توصيفگر ها :
پكتين , استخراج به كمك مايكروويو , فراصوت , تخليه الكتريكي
چكيده فارسي :
پكتين يك تركيب هتروپلي¬ساكاريد گياهي است كه كاربرد فراواني در محصولات غذايي داشته و معمولا براي تشكيل ژل، ايجاد بافت، ويسكوزيته و پايدارسازي برخي از محصولات غذايي مورد استفاده قرار ميگيرد. پكتين به شكل تجاري از پوست مركبات و يا باقي¬ماندههاي ميوه سيب از صنعت نوشيدني، بدست ميآيد. با اين حال توجه به منابع جديد پكتين، بخصوص ضايعات كشاورزي، روشهاي نوين استخراج و همچنين افزايش بازده روش صنعتي توليد پكتين، رو به گسترش است. لذا پژوهش حاضر در راستاي بررسي پتانسيل استفاده از پيشتيمارهاي فراصوت (در دو توان و دو زمان فرآيندي) و تخليه الكتريكي با ولتاژ بالا (در سه سطح) با هدف افزايش بازده روش مرسوم استخراج و تلفيق اين پيشتيمارها با روش استخراج به كمك مايكروويو انجام گرديد و تاثير روشهاي استخراج و پيشتيمارها بر روي سينتيك استخراج، خصوصيات ساختاري، كاربردي و رئولوژيكي پكتين از پوست هندوانه، به عنوان يكي از ضايعات غذايي، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج اين پژوهش نشان داد كه هر دو پيش تيمار، مورفولوژي سطحي نمونه¬ها را تغيير داده و سطح فعال نمونه اوليه را افزايش دادند. همچنين استفاده از پيشتيمارها سبب شد تا بعد از هيدراته شدن پودر اوليه در آب، شاخصهاي تورمپذيري نمونهها و هدايت الكتريكي سوسپانسيون حاصل، افزايش يابد؛ كه نشان دهنده تاثير اين پيشتيمارها بر فرآيند استخراج ميباشد. مرحله دوم پژوهش به بررسي فرآيند استخراج اختصاص يافت. بيشينه بازده استخراج در روش مرسوم اسيدي، به ميزان 4/17 درصد طي 90 دقيقه از استخراج حاصل شد كه با اعمال پيشتيمار تخليه الكتريكي در20 كيلو ولت بر سانتيمتر، بازده به 46/18 درصد افزايش يافت و با بكارگيري پيش¬تيمار فراصوت در 300 وات، بازده معادل با 92/18 درصد محاسبه شد. در روش استخرج پكتين به كمك مايكروويو، با اعمال پيشتيمار تخليه الكتريكي، ميزان بازده از 39/14 درصد طي 5 دقيقه از استخراج، به 97/17 درصد افزايش يافت. همچنين با بكارگيري پيش¬تيمار فراصوت در 300 وات بازده به 03/19 درصد رسيد. مطالعات سينتيكي نشان داد كه همه تيمارهاي استخراج داراي روند و الگوي يكسان استخراج بوده و از مدل سينتيكي درجه دوم تبعيت ميكنند. ضريب ديفوزيون موثر استخراج با بكارگيري پيشتيمارها افزايش يافت كه فراصوت نسبت به تخليه الكتريكي در افزايش اين ضريب موثرتر بود. مرحله سوم پژوهش با بررسي خصوصيات پكتين پوست هندوانه انجام شد و مشخص شد كه درجه استري نمونهها كمتر از 50% و درصد گالاكتورونيك همه نمونهها بيشتر از 65 درصد ميباشد. پيشتيمار فراصوت بر كاهش درجه استري و درصد گالاكتورنيك اسيدموثرتر بود. همچنين مشخص شد كه مولكول پكتين پوست هندوانه، عمدتا از هموگالاكتورانان تشكيل شده است و هر دو پيشتيمار در افزايش زنجيره جانبي مولكول پكتين با افزايش رامنوز و منوساكاريدهاي ديگر موثر تشخيص داده شدند. بررسي طيف مادون قرمز در نمونهها نشان داد كه هيچ پيك جديدي در اثر بكارگيري پيشتيمارها به الگوي جذبي نمونه شاهد افزوده و يا حذف نشده است؛ هرچند جذب نمونه با پيشتيمار در برخي از نواحي متفاوت بود. آناليز وزن مولكولي نشان داد كه پيشتيمار تخليه الكتريكي برخلاف پيشتيمار فراصوت، وزن مولكولي نمونههاي پكتين را كاهش نداده است. آناليز رئولوژي محلول نمونههاي پكتين نشان داد كه همه نمونههاي پكتين استخراج شده، از نوع رقيق شونده با برش ميباشد و پيشتيمار فراصوت در كاهش ويسكوزيته و پيشتيمار تخليه الكتريكي (20 كيلو ولت بر سانتيمتر) در افزايش ويسكوزيته موثر بودهاند. همچنين بررسي رئولوژي نوساني ژل پكتين نشان داد كه بعد از بكارگيري اين پيشتيمارها ساختار الاستيك ژل پكتين حفظ شده، هرچند كه زمان تشكيل ژل افزايش يافته است.
