पेक्टिन निष्कर्षण के लिए अल्ट्रासोनिक मशीन की आवश्यकता क्यों है?

पेक्टिन निष्कर्षण के लिए अल्ट्रासोनिक मशीन की आवश्यकता क्यों है?

प्राकृतिक उत्पादों के निष्कर्षण में अल्ट्रासोनिक-सहायता प्रौद्योगिकी का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। पेक्टिन के निष्कर्षण में तीन मुख्य चरण हैंः त्वरित घुसपैठ और प्रवेश चरण;प्रवर्धित विघटन और विघटन चरणपेक्टिन एक पॉलीसाकेराइड उच्च आणविक यौगिक है जो फल, जड़ों, जड़ों में प्रोटोपैक्टिन, पेक्टिन और पेक्टिक एसिड के रूप में मौजूद है।पौधों और फलों के तने और पत्तेपेक्टिन कोशिकाओं की दीवार का एक महत्वपूर्ण घटक है और कोशिकाओं की मध्य परत के चिपकने वाले पदार्थ के रूप में सेल्युलोज के साथ मौजूद है।यह उस चिपकने वाले पदार्थ की तरह है जो पौधों के ऊतकों को एक साथ कसकर बांधता हैपेक्टिन के मुख्य घटक गैलेक्टुरॉनिक एसिड हैं जो α-1, 4 ग्लाइकोसाइडिक बंधन द्वारा जुड़े हुए हैं और तटस्थ शर्करा जैसे गैलेक्टोज, अरबिनोस,और अन्य गैर-शर्करा घटक जैसे कि मेथनॉलपेक्टिन की संरचना मुख्य रूप से दो भागों से बनी होती हैः मुख्य श्रृंखला और साइड श्रृंखला।

उच्च-पॉलीगैलेक्टुरॉनिक एसिड मुख्य श्रृंखला डी-गैलेक्टुरॉनिक एसिड इकाइयों की सीधी श्रृंखला से गठित होती है जो α-1, 4 ग्लाइकोसाइडिक बंधन से जुड़ी होती है,और साइड चेन मुख्य रूप से गैलेक्टुरॉनिक एसिड पॉलीसाकेराइड्स से बनी होती है [1]पेक्टिन, एक प्राकृतिक उच्च आणविक यौगिक है, जिसमें उत्कृष्ट चिपकने और इमल्सिफायर गुण हैं, और इसका व्यापक रूप से खाद्य, दवा, दैनिक रसायन और वस्त्र उद्योगों में उपयोग किया जाता है।पेक्टिन निकालने के लिए वर्तमान में कई तरीके उपलब्ध हैं, जिसमें विभिन्न पौधों और फलों से अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण शामिल है।

अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण एक हरी तकनीक है जो निष्कर्षण दक्षता को बढ़ाने के लिए अल्ट्रासाउंड के भौतिक प्रभावों, जैसे यांत्रिक कंपन, गुहापन और थर्मल प्रभावों का उपयोग करती है।यह तकनीक, निष्कर्षण प्रक्रिया को अनुकूलित करके, पारंपरिक निष्कर्षण विधियों (जैसे एसिड और एंजाइम निष्कर्षण) की समय लेने वाली, ऊर्जा-गहन और कम उपज वाली चुनौतियों को प्रभावी ढंग से दूर करता है,इसे पेक्टिन निष्कर्षण क्षेत्र में अनुसंधान हॉटस्पॉट बना रहा हैनिम्नलिखित सिद्धांतों, अनुप्रयोग विशेषताओं, लाभों, प्रभावकारी कारकों और अनुसंधान मामलों का विस्तृत विवरण हैः
1अल्ट्रासाउंड-सहायित पेक्टिन निष्कर्षण के मूल सिद्धांत
अल्ट्रासाउंड एक ध्वनि तरंग है जिसकी आवृत्ति 20kHz से ऊपर है। जब यह तरल माध्यम में फैलता है तो यह तीन प्रमुख प्रभाव पैदा करता है जो सामूहिक रूप से पेक्टिन के विघटन को बढ़ावा देते हैंः

कैविटेशन प्रभाव: अल्ट्रासाउंड से तरल पदार्थ में बड़ी संख्या में छोटे बुलबुले (कैविटेशन बुलबुले) बनते हैं। ये बुलबुले तेजी से दोलन करते हैं, बढ़ते हैं, और फिर फट जाते हैं,विशाल ऊर्जा (स्थानीय उच्च तापमान और उच्च दबाव) जारी करनाये बुलबुले पौधों की कोशिकाओं की दीवारों और अंतरकोशिकीय मैट्रिक्स को प्रभावित करते हैं, सेल्युलोज और हेमीसेल्युलोज जैसी संरचनाओं की अखंडता को बाधित करते हैं।इनकैप्सुलेट पेक्टिन को निकालने के लिए और अधिक सुलभ बनाना और भंग करना.

