولی بالاتری را نشان دادند. [مینجارس-فوئنتس و همکاران. 2014]

خوب است بدانید

پکتین

پکتین یک هتروپلی ساکارید طبیعی است که عمدتا در میوه هایی مانند تفاله سیب و مرکبات یافت می شود. پکتین ها که به نام پلی ساکاریدهای پکتیک نیز شناخته می شوند، سرشار از اسید گالاکترونیک هستند. در گروه پکتیک، چندین پلی ساکارید مختلف شناسایی شده است. هموگالاکتورونان ها زنجیره های خطی D-گالاکتورونیک اسید متصل به α-(1-4) هستند. گالاکترونان های جایگزین با حضور باقیمانده های ضمیمه ساکارید (مانند D-xylose یا D-apiose در موارد مربوط به xylogalacturonan و apiogalacturonan) که از ستون فقرات باقی مانده های D-galacturonic اسید منشعب می شوند مشخص می شوند. پکتین های رامنوگالاکترونان I (RG-I) حاوی یک ستون فقرات دی ساکارید تکرار شونده است: 4) -α-D-گالاکتورونیک اسید-(1،2)-α-L-رامنوز-(1. بسیاری از باقیمانده های رامنوز دارای زنجیره های جانبی از قندهای خنثی مختلف هستند. قندهای خنثی عمدتاً D-galactose، L-arabinose و D-xylose هستند. انواع و نسبت قندهای خنثی با منشا پکتین متفاوت است.

نوع ساختاری دیگر پکتین رامنوگالاکتورونان II (RG-II) است که یک پلی ساکارید پیچیده و بسیار منشعب است و کمتر در طبیعت یافت می شود. ستون فقرات رامنوگالاکتورونان II منحصراً از واحدهای D-galacturonic acid تشکیل شده است. پکتین جدا شده دارای وزن مولکولی معمولاً 60000-130000 گرم در مول است که با توجه به منشاء و شرایط استخراج متفاوت است.

پکتین ها یک افزودنی مهم با کاربردهای متعدد در مواد غذایی، داروسازی و همچنین در سایر صنایع هستند. استفاده از پکتین ها بر اساس توانایی بالای آن در تشکیل ژل در حضور یون های Ca2+ یا یک املاح دیگر در pH پایین است. دو شکل پکتین وجود دارد: پکتین کم متوکسیل (LMP) و پکتین با متوکسیل بالا (HMP). دو نوع پکتین با درجه متیلاسیون (DM) آنها متمایز می شوند. با توجه به متیلاتیون، پکتین می تواند پکتین متوکسی بالا (DM>50) یا متوکسی پکتین کم (DM<50) باشد. پکتین متوکسی بالا با توانایی آن در تشکیل ژل در محیط اسیدی (pH 2.0-3.5) با این فرض که ساکارز با غلظت حداقل 55 درصد وزنی یا بالاتر وجود دارد مشخص می شود. پکتین متوکسی کم می تواند در حضور یک یون دو ظرفیتی مانند کلسیم در محدوده pH بزرگتر (2.0-6.0) ژل ایجاد کند.

در مورد ژل شدن پکتین با متوکسیل بالا، پیوند متقابل مولکول های پکتین به دلیل پیوندهای هیدروژنی و برهمکنش های آبگریز بین مولکول ها اتفاق می افتد. با پکتین کم متوکسیل، ژل شدن از پیوند یونی از طریق پل های کلسیمی بین دو گروه کربوکسیل متعلق به دو زنجیره مختلف در مجاورت یکدیگر به دست می آید.

