Por que a máquina ultrassônica é necessária para a extração de pectina?

Por que precisamos de uma máquina de ultra-som usada para extração de pectina?

A tecnologia assistida por ultra-som tem sido amplamente utilizada na extracção de produtos naturais.Disposição e estágio de dissoluçãoA pectina é um composto polissacarídeo de elevada concentração molecular que existe na forma de protopectina, pectina e ácido pético nos frutos, raízes,Estames e folhas de plantas e frutosA pectina é um componente importante da parede celular e existe juntamente com a celulose para formar o adesivo da camada média das células.Pode-se dizer que é o adesivo que mantém bem unidos os tecidos das plantasOs principais componentes da pectina são o ácido galacturónico ligado por ligações α-1, 4 glicosídicas e polímeros formados por açúcares neutros, tais como a galactose, a arabinose,e outros componentes não azucarados, como o metanolA estrutura da pectina é constituída principalmente por duas partes: a cadeia principal e a cadeia lateral.

A cadeia principal de ácido poligalacturónico de elevado teor é formada pela cadeia reta de unidades de ácido D-galacturónico ligadas por ligações α-1, 4 glicosídicas,e a cadeia lateral é constituída principalmente por polissacarídeos de ácido galacturónico [1]A pectina, um composto natural de alta molécula, possui excelentes propriedades de adesão e emulsificação e é amplamente utilizada nas indústrias alimentar, farmacêutica, química diária e têxtil.Atualmente, existem vários métodos disponíveis para a extracção da pectina, incluindo a extracção ultra-sônica de várias plantas e frutas.

A extração assistida por ultrassom é uma tecnologia verde que utiliza os efeitos físicos do ultrassom, como vibração mecânica, cavitação e efeitos térmicos, para melhorar a eficiência da extração.Esta tecnologia, através da otimização do processo de extracção, ultrapassa eficazmente os desafios de tempo, energia e rendimento reduzidos dos métodos tradicionais de extracção (como a extracção ácida e enzimática),tornando-se um ponto de referência de investigação no domínio da extracção de pectinaA seguir está apresentada uma explicação pormenorizada dos princípios, características de aplicação, vantagens, factores de influência e casos de investigação:
1Os princípios fundamentais da extracção de pectina com ultra-som
O ultra-som é uma onda sonora com uma frequência superior a 20 kHz. Quando se propaga em um meio líquido, produz três efeitos-chave que promovem coletivamente a dissolução da pectina:

Efeito de cavitação: O ultrassom cria um grande número de pequenas bolhas (bolhas de cavitação) no líquido.liberando uma enorme energia (alta temperatura localizada e alta pressão)Estas bolhas impactam as paredes celulares das plantas e a matriz intercelular, perturbando a integridade de estruturas como a celulose e a hemicelulose.tornar a pectina encapsulada mais acessível ao extractor e à dissolução.

Vibração mecânica: as vibrações de alta frequência do ultra-som criam agitação intensa no sistema de extracção (partículas de matéria-prima e extrator), aumentando a eficiência da transferência de massa,reduzindo a resistência à difusão da pectina na superfície da matéria-prima, e acelerando a transferência da pectina da fase sólida (matéria-prima) para a fase líquida (extractor).

Efeito térmico: a energia ultra-sônica é parcialmente convertida em calor, elevando moderadamente a temperatura do sistema de extracção (geralmente inferior à do aquecimento tradicional),Promover a capacidade do extractor de dissolver a pectinaNo entanto, a temperatura é mais controlada do que o aquecimento directo, o que pode reduzir a degradação da pectina causada por altas temperaturas.

III. Vantagens da extracção de pectina assistida por ultra-som

Alta eficiência e poupança de energia: o tempo de extracção é encurtado em 50% a 70% e o consumo de energia é reduzido em mais de 30%, satisfazendo os requisitos de uma indústria verde.

Melhoria da qualidade da pectina: a extracção a baixa temperatura reduz a degradação da pectina, resultando num grau mais elevado de esterificação (por exemplo,A pectina da casca de cítricos pode atingir um grau de esterificação superior a 75%, em comparação com os 68% alcançados com a extracção ácida tradicional).tornando-o mais adequado para utilização como aditivo alimentar (como confites e geleias) e excipientes farmacêuticos (como transportadores de libertação prolongada).

