Pektino ekstrahavimo iš obuolių, svarainių porų ir apelsino žievelės, naudojant ultragarso ekstrahavimo įrangą, galimybių ir proceso schema

Ultragarsinė ekstrahavimo įranga gali efektyviai išgauti pektiną iš obuolių išspaudų, svarainių išspaudų ir apelsinų žievelių. Palyginti su tradiciniais karšto vandens ekstrahavimo ir rūgšties ekstrahavimo metodais, jis turi didelių pranašumų, tokių kaip didelis ekstrahavimo efektyvumas, trumpas ekstrahavimo laikas, žema temperatūra ir didesnis pektino išeiga bei grynumas. Jo pagrindinis principas panaudoja ultragarso kavitacijos efektą, mechaninį vibracijos efektą ir terminį ultragarso poveikį, kad suardytų augalų ląstelių sienelių celiuliozės ir hemiceliuliozės struktūras, paspartintų pektino tirpimą iš ląstelių sienelių, tuo pačiu sumažinant aukštų temperatūrų daromą žalą pektino molekulinei struktūrai.

I. Pagrindinis pektino ekstrahavimo principas (ultragarso stiprinimo mechanizmas)

Kavitacijos poveikis: kai ultragarsas sklinda ekstrahavimo skystyje, jis sukuria daugybę mažų burbuliukų. Šie burbuliukai greitai plečiasi ir sprogsta, akimirksniu išskirdami aukštą slėgį ir smūgio jėgą, tiesiogiai suplėšydami išspaudų / apelsino žievelės ląstelių sieneles, todėl ląstelėse esantis pektinas greitai ištirpsta ekstrahavimo skystyje.

Mechaninis vibracijos efektas: aukšto{0}}dažnio ultragarso vibracija sukelia stiprų mechaninį maišymo poveikį medžiagos dalelėms, sumažindama koncentracijos skirtumą tarp ekstrahavimo skysčio ir medžiagos paviršiaus bei pagreitindama masės perdavimo procesą. Šiluminis poveikis: Ultragarso energija paverčiama vietine pėdsakų šiluma, kuri gali padidinti ekstrakto molekulinio judėjimo greitį, tačiau bendra temperatūra yra daug žemesnė nei tradicinio kaitinimo ekstrahavimo, išvengiant pektino skilimo dėl aukštų temperatūrų ir užtikrinant pektino molekulinę masę ir gelio savybes.

 

II. Specifinis proceso srautas (taikoma obuolių išspaudoms, svarainių išspaudoms ir apelsino žievelei)

1. Žaliavų apdorojimas Pirminis apdorojimas yra esminis veiksmas, lemiantis pektino išeigą ir grynumą, todėl iš žaliavų reikia pašalinti nešvarumus ir trukdančius komponentus:
* Plovimas ir nešvarumų pašalinimas: obuolių išspaudas, svarainių išspaudas ir apelsino žieveles nuplaukite švariu vandeniu, kad pašalintumėte nešvarumus, pesticidų likučius ant žievelės paviršiaus ir vaisių minkštimo fragmentus iš išspaudų.

* Džiovinimas ir šlifavimas: išplautas žaliavas dėkite į 40-60 laipsnių orkaitę, kad išdžiūtų iki pastovaus svorio (drėgmės kiekio).<10%), then grind them into 20-40 mesh powder using a grinder. Particle size that is too small will easily lead to turbidity in the extract, while particle size that is too large will hinder ultrasound penetration.

 

1. Riebalų pašalinimas ir cukraus pašalinimas (neprivaloma, siekiant pagerinti pektino grynumą): jei žaliavoje yra daug aliejaus arba tirpaus cukraus (pvz., apelsinų žievelėse yra eterinių aliejų), ją galima mirkyti 95 % etanolyje, medžiagos - ir -skysčių santykiu 1:5 (g/mL), tada atšildyti 2 val. Po filtravimo jis išdžiovinamas, kad būtų pašalintos priemaišos, tokios kaip aliejus ir oligosacharidai, neleidžiant jiems susijungti su pektinu vėliau ekstrahuojant.

 

2. Ultragarsinis{1}}Pektino ekstrahavimas: šis žingsnis yra labai svarbus ir reikalauja tiksliai kontroliuoti ekstrahavimo parametrus, kurie šiek tiek skiriasi priklausomai nuo žaliavos.

**Estrahavimo tirpalo paruošimas:** Pektinas yra rūgštus polisacharidas, todėl jį reikia ištirpinti rūgštinėmis sąlygomis. Dažniausiai naudojami ekstrahavimo tirpalai yra druskos rūgšties, citrinos rūgšties arba oksalo rūgšties tirpalai, kurių koncentracija reguliuojama tarp 0,05-0,2 mol/L. Oksalo rūgšties tirpalas gali sudaryti chelatus žaliavoje esančius kalcio ir magnio jonus, sumažindamas pektino kryžminimą ir nuosėdų susidarymą, todėl gaunamas didesnis derlius ir jis labiau tinka apelsinų žievelių ir obuolių išspaudoms.
**Medžiagos-su Mažas medžiagos ir skysčio santykis sukels nepakankamą masės perdavimą, o didelis santykis padidins vėlesnės koncentracijos išlaidas.

