ความเป็นไปได้และแผนกระบวนการในการสกัดเพคตินจากแอปเปิ้ล รูขุมขนควินซ์ และเปลือกส้มโดยใช้อุปกรณ์สกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

อุปกรณ์สกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถสกัดเพคตินจากกากแอปเปิ้ล กากมะตูม และเปลือกส้มได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการสกัดด้วยน้ำร้อนและกรดแบบดั้งเดิม มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ เช่น ประสิทธิภาพในการสกัดสูง ใช้เวลาในการสกัดสั้น อุณหภูมิต่ำ และผลผลิตและความบริสุทธิ์ของเพคตินสูงกว่า หลักการหลักของมันใช้เอฟเฟกต์คาวิเทชัน เอฟเฟกต์การสั่นสะเทือนทางกล และเอฟเฟกต์ความร้อนของอัลตราซาวนด์ เพื่อขัดขวางโครงสร้างเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสของผนังเซลล์พืช ช่วยเร่งการละลายของเพคตินจากผนังเซลล์ ขณะเดียวกันก็ลดความเสียหายต่อโครงสร้างโมเลกุลของเพคตินที่เกิดจากอุณหภูมิสูง

I. หลักการสำคัญของการสกัดเพกติน (กลไกการเพิ่มประสิทธิภาพด้วยคลื่นอัลตราโซนิก)

ผลกระทบจากการเกิดโพรงอากาศ: เมื่ออัลตราซาวนด์แพร่กระจายในของเหลวที่สกัดออกมา จะทำให้เกิดฟองอากาศเล็กๆ จำนวนมาก ฟองอากาศเหล่านี้จะขยายตัวและแตกออกอย่างรวดเร็ว ปล่อยแรงดันและแรงกระแทกสูงทันที ฉีกผนังเซลล์ของกากส้ม/เปลือกส้มโดยตรง ทำให้เพคตินภายในเซลล์ละลายลงในของเหลวที่สกัดได้อย่างรวดเร็ว

ผลกระทบจากการสั่นสะเทือนทางกล: การสั่นสะเทือนความถี่สูง-ของอัลตราซาวนด์ทำให้เกิดการกวนเชิงกลที่รุนแรงต่ออนุภาคของวัสดุ ลดความเข้มข้นที่แตกต่างกันระหว่างของเหลวที่สกัดกับพื้นผิวของวัสดุ และเร่งกระบวนการถ่ายโอนมวล ผลกระทบจากความร้อน: พลังงานของอัลตราซาวนด์จะถูกแปลงเป็นความร้อนติดตามเฉพาะที่ ซึ่งสามารถเพิ่มอัตราการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของสารสกัด แต่อุณหภูมิโดยรวมต่ำกว่าการสกัดด้วยความร้อนแบบดั้งเดิมมาก หลีกเลี่ยงการย่อยสลายเพคตินเนื่องจากอุณหภูมิสูง และรับประกันน้ำหนักโมเลกุลและคุณสมบัติการเกิดเจลของเพคติน

 

ครั้งที่สอง ผังกระบวนการเฉพาะ (ใช้ได้กับ Apple Pomace, Quince Pomace และ Orange Peel)

1. การปรับสภาพวัตถุดิบ การปรับสภาพล่วงหน้าเป็นขั้นตอนสำคัญในการพิจารณาผลผลิตและความบริสุทธิ์ของเพกติน โดยต้องมีการกำจัดสิ่งเจือปนและรบกวนส่วนประกอบออกจากวัตถุดิบ:
* การล้างและการกำจัดสิ่งเจือปน: ล้างกากแอปเปิ้ล กากควินซ์ และเปลือกส้มด้วยน้ำสะอาดเพื่อขจัดสิ่งสกปรก ยาฆ่าแมลงที่ตกค้างบนพื้นผิวเปลือก และเศษเนื้อผลไม้ออกจากกาก

* การอบแห้งและบด: วางวัตถุดิบที่ล้างแล้วในเตาอบที่อุณหภูมิ 40-60 องศาเพื่อให้แห้งจนมีน้ำหนักคงที่ (ปริมาณความชื้น<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. การละลายไขมันและการแยกน้ำตาล (เป็นทางเลือกเพื่อปรับปรุงความบริสุทธิ์ของเพกติน): หากวัตถุดิบมีปริมาณน้ำมันสูงหรือมีปริมาณน้ำตาลที่ละลายได้ (เช่น เปลือกส้มมีน้ำมันหอมระเหย) คุณสามารถแช่เอธานอล 95% ที่เป็นวัสดุ-ต่อ-อัตราส่วนของเหลว 1:5 (กรัม/มิลลิลิตร) เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นจึงไหลย้อนเพื่อละลายไขมันและขจัดน้ำตาล หลังจากการกรอง จะนำไปทำให้แห้งเพื่อขจัดสิ่งเจือปน เช่น น้ำมันและโอลิโกแซ็กคาไรด์ เพื่อป้องกันไม่ให้จับกับเพคตินในระหว่างการสกัดครั้งต่อไป

