بهینه سازی استخراج پکتین از کدو تنبل با استفاده از امواج ماکروویو
محورهای موضوعی : توليد محصولات زراعي
Rahim Esmkhani
1
,
علیرضا ملاابراهیم لو
2
1 - Department of Chemistry, Khoy Branch , Islamic Azad University, khoy , Iran
2 - دانشگاه آزاد واحد خوی
کلید واژه: پکتین – استخراج – کدو تنبل,
چکیده مقاله :
پکتین یک جزء ساختاری مهم از دیواره سلولی گیاهان است و به طور گسترده ای به عنوان عامل ژل کننده و پایدار کننده در صنایع غذایی استفاده می شود . پکتین یک پلی ساکارید بسیار پر کاربرد در صنایع غذایی و دارویی می باشد که این به دلیل ویژگی های تکنولوژیکی و درمانی منحصر به فرد این ماده است. در تحقیق حاضر، استخراج پکتین از پودر تفاله های خشک شده کدو تنبل حاصل از مزارع شهرستان خوی با محلول اسید کلریدریک تحت شرایط مختلف pH بین 5/0 تا 2 ، دمای 87 درجه سلسیوس و در چهار سطح زمانی 10 ، 15، 30 و 45 دقیقه و با ایجاد حرارت با استفاده از امواج ماکروویو وحرارت با شعله و رسوب گیری بوسیله اتانول 96 درصد بررسی شده است. حداکثر بازده (86/9 درصد) پکتین در استخراج با محلول اسید کلریدریک با pH برابر 5/1 ، دمای 87 درجه سلسیوس، استفاده از ماکروفر برای ایجاد امواج ماکروویو و مدت زمان 30 دقیقه بدست آمد.استفاده از محلول اسید کلریدریک برای استخراج پکتین از کدو تنبل مناسب تر از اسید سولفوریک و اسید نیتریک می باشد. در دمای مشخص 87 درجه سلسیوس با طولانی کردن زمان استخراج، بازده افزایش می یابد. درصد متوکسی یا درجه استری شدن کدو تنبل 7/49 و درصد اسید گالاکتورونیک آن 24/58 بوده ومی تواند در صنایع غذایی و دارویی مورد استفاده قرار گیرد.
Ebrahimzadeh,M.A.,M.Azadbakht.2002. Pectin extracted and compared the efficiency , degree of esterification and the percentage of galacturonic acid on the skin of some citrus.Journal of Mazandaran university of Medical Sciences .16(54):52-59.(In Persian).
Fathi ,B. ,Y. Maghsoudlou , M. Ghorbani , M. Khomeiri.2012.Effect of pH, temperature and time of acidic extraction on the yield and characterization of pectin obtained from pumpkin waste. Journal of Food Research (AGRICULTURAL SSIENCE).22(4).P:465-475.
Faravash,R.S.,Ashtiani F.Z.,2008.The influence of acid volume ,ethanol to e xtract ratio and acid washing time on the yield of pectic substances extraction from peach pomace . Food Hydrocolloids,22:196-202.
Kaufman, B., Christen, P., Veuthey, J. L.(2001). Parameters affecting microwave-assisted extraction of withanolides. PHytochemical Analysis, 2001a. 12. p: 327-331.
Khonsari , N .(2015) . Pectin and its application in the food industry. http://www.qums.ac.ir/portal /file/show File.aspx?ID .(In Persian( .
Mesbahi , G.R. , J.Jamalian .2002. Extraction of Pectin from Sugar- beet Pulp and Investigation of Its Ues in Food Products . Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources , Water and soil science.6(2): 125-137.(In Persian).
Zarei,M.2008. Effect of extraction temperature on qualitative characteristics extracted pectin from orange peel. 18th National Congress on Food Technology .Mashad .Iran.(In Persian).
