پکتین‌ها به عنوان یک افزودنی غذایی بسیار متداول استفاده می‌شوند، که اصلی‌ترین دلیل افزودن آنها، برای اثرات ژله ای شدن آنها است.
استخراج اولتراسونیک باعث افزایش بهره‌وری و کیفیت عصاره‌های پکتین به طرز قابل توجهی می‌شود.
سونیکیشن به دلیل اثرات تشدید فرآیندی شناخته شده است که از پیش در فرآیندهای صنعتی متعدد استفاده می‌شود.
پوست سیب و پرتقال، ضایعات گوجه فرنگی در تولید رب و همچنین سیب زمینی، هویج به عنوان مناع در دسترس و ارزان قیمت پکتین شناخته می شوند.
از پکتین برای غلظت دهی و پایداری محصولات غذایی و دارویی به عنوان یک ماده طبیعی می توان بهره برد
پکتین و استخراج پکتین
پکتین یک پلی‌ساکارید پیچیده طبیعی (هتروپلی‌ساکارید) است که به ویژه در دیواره‌های سلولی میوه‌ها به خصوص در مرکبات و پوست سیب یافت می‌شود، . در پوست میوه‌های سیب و مرکبات، مقدار بالایی از پکتین وجود دارد. به‌طور متوسط، پوست سیب حاوی ۱۰ تا ۱۵ درصد پکتین از مواد خشک است درحالی‌که پوست مرکبات حاوی ۲۰ تا ۳۰ درصد پکتین است. پکتین‌ها سازگاری بیولوژیکی دارند، قابل تجزیه بوده و از منابع تجدیدپذیر هستند و خواص ژله ای شدن و غلظت‌دهی بسیار عالی دارند که از آنها افزودنی های بسیار ارزشمندی می‌سازد. پکتین‌ها به طور گسترده در صنایع غذایی، آرایشی و دارویی به عنوان ماده اصلاح‌کننده رئولوژی همچون مواد امولسیفایر، مواد ژل کننده، مواد پوشش‌دهی، ماده پایدار‌کننده و غلظت دهنده مورد استفاده قرار می‌گیرند،
استخراج پکتین در فرایندهای صنعتی به صورت معمول از طریق فرآیندهای کاتالیزوری اسیدی انجام می‌شود (با استفاده از اسید نیتریک، هیدروکلریک یا سولفوریک). استخراج با کاتالیزور اسیدی، پرکاربردترین فرآیند در تولید صنعتی پکتین است، زیرا تکنیک‌های استخراج دیگر مانند جوشاندن مستقیم (در دمای ۶۰-۱۰۰ درجه سانتیگراد) تا ۲۴ ساعت و pH پایین (۱.۰-۳.۰) کند و با خروجی کم هستند و ممکن است باعث تخریب حرارتی فیبر استخراج شده و بازدهی پکتین محدود شود. با این حال، استخراج با کاتالیزور اسیدی معایب خود را دارد: برخورداری از فرآیند اسیدی سخت، باعث وابسپارش و استرزدایی زنجیره‌های پکتین شده و کیفیت پکتین را کاهش می‌دهد. تولید حجم بزرگی از فاضلاب‌های اسیدی نیازمند پس‌پردازش و بازیافت گران‌قیمت می‌شود، که این موضوع باعث بار محیط‌زیستی فرآیند می‌شود.
استخراج التراسونیک پکتین
استخراج اولتراسونیک یک روش ملایم و غیرحرارتی است که در فرآیندهای غذایی مختلف به کار می‌رود. از منظر استخراج پکتین از میوه‌ها و سبزیجات، اعمال التراسونیک پکتین با کیفیت بالا تولید می‌کند. پکتین‌های استخراج شده به وسیله اولتراسونیک به دلیل محتوای بالای اسید آنهیدروگالاکتورونیک، متوکسیل و پکتات کلسیم، و همچنین درجه استری کردن، برجستگی دارند. شرایط ملایم استخراج اولتراسونیک از تخریب حرارتی پکتین‌های حساس به گرما جلوگیری می‌کند. کیفیت و خلوص پکتین می‌تواند بسته به مقدار اسید آنهیدروگالاکتورونیک، درجه استری کردن و میزان خاکستر استخراجی متغیر باشد. پکتین با وزن مولکولی بالا و محتوای خاکستر پایین (زیر ۱۰٪) با اسید آنهیدروگالاکتورونیک بالا (بالای ۶۵٪) به عنوان پکتین با کیفیت خوب شناخته می‌شوند. از آنجا که شدت فرآوری اولتراسونیک با دقت بسیار بالا قابل کنترل است، خواص عصاره پکتین می‌توانند با تنظیم دامنه، دما، فشار، زمان نگه‌داری و حلال تغییر یابند.