Ampla aplicabilidade: Eficaz para uma variedade de matérias-primas (casca de cítricos, casca de maçã, casca de toranja, núcleo de manga, etc.),É particularmente adequado para a utilização de resíduos de transformação de frutas e produtos hortícolas de alto valor, reduzindo a poluição ambiental.

Operação simples: não são necessários reagentes químicos complexos; o processo pode ser otimizado simplesmente ajustando os parâmetros de ultrassom, facilitando a escala industrial.Fatores-chave que afetam a extração assistida por ultra-som

A eficiência de extracção (taxa de extracção) e a qualidade da pectina (grau de esterificação, peso molecular) são afectadas pelos seguintes parâmetros e exigem uma otimização específica:

Potência ultrasônica: resultados muito baixos em cavitação fraca e baixa taxa de extração; resultados muito altos (por exemplo, acima de 500W) em quebra da cadeia molecular (redução do peso molecular) e qualidade reduzida.Uma faixa típica é de 200-400W.
Tempo ultra-sônico: a taxa de extracção aumenta inicialmente com o tempo (a dissolução da pectina é completa),mas estabiliza ou até diminui após 60 minutos (cavitação excessiva leva à degradação da pectina).

Relação sólido-líquido: se a relação entre a matéria-prima e o extractor (por exemplo, solução ácida) for demasiado elevada (por exemplo, inferior a 1:10), o extractor não está disponível em quantidade suficiente e a dissolução da pectina é limitada.Se for demasiado baixo (eA concentração de produtos industriais é, em geral, mais elevada do que a concentração de produtos industriais (por exemplo, mais de 1:50), aumentando os custos de concentração subsequentes.30.
pH: condições ácidas (pH 2,0-3,0) são mais propícias à dissolução da pectina (quebrando ligações de hidrogênio).0 continua a manter uma elevada eficiência), reduzindo a corrosão por ácido no equipamento.
Temperatura: o efeito térmico dos ultra-somos pode elevar a temperatura do sistema para 40-60°C. As temperaturas excessivas (por exemplo, acima de 70°C) aceleram a degradação da pectina,Assim, o resfriamento é necessário para controlar a temperatura.

V. Estudo de caso
Pectina de casca de cítricos: Utilizando um processo de extração de ácido cítrico por ultra-som (potência 300W, tempo de 45 minutos, pH 2.5, relação sólido-líquido 1:25), o rendimento de extracção da pectina de casca de cítricos atingiu 21,3%, o grau de esterificação da pectina atingiu 76% e a resistência do gel (a uma concentração de 1%) atingiu 120 g/cm2,exceder a extracção ácida tradicional (rendimento de extracção 16.8%, resistência ao gel 95g/cm2). Pectina de pó de maçã: extracção combinada por ultra-som e celulosa (potência 250W, dosagem enzimática 0,5%, tempo de 50 minutos) alcançou um rendimento de extracção de 24,5%, um rendimento de 34.6% de aumento em comparação com a extracção da enzima sozinha (18A pectina também conseguiu uma distribuição de peso molecular mais concentrada (melhorando a estabilidade funcional).
VI. Limitações e perspectivas
Limitações: A potência excessiva pode levar à degradação da pectina; o controlo da uniformidade é difícil com equipamentos industriais (tais como reatores ultra-sônicos de grande escala);O ultra-som sozinho tem uma eficácia limitada para algumas matérias-primas ricas em fibras (como cascas de frutas altamente lignificadas), necessitando de combinação com outras tecnologias.
Perspectiva: Future development of new ultrasonic equipment (such as focused ultrasound and continuous-flow ultrasonic reactors) and optimization of multi-technique synergistic processes (ultrasound-enzyme-microwave combination) will further improve extraction efficiency and pectin quality, promovendo a sua aplicação em larga escala em alimentos, medicina e proteção do ambiente.

Em resumo, a tecnologia assistida por ultra-som melhora significativamente a eficiência e a qualidade da extração de pectina, aumentando a transferência de massa, destruindo a estrutura e reduzindo o consumo de energia.Trata-se de um importante meio técnico para a valorização de resíduos de frutas e vegetais e tem amplas perspectivas industriais..