 

2. อัลตราโซนิก-การช่วยสกัดเพคติน: ขั้นตอนนี้มีความสำคัญและต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์การสกัดที่แม่นยำ ซึ่งจะแตกต่างกันไปเล็กน้อยขึ้นอยู่กับวัตถุดิบ

**การเตรียมสารละลายสำหรับการสกัด:** เพคตินเป็นโพลีแซ็กคาไรด์ที่เป็นกรดและจำเป็นต้องละลายภายใต้สภาวะที่เป็นกรด สารละลายสกัดที่ใช้กันทั่วไปคือกรดไฮโดรคลอริก กรดซิตริก หรือกรดออกซาลิก โดยมีการควบคุมความเข้มข้นระหว่าง 0.05-0.2 โมล/ลิตร สารละลายกรดออกซาลิกสามารถคีเลตไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมในวัตถุดิบ ช่วยลดการเชื่อมโยงและการตกตะกอนของเพคติน ส่งผลให้ได้ผลผลิตสูงขึ้น และทำให้เหมาะสำหรับเปลือกส้มและกากแอปเปิ้ลมากขึ้น
**วัสดุ-ถึง-การปรับอัตราส่วนของเหลว:** ผสมผงวัตถุดิบและสารละลายสำหรับการสกัดในอัตราส่วน 1:15-1:30 (กรัม/มิลลิลิตร) แล้วใส่ในภาชนะสกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก อัตราส่วนวัสดุต่อของเหลวที่ต่ำ-จะทำให้มีการถ่ายโอนมวลไม่เพียงพอ ในขณะที่อัตราส่วนที่สูงจะทำให้ต้นทุนของการทำให้เข้มข้นเพิ่มขึ้น

การดำเนินการสกัด: หลังจากผสมของเหลวอย่างละเอียดแล้ว ให้เปิดอุปกรณ์สกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกและสกัดตามพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้ อัลตราโซนิกเป็นระยะ ๆ สามารถทำได้ในระหว่างกระบวนการ (5 นาทีของอัลตราโซนิกตามด้วยการหยุดชั่วคราว 1 นาที) เพื่อลดความร้อนของอุปกรณ์และหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่ หลังจากการสกัด ให้กรองผ่านตะแกรงขนาด 400-600 mesh และรวบรวมสิ่งกรอง (ที่มีเพคติน) สามารถสกัดสารตกค้างได้อีกครั้งเพื่อเพิ่มผลผลิต

3. การแยกเพคตินและการทำให้บริสุทธิ์: เพคตินในสารสกัดจะต้องถูกแยกออกและตกตะกอนเพื่อกำจัดสิ่งสกปรก ทำให้เกิดเพคตินดิบหรือเพคตินที่ผ่านการกลั่นแล้ว:

ความเข้มข้น: ทำให้น้ำกรองเข้มข้นไปที่ 1/4-1/5 ของปริมาตรเดิมโดยใช้หัวทำให้สุญญากาศที่อุณหภูมิ 50-60 องศา เพื่อลดปริมาณตะกอนที่ต้องการ

การตกตะกอน: ค่อยๆ เติมเอทานอล 95% ลงในความเข้มข้นจนกระทั่งความเข้มข้นของเอทานอลสุดท้ายถึง 60%-70% (ส่วนที่เป็นปริมาตร) กวนอย่างต่อเนื่อง ปล่อยให้ยืนประมาณ 4-8 ชั่วโมง เพกตินจะตกตะกอนเป็นตะกอนสีขาวตกตะกอนเนื่องจากความสามารถในการละลายลดลง

การกรองและการล้าง: กรองโดยใช้กรวย Buchner รวบรวมตะกอน และล้าง 2-3 ครั้งติดต่อกันด้วยเอธานอล 70% และเอทานอล 95% เพื่อกำจัดกรดที่ตกค้างและน้ำตาลที่ละลายน้ำได้