Ekstrahavimo operacija: Kruopščiai sumaišę skystį, įjunkite ultragarso ekstrahavimo įrangą ir ištraukite pagal nustatytus parametrus. Proceso metu galima atlikti nutrūkstamą ultragarsu (5 minutės ultragarsu, po kurio daroma 1 minutės pertrauka), kad būtų sumažintas įrangos įkaitimas ir išvengta vietinio perkaitimo. Po ekstrahavimo filtruojama per 400–600 akių sietą ir surenkamas filtratas (su pektino). Likutis gali būti ekstrahuojamas dar kartą, siekiant pagerinti derlių.

3. Pektino atskyrimas ir gryninimas. Ekstrakte esantis pektinas turi būti atskirtas ir nusodintas, kad būtų pašalintos priemaišos ir gaunamas neapdorotas arba rafinuotas pektinas:

Koncentracija: Sukoncentruokite filtratą iki 1/4–1/5 pradinio tūrio, naudodami vakuuminį koncentratorių 50–60 laipsnių temperatūroje, sumažindami reikalingo nusodintuvo kiekį.

Nusodinimas: Lėtai įpilkite 95% etanolio į koncentratą, kol galutinė etanolio koncentracija pasieks 60-70% (tūrio dalis), nuolat maišydami. Leiskite pastovėti 4-8 valandas. Dėl sumažėjusio tirpumo pektinas nusės kaip baltos flokuliuojančios nuosėdos.

Filtravimas ir plovimas: filtruokite naudodami Buchnerio piltuvą, surinkite nuosėdas ir 2–3 kartus iš eilės plaukite 70% etanoliu ir 95% etanoliu, kad pašalintumėte rūgšties likučius ir tirpius cukrus.

Džiovinimas ir malimas: išplautas pektino nuosėdas įdėkite į vakuuminę 45{2}50 laipsnių orkaitę, kad išdžiūtų, tada sumalkite, kad gautumėte neapdorotą pektiną. Didelio grynumo pektinui priemaišoms pašalinti gali būti naudojami tolesni dializės arba jonų mainų dervos metodai.

 

III. Pagrindiniai proceso reikalavimai

Rūgštingumo kontrolė: Ekstrahavimo tirpalo pH turi būti palaikomas tarp 1,5 ir 3,0. Per žemas pH sukels pektino molekulės skilimą, o per aukštas pH lems nepakankamą pektino ištirpimą.

 

Ultragarso parametrų suderinimas: Ultragarso galia ir dažnis turi būti sureguliuoti pagal žaliavos dalelių dydį; didesnių dalelių dydžiai reikalauja didesnės galios. Ištraukimo laikas neturėtų būti per ilgas; viršijus ribą, sulėtėja derliaus augimas ir didėja energijos sąnaudos.

 

Temperatūros stabilumas: Temperatūra turi būti stebima realiu laiku ekstrahavimo metu, kad temperatūra neviršytų 60 laipsnių dėl ultragarso šiluminio poveikio. Temperatūros kontrolę galima pasiekti naudojant įrangos aušinimo sistemą.

Nuosėdų dozavimas: galutinė etanolio koncentracija turi būti griežtai kontroliuojama nuo 60% iki 70%. Mažiau nei 60%, pektino negalima visiškai nusodinti; virš 70%, tai padidins priemaišų kritulių kiekį.

 

IV. Atsargumo priemonės
Žaliavų pirminio apdorojimo tabu:
Džiūvimo temperatūra neturi viršyti 60 laipsnių, kitaip pektinas denatūruojasi. Po susmulkinimo žaliava turi būti sandariai uždaryta ir laikoma, kad būtų išvengta drėgmės įsisavinimo ir sulipimo.

 

Riebalų pašalinimo ir cukraus pašalinimo metu etanolis turi būti perdirbamas, kad būtų sumažintos išlaidos ir išvengta aplinkos taršos.

Įrangos naudojimo atsargumo priemonės:
Ultragarso ištraukimo baką reikia reguliariai valyti, kad pektino likučiai ir priemaišos nepriliptų prie ultragarsinio zondo paviršiaus, o tai paveiktų ultragarso efektyvumą.

 

Ekstrahavimo metu reikia nuolat maišyti, kad žaliavos dalelės nenusėstų rezervuaro dugne ir dėl to vietinis ultragarso intensyvumas būtų nepakankamas.

Kai įranga veikia, bako negalima atidaryti, kad ultragarso bangos nepakenktų žmogaus organizmui (pavyzdžiui, nepažeistų klausos ar nesudirgintų odos).

 

Pektino laikymo atsargumo priemonės:
Džiovintą pektiną reikia laikyti sausoje, vėsioje ir vėdinamoje vietoje, vengiant drėgmės ir šviesos, kad nepablogėtų pektino gelio savybės.

Ilgalaikiam{0}}laikymui jis gali būti sandariai uždarytas ir atšaldytas (4 laipsniai), o tinkamumo laikas viršija 12 mėnesių.

Aplinkos ir saugos reikalavimai: Prieš išleidžiant, gavybos atliekų skystis turi būti neutralizuotas į neutralų, kad būtų išvengta dirvožemio ir vandens šaltinių užteršimo rūgštinėmis nuotekomis.

 

Etanolis yra degus; kritulių ir plovimo procesų metu saugokite nuo atviros liepsnos ir užtikrinkite gerai{0}}vėdinamą darbo aplinką.