استخراج اولتراسونیک می‌تواند با استفاده از حلال‌های مختلفی مانند آب، اسید سیتریک، محلول اسید نیتریک (HNO3، pH ۲.۰)، یا اکسالات آمونیوم/اسید اگزالیک انجام شود، که این امر امکان ادغام سونیکیشن در خطوط استخراج موجود را نیز ممکن می‌سازد.
مزایای عصاره پکتین با التراسونیک هموژنایزرظرفیت ژلی شدن بالاپخش پذیریرنگ پکتینکلسیم پکتات بالاتجزیه کمدوستدار محیط زیست
پسماندهای میوه به عنوان منبع پکتین گیری:
اولتراسونیک با عملکرد بالا قبلاً با موفقیت برای جداسازی پکتین از پوست سیب، پوست مرکبات (مانند پوست پرتقال، لیمو، گریپ فروت)، گوشت انگور، انار، پالپ نی شکر، پوست میوه دراگون، ساق برگ انجیر تیغی، پوست پشن فروت و پوست انبه اعمال شده است.
نتایج تحقیقات بر روی استخراج التراسونیک پکتین
پسماندهای گوجه‌فرنگی:
برای جلوگیری از زمان‌های استخراج طولانی (۱۲ تا ۲۴ ساعت) در روش بازجوشانی(refluxing)، اولتراسونیک برای تقویت فرآیند استخراج از نظر زمان (۱۵، ۳۰، ۴۵، ۶۰ و ۹۰ دقیقه) استفاده شد. بسته به زمان‌های استخراج، بازده پکتین‌های به دست آمده برای مرحله اول استخراج اولتراسونیک، در دماهای ۶۰ درجه سانتیگراد و ۸۰ درجه سانتیگراد به ترتیب ۱۵.۲-۱۷.۲٪ و ۱۶.۳-۱۸.۵٪ است. زمانی که مرحله دوم استخراج اولتراسونیک اعمال شد، بازده پکتین از پسماندهای گوجه‌فرنگی به ۳۴-۳۶٪ افزایش یافت، بسته به دماها و زمان‌ها. به طور واضح، استخراج اولتراسونیک باعث شکستن ماتریس دیواره‌های سلولی گوجه‌فرنگی می‌شود، که به تعاملات بهتر بین حلال و مواد استخراج شده منجر می‌شود.
پکتین‌های استخراج شده به‌وسیله اولتراسونیک می‌توانند به عنوان پکتین‌های متیل‌اکسیل بالا (HM-پکتین) با خواص ژل‌زنی سریع و ترکیبی از ۷۰٪ یا بیشتر (DE > ۷۰٪) و درجه استریفیکاسیون در بازه‌ای از ۷۳.۳-۸۵.۴٪ دسته‌بندی شوند. محتوای پکتات کلسیم در پکتین‌های استخراج شده اولتراسونیک بین ۴۱.۴-۹۷.۵٪ اندازه‌گیری شده است، که بسته به پارامترهای استخراج (دما و زمان) متغیر است. در دماهای بالاتر استخراج اولتراسونیک، محتوای پکتات کلسیم نیز بیشتر است (۹۱-۹۷٪) و از این روی یکی از پارامترهای مهم توان ژله ای شدن پکتین نسبت به استخراج سنتی است. استخراج حلال سنتی به مدت ۲۴ ساعت میزان بازده پکتین مشابهی نسبت به ۱۵ دقیقه فرآیند استخراج اولتراسونیک دارد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، می‌توان نتیجه گرفت که فرآوری اولتراسونیک به طرز قابل‌توجهی زمان استخراج را کاهش می‌دهد. اسپکتروسکوپی NMR و FTIR وجود پکتین‌های به وضوح استری شده را در تمام نمونه‌های مورد بررسی تأیید می‌کند. [گراسینو و همکاران ۲۰۱۶]
پوست پشن فروت:
بازده استخراج، اسید گالاکتورونیک و درجه استری شدن به عنوان شاخص‌های کارایی استخراج مورد توجه قرار گرفتند. بالاترین بازده پکتینی که به‌وسیله استخراج همراه اولتراسونیک به دست آمده بود ۱۲.۶۷٪ بود (شرایط استخراج ۸۵ درجه سانتیگراد، ۶۶۴ وات/سانتیمتر مربع، pH ۲.۰ و ۱۰ دقیقه). برای همین شرایط، یک استخراج با گرمایش سنتی انجام شد و نتیجه ۷.۹۵٪ بود. این نتایج با مطالعات دیگر همخوانی دارند که زمان کوتاه برای استخراج موثر پلی‌ساکاریدها، از جمله پکتین، همی‌سلولوز و سایر پلی‌ساکاریدهای حل شونده در آب با کمک اولتراسونیک را گزارش می‌دهند. همچنین مشاهده شد زمانی که استخراج با کمک اولتراسونیک انجام شد بازده استخراج 1.6 برابر شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که اولتراسونیک یک تکنیک کارآمد و سریع برای استخراج پکتین از پوست میوه پاشن فروت است. [Freitas de Oliveira و همکاران ۲۰۱۶]
ساق برگ انجیر تیغی:
تلاش برای استخراج به کمک التراسونیک پکتین از کاکتوس اپونتیا فیکوس ایندیکا (OFI) پس از حذف موکیلاژ با استفاده از روش سطح پاسخی صورت گرفت. متغیرهای فرآیند با استفاده از طراحی مرکزی مرکب ایزوواریانت بهینه‌سازی شد تا بازده استخراج پکتین را بهبود بخشد. شرایط بهینه به‌دست‌آمده عبارت بودند از: زمان سونیکاسیون ۷۰ دقیقه، دما ۷۰ درجه سانتیگراد، pH ۱.۵ و نسبت آب به مواد ۳۰ میلی‌لیتر به گرم. این شرایط تایید شدند و عملکرد استخراج آزمایشی ۱۸.۱۴٪ ± ۱.۴۱٪ بود که به‌طور نزدیکی به مقدار پیش‌بینی شده (۱۹.۰۶٪) بود. بنابراین، استخراج اولتراسونیک یک جایگزین امیدوارکننده برای فرآیند استخراج سنتی است به دلیل کارآمدی بالا که در زمان کمتر و در دماهای پایین‌تر به‌دست آمده است. پکتین استخراج شده از کاکتوس OFI با استفاده از استخراج اولتراسونیک (UAEPC) دارای درجه استریفیکیشن پایین، محتوای بالای اسید اورونیک، خواص کاربردی مهم و فعالیت ضد رادیکال خوب است. این نتایج از استفاده از UAEPC به‌عنوان ماده افزودنی پتانسیل در صنعت غذایی حمایت می‌کنند. [Bayar و همکاران ۲۰۱۷]
گوشته انگور:
در مقاله تحقیقاتی با عنوان "استخراج پکتین‌ها از گوشته انگور با استفاده از اسید سیتریک: رویکرد روش متغیر سطح پاسخ"، سونیکاسیون برای استخراج پکتین‌ها از پوست میوه انگور با استفاده از اسید سیتریک به عنوان عامل استخراجی استفاده شده است. بر اساس روش متغیر سطح پاسخ، بالاترین بازده پکتین (حدوداً ۳۲.۳٪) هنگامی که فرآیند استخراج اولتراسونیک در دمای ۷۵ درجه سانتیگراد به مدت ۶۰ دقیقه با استفاده از محلول اسید سیتریک با pH ۲.۰ انجام می‌شود، به دست می‌آید. این پلی‌ساکاریدهای پکتین، که اصولاً از واحدهای اسید گالاکتورونیک تشکیل شده‌اند (حدود ۹۷٪ از مجموع قندها)، وزن مولکولی متوسطی حدود ۱۶۳.۹ کیلو دالتون و درجه استریفیکاسیون (DE) ۵۵.۲٪ را دارند.