|
|
بهینه سازی استخراج پکتین از کدو تنبل
با استفاده از امواج ماکروویو
رحيم اسم خاني1 و علیرضا ملا ابراهیم لو2
چکیده
پکتین یک جزء ساختاری مهم از دیواره سلولی گیاهان است و به طور گسترده ای به عنوان عامل ژل کننده و پایدار کننده در صنایع غذایی استفاده می شود . پکتین یک پلی ساکارید بسیار پر کاربرد در صنایع غذایی و دارویی می باشد که این به دلیل ویژگی های تکنولوژیکی و درمانی منحصر به فرد این ماده است. در تحقیق حاضر، استخراج پکتین از پودر تفاله های خشک شده کدو تنبل3 حاصل از مزارع شهرستان خوی با محلول اسید کلریدریک تحت شرایط مختلف pH بین 5/0 تا 2 ، دمای 87 درجه سلسیوس و در چهار سطح زمانی 10 ، 15، 30 و 45 دقیقه و با ایجاد حرارت با استفاده از امواج ماکروویو وحرارت با شعله و رسوب گیری بوسیله اتانول 96 درصد بررسی شده است. حداکثر بازده (86/9 درصد) پکتین در استخراج با محلول اسید کلریدریک با pH برابر 5/1 ، دمای 87 درجه سلسیوس، استفاده از ماکروفر برای ایجاد امواج ماکروویو و مدت زمان 30 دقیقه بدست آمد.استفاده از محلول اسید کلریدریک برای استخراج پکتین از کدو تنبل مناسب تر از اسید سولفوریک و اسید نیتریک می باشد. در دمای مشخص 87 درجه سلسیوس با طولانی کردن زمان استخراج، بازده افزایش می یابد. درصد متوکسی یا درجه استری شدن کدو تنبل 7/49 و درصد اسید گالاکتورونیک آن 24/58 بوده ومی تواند در صنایع غذایی و دارویی مورد استفاده قرار گیرد.
كلمات كليدي: پکتین – استخراج – کدو تنبل
[1] تاريخ دريافت :02/08/93 تاريخ پذيرش:30/11/93
1- عضو هيات علمي گروه شیمی ، واحد خوي، دانشگاه آزاد اسلامي ، خوی، ایران . ( نویسنده مسئول ) resmkhani_84@yahoo.com
[2] 2- عضو هيات علمي گروه شیمی، واحد خوي، دانشگاه آزاد اسلامي ، خوی ، ایران .
مقدمه و بررسی منابع علمی
پکتین یک ترکیب مهم از دیواره سلولی همه گیاهان زمین می باشد و در رژیم غذایی معمولی هر روز حدود 5-4 گرم مصرف می شود. پکتین یک پلی ساکارید پیچیده با وزن مولکولی بالاست که عمدتاٌ از پلی گالاکتورونیک اسید با متیل استرهای موضعی و نمک های سدیم، آمونیوم و پتاسیم آن تشکیل شده است.(khonsari,2015) خصوصیات ژلی پکتین ابتدا توسط هنری براکونات درسال 1852 توصیف شد. براکونات اسم پکتین را از کلمه یونانی pektikos به معنی سفت شدن یا جامد شدن الهام گرفته است. پکتین به طور سنتی به عنوان عامل ژله کننده برای مربا و ژله استفاده می شود. مصرف سالانه پکتین در سرتاسر دنیا حدود 45 هزار تن تخمین زده می شود، درحالی که تولید آن 25-20 هزار تن در سال می باشد. با توجه به نیاز روزافزون به پکتین با ویژگی های عملکردی متفاوت جهت استفاده در مواد غذایی مختلف و مفید بودن این ترکیب برای سلامتی انسان، تحقیقات در جهت یافتن مواد اولیه حاوی پکتین و تولید پکتین با خصوصیات تکنولوژیکی مطلوب همچنان ادامه دارد. (khonsari,2015)
پوست مرکبات و تفاله سیب، مواد اولیه اصلی برای تولید پکتین هستند. با این وجود تحقیقات زیادی در جهت یافتن مواد اولیه حاوی پکتین و هم چنین بهبود تکنیک های استخراج پکتین از مواد اولیه انجام شده است. در این راستا محققان زیادی پکتین را از منابع گیاهی مختلف مثل تفاله چغندر قند، دانه های انگور، ریشه کاسنی، طبق آفتابگردان، پوست کاکائو، پوست سویا، تفاله هلو، پوست انبه و به، پوست پیاز و سیر، پالپ و پوست سیب زمینی، کیوی و... جداسازی و ویژگی های آن را بررسی کرده اند. (khonsari,2015)
فتحی وهمکاران (Fathi et al., 2012) پکتین را از ضایعات کدوی آجیلی به روش استخراج اسیدی بدست آوردند. ابراهیم زاده و آزاد بخت (Ebrahimzadeh , Azadbakht ,2002) در مورد استخراج اسیدی پکتین از پوست برخی مرکبات تحقیق نموده اند.