यांत्रिक कंपन: अल्ट्रासाउंड के उच्च आवृत्ति कंपन से निष्कर्षण प्रणाली (कच्चे माल के कणों और निष्कर्षक) में तीव्र हलचल होती है, जिससे द्रव्यमान हस्तांतरण दक्षता बढ़ जाती है।कच्चे माल की सतह पर पेक्टिन प्रसार प्रतिरोध को कम करना, और पेक्टिन के ठोस चरण (कच्चे माल) से तरल चरण (एक्स्ट्रेक्टेंट) में स्थानांतरण को तेज करता है।

थर्मल प्रभावः अल्ट्रासोनिक ऊर्जा को आंशिक रूप से गर्मी में परिवर्तित किया जाता है, जो निष्कर्षण प्रणाली के तापमान को मध्यम रूप से बढ़ाता है (आमतौर पर पारंपरिक हीटिंग से कम),पेक्टिन को भंग करने के लिए निकालने की क्षमता को बढ़ावा देनाहालांकि, तापमान प्रत्यक्ष हीटिंग की तुलना में अधिक नियंत्रित है, जो उच्च तापमान के कारण होने वाले पेक्टिन अपघटन को कम कर सकता है।

III. अल्ट्रासोनिक-सहायित पेक्टिन निष्कर्षण के फायदे

उच्च दक्षता और ऊर्जा की बचतः निष्कर्षण का समय 50%-70% कम हो जाता है और ऊर्जा की खपत 30% से अधिक कम हो जाती है, जो एक हरे उद्योग की आवश्यकताओं को पूरा करती है।

पेक्टिन की गुणवत्ता में सुधारः कम तापमान पर निष्कर्षण पेक्टिन के अपघटन को कम करता है, जिसके परिणामस्वरूप एस्टेरिफिकेशन की उच्च डिग्री होती है (उदाहरण के लिए,साइट्रस छील पेक्टिन 75% से अधिक की एस्टेरिफिकेशन डिग्री प्राप्त कर सकता है, पारंपरिक एसिड निष्कर्षण के साथ प्राप्त 68% की तुलना में) ।इसे खाद्य योजक (जैसे जाम और जेली) और दवा सहायक पदार्थों (जैसे निरंतर रिलीज़ वाहक) के रूप में उपयोग के लिए अधिक उपयुक्त बनाना.

व्यापक अनुप्रयोगः विभिन्न प्रकार के कच्चे पदार्थों (सिट्रस छील, सेब के छिलके, ग्रेपफ्रुट छील, आम के कोर आदि) के लिए प्रभावी।यह विशेष रूप से फल और सब्जी प्रसंस्करण अपशिष्ट के उच्च मूल्य उपयोग के लिए उपयुक्त हैपर्यावरण प्रदूषण को कम करना।

सरल संचालन: कोई जटिल रासायनिक अभिकर्मकों की आवश्यकता नहीं है; प्रक्रिया को केवल अल्ट्रासाउंड मापदंडों को समायोजित करके अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे औद्योगिक रूप से स्केल करना आसान हो जाता है।अल्ट्रासोनिक-सहायित निष्कर्षण को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक

निष्कर्षण दक्षता (निर्कर्षण दर) और पेक्टिन गुणवत्ता (एस्टरिफिकेशन की डिग्री, आणविक भार) निम्नलिखित मापदंडों से प्रभावित होती है और लक्षित अनुकूलन की आवश्यकता होती है:

अल्ट्रासोनिक शक्तिः बहुत कम परिणाम में कमजोर गुहा और कम निष्कर्षण दर; बहुत अधिक (जैसे, 500W से अधिक) परिणाम में आणविक श्रृंखला टूटने (आणविक वजन में कमी) और गुणवत्ता में कमी।एक विशिष्ट सीमा 200-400W है.
अल्ट्रासोनिक समय: निकासी की दर शुरू में समय के साथ बढ़ जाती है (पेक्टिन विघटन पूरा हो जाता है),लेकिन 60 मिनट के बाद स्थिर हो जाती है या कम भी हो जाती है (अत्यधिक गुहापन पेक्टिन के अपघटन का कारण बनता है).