عواملی مانند pH، وجود سایر املاح، اندازه مولکولی، درجه متوکسیلاسیون، تعداد و موقعیت زنجیره‌های جانبی، و چگالی بار روی مولکول بر خواص ژل شدن پکتین تأثیر می‌گذارند. دو نوع پکتین با توجه به حلالیت آن متمایز می شود. پکتین محلول در آب یا آزاد و پکتین نامحلول در آب وجود دارد. حلالیت پکتین در آب به درجه پلیمریزاسیون آن و مقدار و موقعیت گروه های متوکسیل مربوط می شود. به طور کلی، حلالیت پکتین در آب با کاهش وزن مولکولی افزایش می یابد و در گروه های کربوکسیل استری افزایش می یابد. با این حال، pH، دما و نوع املاح موجود بر حلالیت نیز تأثیر می‌گذارند.

کیفیت پکتین که به صورت تجاری استفاده می شود معمولاً بیشتر با قابلیت پخش شدن آن تعیین می شود تا حلالیت مطلق آن. هنگامی که پکتین پودر خشک به آب اضافه می شود، به اصطلاح "چشم ماهی" را تشکیل می دهد. این چشم ماهی ها توده هایی هستند که به دلیل هیدراتاسیون سریع پودر ایجاد می شوند. توده های "چشم ماهی" دارای یک هسته پکتین خشک و خیس نشده هستند که با یک لایه بیرونی بسیار هیدراته از پودر مرطوب پوشانده شده است. چنین توده هایی به سختی به درستی خیس می شوند و بسیار آهسته پراکنده می شوند.

استفاده های پکتین

در صنایع غذایی، پکتین به مارمالاد، کنسانترۀ میوه، مربا، ژله، نوشیدنی ها، سس ها، غذاهای منجمد، شیرینی ها و محصولات نانوایی اضافه می شود. از پکتین در ژله های شیرینی پزی استفاده می شود تا ساختار ژلی خوبی داشته باشد، برش تمیزی داشته باشد و عطر و طعم خوبی ایجاد کند. پکتین همچنین برای تثبیت نوشیدنی های پروتئینی اسیدی مانند دوغ، برای بهبود بافت، حس درون دهان و ثبات پالپ در نوشیدنی های مبتنی بر آب میوه و به عنوان جایگزین چربی در محصولات پخته شده استفاده می شود. برای کاهش کالری یا تولید خوراکی های کم کالری، پکتین ها به عنوان جایگزین چربی و/یا قند اضافه می شوند.

در صنعت داروسازی برای کاهش سطح کلسترول خون و اختلالات گوارشی استفاده می شود.

سایر کاربردهای صنعتی پکتین شامل کاربرد آن در فیلم های خوراکی، به عنوان تثبیت کننده امولسیون برای امولسیون های آب/روغن، به عنوان اصلاح کننده رئولوژی و نرم کننده، به عنوان عامل اندازه برای کاغذ و منسوجات و غیره است.

منابع پکتین

اگرچه پکتین را می توان در دیواره سلولی اکثر گیاهان یافت، تفاله سیب و پوست پرتقال دو منبع اصلی پکتین های تولید شده تجاری هستند زیرا پکتین های آنها کیفیت بالاتری دارند. منابع دیگر اغلب رفتار ژل شدن ضعیفی را نشان می دهند. در میوه ها، علاوه بر سیب و مرکبات، هلو، زردآلو، گلابی، گواوا، به، آلو و انگور فرنگی به دلیل داشتن مقدار زیادی پکتین معروف هستند. در میان سبزیجات، گوجه‌فرنگی، هویج و سیب‌زمینی به دلیل محتوای بالای پکتین خود شناخته شده‌اند.

سالانه میلیون ها تن گوجه فرنگی برای تولید محصولاتی مانند آب گوجه فرنگی، رب، پوره، سس کچاپ و سس سالسا فرآوری می شود و در نتیجه مقادیر زیادی ضایعات تولید می شود. ضایعات گوجه فرنگی که پس از پرس گوجه فرنگی به دست می آید از 33 درصد دانه، 27 درصد پوست و 40 درصد تفاله تشکیل شده است، در حالی که تفاله گوجه فرنگی خشک حاوی 44 درصد دانه و 56 درصد تفاله و پوست است. ضایعات گوجه فرنگی منبع خوبی برای تولید پکتین است.