پکتین یکی از پرکاربرد ترین ترکیبات در صنایع غذایی است. بخش عمده پکتین تولید شده به وسیله صنایع فرآوری میوه مصرف می شود. از دیگر کاربردهای متداول آن، محصولات لبنی و قنادی، محصولات میوه ای فرآوری شده، پر کننده های نانوایی و لعاب ها هستند. کاربرد احتمالی دیگر پکتین جایگزین آن به جای چربی است، اما جدیدترین کاربرد آن در پایدارسازی امولسیون ها است. (khonsari, 2015)
کدو با نام علمی Langenaria Vulgaris گیاهی یکساله و خزنده بوده که برگهای آن بشکل قلب و پهن و پوشیده از کرک ریز می باشد .گلهای زرد رنگ دارد و گل نر و گل ماده آن روی یک پایه قرار دارد. ریشه آن باریک و بلند می باشد. سه نوع مختلف آن کدو مسمایی با نام علمیCurcurbita Pepo و کدو حلوایی با نام علمی Curcurbita moschata و کدو تنبل با نام علمیCurcurbita maxima می باشد.
طرح پژوهشی حاضر در رابطه با استخراج پکتین از تفاله کدو تنبل که یکی از محصولات عمده کشاورزی در شهرستان خوی می باشد و بدست آوردن شرایط بهینه برای راندمان بالای استخراج و بررسی ویژگی های پکتین بدست آمده می باشد.
مواد و روش ها
کلیه مواد شیمیایی شامل اسید کلریدریک، هیدروکسید سدیم ، اسید نیتریک، اسید سولفوریک و نیترات نقره از کارخانه مرک تهیه شدند. الکل اتانول 96% از داروخانه های سطح شهر تهیه گردیدند. درتهیه محلول ها از آب عاری ازدی اکسید کربن استفاده شده است.
آماده سازی کدو تنبل برای شروع عملیات استخراج
کدوتنبل محصولی است که برای استفاده از دانه‌های آن کشت می‌شود. بعد از خارج کردن دانه‌ها در زمان برداشت، مابقی کدو تنبل شامل پوست و گوشت میوه در مزرعه رها شده و موجب آلودگی محیط زیست می‌گردد. میزان این ضایعات بسیار زیاد بوده و می توان از آن به عنوان یکی از منابع پکتین استفاده نمود. 20 کیلوگرم کدو تنبل از مزارع مختلف شهرستان خوی خریداری شد . تخم های داخل کدو تنبل را جدا کرده و گوشت آن را خرد کرده و به مدت 4 روز در جلو آفتاب گذاشته تا در هوا خشک شود. کدوی خشک شده را آسیاب کرده و پودر یکنواختی تهیه شد. پودر بدست آمده را در ظرف در بسته ای که دور از رطوبت باشد جهت استفاده در انجام آزمونهای استخراج نگهداری شد.
روش استخراج پکتین از کدو تنبل با استفاده از امواج ماکروویو
طبق روش فرآوش وآشتیانی (Faravash , Ashtiaiani, 2008) ابتدا 30 گرم پودر کدوی خشک شده در یک بشر500 سی سی با 50 برابر وزنی آب مقطر مخلوط شده ، بعد از هم زدن در داخل ماکروفر با برنامه شماره10 و زمان در چهار سطح 10، 15، 30 و 45 دقیقه گذاشته شد. بعد از خروج از ماکروفر با کاغذ صافی واتمن شماره یک، قسمت محلول جدا و دور ریخته شد، و تفاله باقی مانده روی صافی دوباره با 50 برابر وزنی آب مقطر مخلوط و با هیدروکلریک اسید 37 درصد ،pH آن در چهار سطح 5/0، 24/1 ، 5/1 و2 تنظیم گردید. سپس بعد از هم زدن مجددا در ماکروفر در همان برنامه شماره 10 به مدت 10 ، 15 ، 30 و 45 دقیقه گذاشته شد. در مرحله بعد با استفاده از کاغذ صافی واتمن شماره یک، تفاله ها جداسازی و دور ریخته شد. محلول صاف شده که محتوی پکتین بود با محلول سدیم هیدروکسید (غلظت وزنی1 به 5) به 3 =pH رسانده شد. بعد به محلول حاصل، اتانول 96 درصد به نسبت حجمی 1 به 1 افزوده شد. محلول به دست آمده به مدت یک شبانه روز در یخچال در دمای حدود 5 درجه سلسیوس نگهداری شد. و بعد محلول فوق به مدت نیم ساعت با سرعت 300 دور در دقیقه در دمای آزمایشگاه سانتریفوژ شد. بعد از سانتریفوژ کردن ،پکتین موجود در محلول ته نشین شد، و از فاز مایع كه در بالا قرار گرفته بود، جدا گردید. در مرحله بعد، پکتین ته نشین شده دوباره با حجم مساوی از الکل اتانول 96 درصد مخلوط شد تا به صورت بهتری شستشوشود و به مدت ده دقیقه سانتریفوژ شد. سپس فاز مایع جداسازی و پکتین استخراج شده درخشک کن با جریان هوای 60 درجه سلسیوس به مدت هفت ساعت خشک گردید. سپس برای محاسبه بازده استخراج، دقیقا توزین شده ، در آسیاب به پودر تبدیل و پودر بدست آمده جهت آزمونهای کنترل کیفیت درظرف درب بسته نگهداری گردید.