ساختار سطحی گوشته میوه انگور پس از سونیکاسیون نشان می‌دهد که سونیکیشن نقش مهمی در شکستن بافت گیاهی و افزایش بازده استخراج دارد. بازدهی که پس از استخراج اولتراسونیک پکتین با استفاده از شرایط بهینه (۷۵ درجه سانتیگراد، ۶۰ دقیقه، pH ۲.۰) به‌دست آمد، حدود ۲۰٪ بیشتر از بازدهی استخراجی بود که همان شرایط دما، زمان و pH بدون کمک اولتراسونیک به کار رفت. علاوه بر این، پکتین‌های استخراج شده با استفاده از اولتراسونیک دارای وزن مولکولی متوسط بالاتری بودند. [Minjares-Fuentes و همکاران ۲۰۱۴]
برای آشنایی با دیگر کاربردهای التراسونیک هموژنایزر در صنایع غذایی به کاربردهای التراسونیک هموژنایزر در صنایع غذایی مراجعه کنید.
بیشتر بدانید
پکتین و کاربردهایش
- در صنعت غذایی، پکتین به مارمالادها، مرباها، ژله‌ها، نوشیدنی‌ها، سس‌ها، مواد غذایی منجمد، شیرینی‌پزی و محصولات نانی اضافه می‌شود. پکتین در ژله‌های شیرینی‌پزی برای ایجاد ساختار ژل خوب، یک بافت و ارائه طعم خوب استفاده می‌شود. پکتین نیز برای پایداری بخشیدن به نوشیدنی‌های پروتئینی اسیدی، مانند دوغ، برای بهبود بافت، حس دهان و پایداری پالپ در نوشیدنی های با پایه آبمیوه و جایگزین چربی در محصولات پختنی استفاده می شود. برای کاهش کالری / کم‌کالری، پکتین به عنوان جایگزین چربی و / یا شکر اضافه می‌شود.
- در صنعت دارویی، از آن برای کاهش سطح کلسترول خون و اختلالات گوارشی استفاده می‌شود.
- دیگر کاربردهای صنعتی پکتین شامل کاربرد آن در فیلم‌های خوراکی، به عنوان استحکام‌دهنده امولسیون برای امولسیون‌های آب / روغن، به عنوان اصلاح‌کننده رئولوژی و پلاستیسایزر، به عنوان عامل ابعاددهی برای کاغذ و پارچه و غیره می‌باشد.
منابع پکتین
اگرچه پکتین می‌تواند در دیواره‌های سلولی اکثر گیاهان یافت شود، اما پوست سیب و پوست پرتقال دو منبع اصلی پکتین تولیدی تجاری هستند زیرا پکتین‌های آنها کیفیت برتری دارند. منابع دیگر اغلب رفتار ناکارآمدی در زمینه ژله‌ای‌شدن از خود نشان می‌دهند. در میان میوه‌ها، علاوه بر سیب و مرکبات، هلو، زردآلو، گلابی، گواوا، به، آلو، انگورفرنگی به دلیل مقدار زیاد پکتین شناخته شده‌اند. در بین سبزیجات، گوجه‌فرنگی، هویج و سیب‌زمینی به دلیل مقدار زیاد پکتین، شناخته شده‌اند.
گوجه فرنگی
میلیون‌ها تن گوجه‌فرنگی (Lycopersicon esculentum Mill.) هر ساله جهت تولید محصولاتی مانند آب گوجه‌فرنگی، رب گوجه‌فرنگی، پوره، کچاپ، سس و سالسا فرآوری می‌شوند که این کار منجر به تولید مقادیر زیادی از پسماندها می‌شود. پسماند گوجه‌فرنگی که پس از فشاردادن گوجه‌فرنگی به دست می‌آید، از ۳۳٪ دانه، ۲۷٪ پوست و ۴۰٪ پالپ تشکیل شده است، در حالی که گوشته گوجه‌فرنگی خشک شده شامل ۴۴٪ دانه و ۵۶٪ پالپ و پوست است.