การอบแห้งและการบด: วางเพคตินที่ตกตะกอนแล้วไว้ในเตาอบสุญญากาศที่อุณหภูมิ 45-50 องศาให้แห้ง จากนั้นบดเพื่อให้ได้เพกตินดิบ สำหรับเพคตินที่มีความบริสุทธิ์สูง สามารถใช้วิธีฟอกไตเพิ่มเติมหรือวิธีเรซินแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนได้

 

ที่สาม ข้อกำหนดกระบวนการที่สำคัญ

การควบคุมความเป็นกรด: ค่า pH ของสารละลายสำหรับการสกัดต้องอยู่ระหว่าง 1.5 ถึง 3.0 ค่า pH ที่ต่ำเกินไปจะทำให้โมเลกุลของเพคตินเสื่อมโทรม ในขณะที่ค่า pH สูงเกินไปจะส่งผลให้เกิดการละลายของเพคตินไม่เพียงพอ

 

การจับคู่พารามิเตอร์อัลตราโซนิก: ต้องปรับกำลังและความถี่ล้ำเสียงตามขนาดอนุภาคของวัตถุดิบ ขนาดอนุภาคที่ใหญ่ขึ้นต้องใช้พลังงานที่สูงกว่า เวลาในการสกัดไม่ควรนานเกินไป เกินเกณฑ์จะทำให้การเติบโตของผลผลิตช้าลงและเพิ่มการใช้พลังงาน

 

ความคงตัวของอุณหภูมิ: จำเป็นต้องตรวจสอบอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ระหว่างการสกัดเพื่อหลีกเลี่ยงอุณหภูมิที่เกิน 60 องศาเนื่องจากผลกระทบจากความร้อนล้ำเสียง สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ผ่านระบบระบายความร้อนของอุปกรณ์

ปริมาณสารตกตะกอน: ความเข้มข้นของเอธานอลสุดท้ายต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดระหว่าง 60% ถึง 70% เพคตินไม่สามารถตกตะกอนได้ต่ำกว่า 60% สูงกว่า 70% จะทำให้การตกตะกอนของสิ่งเจือปนเพิ่มขึ้น

 

IV. ข้อควรระวัง
ข้อห้ามในการปรับสภาพวัตถุดิบ:
อุณหภูมิในการอบแห้งไม่ควรเกิน 60 องศา มิฉะนั้นจะทำให้เพกตินเสียสภาพ หลังจากการบด วัตถุดิบจะต้องถูกปิดผนึกและจัดเก็บเพื่อป้องกันการดูดซับความชื้นและการจับตัวเป็นก้อน

 

ในระหว่างการละลายไขมันและการแยกน้ำตาล เอทานอลจะต้องถูกรีไซเคิลเพื่อลดต้นทุนและหลีกเลี่ยงมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม

ข้อควรระวังในการใช้งานอุปกรณ์:
ต้องทำความสะอาดถังสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นประจำเพื่อป้องกันไม่ให้เพกตินและสิ่งสกปรกตกค้างเกาะติดกับพื้นผิวของหัววัดอัลตราโซนิก ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของอัลตราโซนิก

 

จะต้องคงการกวนไว้ในระหว่างการสกัดเพื่อป้องกันไม่ให้อนุภาควัตถุดิบตกตะกอนที่ด้านล่างของถัง ส่งผลให้ความเข้มของอัลตราโซนิกในพื้นที่ไม่เพียงพอ

เมื่ออุปกรณ์กำลังทำงาน จะต้องไม่เปิดถังเพื่อป้องกันคลื่นอัลตราโซนิกไม่ให้เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ (เช่น ความเสียหายต่อการได้ยินหรือการระคายเคืองต่อผิวหนัง)

 

ข้อควรระวังในการเก็บรักษาเพคติน:
เพคตินแห้งควรเก็บไว้ในที่แห้ง เย็น และมีอากาศถ่ายเทสะดวก หลีกเลี่ยงความชื้นและแสงเพื่อป้องกันการเสื่อมคุณสมบัติของเพคตินเจล

สำหรับการจัดเก็บระยะยาว- สามารถปิดผนึกและแช่เย็นได้ (4 องศา ) โดยมีอายุการเก็บรักษานานกว่า 12 เดือน

ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย: ของเหลวของเสียจากการสกัดจะต้องทำให้เป็นกลางก่อนที่จะระบายออก เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของน้ำเสียที่เป็นกรดในดินและแหล่งน้ำ

 

เอทานอลเป็นสารไวไฟ เก็บให้ห่างจากเปลวไฟในระหว่างกระบวนการตกตะกอนและล้าง และดูแลให้มีสภาพแวดล้อมการทำงานที่มีการระบายอากาศที่ดี-