استخراج نیمه صنعتی پکتین از ضایعات پرتقال و ارزیابی ویژگی‎های کمی و کیفی آن

سابقه و هدف: پکتین یک پلی‎ساکارید طبیعی است که ویژگی‎های عملکردی متنوعی دارد. پکتین می‎تواند به عنوان عامل قوام دهنده، ژل کننده، پایدار کننده، امولسیفایر، عامل باندکننده کاتیون‌ها و غیره مورد استفاده قرار گیرد. وجود این ویژگی‎های مهم در پکتین موجب ارزشمند شدن این زیست‎پلی‎مر مخصوص در تولید غذا و دارو شده است. تمام پکتین مورد نیاز صنایع غذایی، داروئی و آرایشی – بهداشتی از خارج از کشور تامین می‎گردد در صورتی که پتانسیل تولید این محصول ارزشمند آن هم از ضایعات فراوان موجود در صنایع آب میوه وجود دارد. علاوه براین، فرایند تولید این محصول نیز نسبتا ساده و کم هزینه بوده و ارزش افزوده آن بسیار زیاد می‎باشد. تولید پکتین تنها در سطح آزمایشگاهی صورت گرفته است و هنوز صنعتی نشده است. بنابراین، هدف از این تحقیق، بهینه‎سازی استخراج پکتین از ضایعات پرتقال در شرایط آزمایشگاهی و سپس افزایش سطح استخراج به نیمه صنعتی بود. طراحی و ساخت خط تولید نیمه صنعتی استخراج پکتین از ضایعات پرتقال برای اولین بار در ایران جهت ارزیابی امکان صنعتی کردن تولید پکتین و بومی سازی تولید آن انجام شد. مواد و روش ها: ابتدا تاثیر ph (1.5-3)، زمان استخراج (1-4 ساعت) و نسبت ماده جامد به حلال (s/l) (1 به 10 تا 1 به 30 گرم بر میلی لیتر) بر بازده استخراج پکتین به‎صورت جداگانه بهینه‎سازی شدند و سپس تولید نیمه صنعتی پکتین در شرایط بهینه آزمایشگاهی صورت پذیرفت. از دو روش فیلتراسیون (فیلتر پرس و سانتریفیوژ) برای جداسازی ناخالصی‎ها استفاده شد. پکتین‎های تولیدی در سطح نیمه صنعتی از نظر شاخص‎های بازده، درجه استری و میزان اسید گالاکتورونیک با نوع آزمایشگاهی مقایسه گردید. یافته ها: نتایج این پژوهش حاکی از آن بود که هر سه عامل ph، زمان استخراج و نسبت s/l تاثیر معنی‎داری ( p≤0.05) بر بازده استخراج پکتین داشتند. با افزایش ph از 1.5 به 2 بازده پکتین افزایش یافت و در ph 2 در بالاترین مقدار خود قرار داشت (14.87 گرم بر 100 گرم ماده خشک) و با افزایش ph تا 3، بازده کاهش یافت (65/ 6 گرم به ازای 100 گرم). با افزایش زمان استخراج تا 3 ساعت، بازده به طور معنی‎داری افزایش یافت اما پس از آن ثابت ماند. با افزایش نسبت s/l از 1:10 تا 1:15، بازده پکتین به طور معنی‎داری (p ≤0.05 ) از 16.55 تا 18.84 گرم به ازای 100 گرم ماده خشک افزایش یافت و پس از آن مجددا به طور معنی‎داری کاهش پیدا کرد. خط تولید پکتین طراحی شد و استخراج نیمه صنعتی پکتین در شرایط بهینه تعیین شده (ph برابر با 2، نسبت s/l 1:15 و زمان 3 ساعت) صورت پذیرفت. بازده استخراج نیمه صنعتی در زمانی که از فیلترپرس استفاده شد بیشتر از بازده آزمایشگاهی بود اما میزان اسید گالاکتورونیک آن به طور معنی‎داری کمتر بود. هنگامی که از روش سانتریفیوژ استفاده شد، کمیت (بازده) و کیفیت (درجه استری، میزان اسید گالاکتورونیک ، آرابینوز، رامنوز و زایلوز و وزن مولکولی) پکتین استخراجی مشابه مقیاس آزمایشگاهی بود و تفاوت معنی‎داری نداشتند که حاکی از خلوص بالای پکتین بود. نتیجه گیری: نتایج حاکی از آن داشت که بازده و کیفیت پکتین حاصله در مقیاس نیمه صنعتی، در زمانی که از دستگاه سانتریفیوژ (به جای فیلترپرس) برای مرحله صاف کردن استفاده شد، مشابه روش متداول آزمایشگاهی بود و بنابراین امکان تولید پکتین با بازده و کیفیت بالا در سطح نیمه صنعتی و صنعتی وجود دارد.

Semi-Pilot scale extraction of pectin from orange peel waste and evaluating its quantitative and qualitative features

Background and objective: Pectin as a natural polysaccharide possesses a wide spectrum of functional properties. It can act as a thickener, gelling agent, stabilizer, emulsifier, cationbinding agent, etc. These properties make pectin as a biopolymer valuable especially for medicine and food production. All of the pectin needed in food, medicine and cosmetic industries is supplied abroad while there is a good potential for production of this valuable substance from waste of beverage industries. In addition, the production of the pectin is simple and low cost and its added value is high. Pectin production was done only in laboratory scale and has not been industrialized. Therefore, the aim of this research was to optimize the pectin extraction from orange juice waste in the laboratory scale and then, scaling up to semi pilot extraction. Designing and constructing the production line of Semipilot scale extraction of pectin from orange peel was done for the first time in Iran, to can finally, evaluate the possibility of industrialization and localization of the pectin. Materials and methods: In the first, the effect of pH (1.53), time of extraction (14 h) and S/L ratio (1:10 1:30 g/mL) were optimized singularly and then, semipilot production of pectin at the optimized condition, which was obtained at the laboratory scale, was done. Two filtration methods (filter press and centrifuge) were used to to separate impurities. The yield, DE and galacturonic acid content of the extracted pectins in the semi pilot scale were compared to the laboratory one. Results: The results indicated that all the parameters had significant effect (p≤0.05) on the yield of the extracted pectin. Increasing the pH from 1.5 to 2 increased the yield and the highest yield was obtained at pH of 2 (14.87 g/100 g d.m.) and by increasing pH from 2 to 3, the yield was decreased (6.65 g/100 g d.m). Increasing the time of extraction up to 3 h, enhaned the yield significantly but then, it was remain constant. By increasing the S/L ratio from 1:10 to 1:15, the yield was increased from 16.55 to 18.84 g/100 g d.m. and after that the yield was decreased. Designing the pectin production line was done and semi pilot extraction was done at the optimized conditions (pH of 2, S/L ratio of 1:15 and time of 3 h). The yield of extracted pectin in the semi pilot scale (which filter press employed instead of centrifuge) was more than that obtained at the laboratory scale althogh its galacturonic acid content was lower than that obtained at semi pilot scale. When centrifuge was employed, the extracted pectin at the semi pilot scale was comparable with laboratory one, indicating its high purity. Conclusion: Results indicated that the yield and quality properties of the pectin extracted at the semipilot extraction, which centrifuge was employed (instead of filter press), were similar to the pectin extracted at the laboratory scale and therefore, producting the pectin with high yield and quality at the semipilot scale is possible.