چكيده انگليسي :
Pectin is a complex carbohydrate compound commonly used in food products as a gelling agent, thickener, stabilizer, and fat replacer. It is commercially obtained from citrus or apple by-products. However, there is a growing interest in discovering new sources of pectin, particularly agricultural waste and developing new extraction methods to improve industrial pectin production efficiency. This research aimed to investigate the feasibility of enhancing extraction efficiency in both conventional and microwave-assisted methods using ultrasonic pretreatment (at two power levels and two process times) and electric discharge (at three levels). The focus of this study was on the extraction kinetics, structural characteristics, functional properties, and rheological behavior of pectin derived from watermelon rind, which represents a type of food waste. The findings indicated that both pretreatments induced changes in the surface morphology of the raw powder. Notably, the specific surface area of watermelon rind powder experienced a significant increase when subjected to ultrasound or electrical discharge pretreatment. Moreover, pretreatment resulted in elevated levels of swelling index and electrical conductivity in the sample suspensions. Furthermore, the results demonstrated that, in the conventional extraction method, the maximum extraction efficiency was achieved at 17.4% over a 90-minute extraction period. Nevertheless, when electrical discharge and ultrasonic pretreatment were applied, the extraction efficiency increased to 18.46% and 18.92%, respectively. Within the microwave-assisted extraction method, extraction efficiency rose from 14.39% to 17.97% and 19.03% in 5 minutes, respectively, through electric discharge (20 kV/cm, 10 minutes) and ultrasound pretreatment (300 W). Kinetic studies suggested that all extraction treatments followed the second-order kinetic model, with the effective diffusion coefficient of extraction showing an increase due to pretreatment, particularly with ultrasound presenting greater effectiveness compared to electrical discharge. Subsequently, the research shifted focus towards evaluating the properties of the extracted pectin. The findings revealed that the degree of esterification (DE) in the samples was less than 50%, whereas the galacturonic acid content in all samples exceeded 65%. Ultrasound pretreatment was more effective in reducing DE and galacturonic acid percentages. Both pretreatments enhanced the side chain of pectin molecules by increasing the presence of rhamnose and other monosaccharides. Analysis of the infrared spectrum revealed that the pretreatments neither introduced new peaks nor removed existing peaks in the absorption pattern of the control sample. However, there were variations in absorption rates in certain areas. Unlike ultrasound pretreatment, electrical discharge pretreatment did not significantly decrease the molecular weight of pectin samples. In the study, all sample solutions exhibited shear thinning behavior, characterized by decreased viscosity as the shear rate increased. Ultrasonic pretreatment successfully reduced viscosity, whereas electrical discharge pretreatment at 20 kV/cm resulted in increased viscosity. Lastly, the oscillatory rheology analysis of the pectin gel demonstrated that employing these pretreatments maintained the gel's elastic structure and led to an extended gel formation time.