ठोस-तरल अनुपातः यदि कच्चे माल का एक्सट्रैक्टेंट (जैसे, अम्लीय समाधान) का अनुपात बहुत अधिक है (जैसे, 1:10 से नीचे), पर्याप्त एक्सट्रैक्टेंट उपलब्ध नहीं है और पेक्टिन विघटन सीमित है।यदि बहुत कम (e.g, 1:50 से ऊपर), इसके बाद एकाग्रता की लागत बढ़ जाती है। एक विशिष्ट सीमा 1:20-1 हैः30.
पीएचः अम्लीय परिस्थितियाँ (पीएच 2.0-3.0) पेक्टिन विघटन (हाइड्रोजन बंधन को तोड़ने) के लिए अधिक अनुकूल हैं। अल्ट्रासाउंड-सहायता प्राप्त करने से पीएच रेंज (जैसे, पीएच 3.0-4.) का विस्तार हो सकता है।0 अभी भी उच्च दक्षता बनाए रखता है), उपकरण पर एसिड जंग को कम करता है।
तापमानः अल्ट्रासाउंड के थर्मल प्रभाव से सिस्टम का तापमान 40-60°C तक बढ़ सकता है। अत्यधिक तापमान (उदाहरण के लिए, 70°C से ऊपर) पेक्टिन के अपघटन में तेजी लाते हैं,इसलिए तापमान को नियंत्रित करने के लिए ठंडा आवश्यक है.

V. केस स्टडी
सिट्रस छील पेक्टिनः अल्ट्रासाउंड-सिट्रिक एसिड निष्कर्षण प्रक्रिया का उपयोग करना (शक्ति 300W, समय 45 मिनट, पीएच 2.5, ठोस-तरल अनुपात 1:25), साइट्रस छील पेक्टिन की निष्कर्षण उपज 21.3% तक पहुंच गई, पेक्टिन एस्टेरिफिकेशन डिग्री 76% तक पहुंच गई और जेल की ताकत (1% एकाग्रता पर) 120g/cm2 तक पहुंच गई,पारंपरिक अम्लीय निष्कर्षण (निकर्षण उपज 16.8%, जेल की ताकत 95 ग्राम/सेमी2) सेब के छिलके पेक्टिनः अल्ट्रासाउंड-सेल्युलाज़ संयुक्त निष्कर्षण (शक्ति 250W, एंजाइम खुराक 0.5%, समय 50 मिनट) ने 24.5% की निष्कर्षण उपज हासिल की, 34.5% की उपज।केवल एंजाइम निकासी की तुलना में 6% की वृद्धि (18पेक्टिन ने अधिक केंद्रित आणविक भार वितरण (कार्यात्मक स्थिरता में सुधार) भी प्राप्त किया।
VI. सीमाएँ और दृष्टिकोण
सीमाएँः अत्यधिक शक्ति पेक्टिन के क्षरण का कारण बन सकती है; औद्योगिक उपकरणों (जैसे बड़े पैमाने पर अल्ट्रासोनिक रिएक्टर) के साथ एकरूपता नियंत्रण मुश्किल है;अकेले अल्ट्रासाउंड की कुछ उच्च फाइबर वाले कच्चे माल (जैसे उच्च लिग्नीफाइड फलों की छिलके) के लिए सीमित प्रभावकारिता है, अन्य प्रौद्योगिकियों के साथ संयोजन की आवश्यकता है।
आउटलुकः 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, खाद्य, चिकित्सा और पर्यावरण संरक्षण में इसके बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग को बढ़ावा देना।

संक्षेप में, अल्ट्रासाउंड-सहायता प्रौद्योगिकी द्रव्यमान हस्तांतरण को बढ़ाकर, संरचना को नष्ट करके और ऊर्जा की खपत को कम करके पेक्टिन निष्कर्षण की दक्षता और गुणवत्ता में काफी सुधार करती है।यह फल और सब्जियों के कचरे के उच्च मूल्य के उपयोग के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीकी साधन है और इसमें व्यापक औद्योगिक संभावनाएं हैं।.