روش استخراج پکتین از کدو تنبل با استفاده از حرارت با شعله
طبق روش استخراج پکتین از کدو تنبل با استفاده از امواج ماکروویو در این روش هم 30 گرم پودر خشک شده تفاله کدو تنبل را در یک بشر 500 سی سی با 50 برابر وزنی آب مقطر اسیدی شده توسط اسید کلریدریک 37 درصد با pH های مشخص (24/5،1/1،1) مخلوط کرده و بعد از بهم زدن روی شعله تا دماهای 87 و95 درجه سلسیوس به مدت مشخص (15، 10،30، 60 و75 دقیقه)، حرارت می دهیم. در طول حرارت دادن نمونه با میله شیشه ای هم زده می شود. پس از طی زمان لازم جهت استخراج شعله را خاموش کرده و توسط کاغذ صافی واتمن شماره یک، تفاله ها جداسازی و دور ریخته شد. محلول صاف شده که محتوی پکتین بود با محلول سدیم هیدروکسید (غلظت وزنی1 به 5) به 3 =pH رسانده شد. بعد به محلول حاصل، اتانول 96 درصد به نسبت حجمی 1 به 1 افزوده شد. محلول به دست آمده به مدت یک شبانه روز در یخچال در دمای حدود 5 درجه سلسیوس نگهداری شد. بعد محلول فوق به مدت نیم ساعت با سرعت 300 دور در دقیقه در دمای آزمایشگاه سانتریفوژ شد. بعد از سانتریفوژ کردن، پکتین موجود در محلول ته نشین شد، و از فاز مایع كه در بالا قرار گرفته بود ، جدا گردید. در مرحله بعد، پکتین ته نشین شده دوباره با حجم مساوی از الکل اتانول 96 درصد مخلوط شد تا به صورت بهتری شستشو شود و به مدت ده دقیقه سانتریفوژ شد. سپس فاز مایع جداسازی و پکتین استخراج شده درخشک کن با جریان هوای 60 درجه سلسیوس به مدت هفت ساعت خشک گردید. سپس برای محاسبه بازده استخراج، دقیقا توزین شده، در آسیاب به پودر تبدیل و پودر بدست آمده جهت آزمونهای کنترل کیفیت درظرف درب بسته نگهداری گردید. (Faravash ,Ashtiaiani ,2008)
تعیین مناسب ترین نوع اسید معدنی جهت استخراج پکتین با استفاده از امواج ماکروویو
به منظور تعیین مناسب ترین نوع اسید معدنی ، بازده استخراج پکتین از پودرتفاله خشک شده کدو تنبل با استفاده از اسید های سولفوریک 98 درصد، اسید نیتریک 65 درصد و اسید هیدرو کلرید ریک 37 درصد در شرایط یکسان pH ، دما و زمان (شرایط بهینه ) محاسبه و نتایج با هم مقایسه شدند. ویژگی های دیگر همچون کیفیت رنگ پکتین استخراج شده توسط اسید های فوق نیز مورد بررسي قرار گرفتند.
اندازه گیری بازده استخراج پکتین
مقدار بازده پکتین با تقسیم مقدار پکتین خشک استخراج شده برمقدار ماده خشک اولیه بدست می آید.
اندازه گیری ویژگیهای پکتین استخراج شده در شرایط بهینه pH ، زمان و دمای استخراج با استفاده از امواج ماکروویو
الف-تعیین میزان گروه متوکسیل پکتین استخراج شده
5 گرم از پکتین به یک بشر به حجم 250 سی سی منتقل شد و با مخلوطی از 5 میلی لیتر اسید کلریدریک 37 درصد و 100 میلی لیتر اتانول 96 درصد برای 10 دقیقه به هم زده شد. سپس به یک قیف بوخنر متصل به پمپ خلاء منتقل گردید و 6 بار با 15 میلی لیتر مخلوط اتانول 96 درصد و اسید کلریدریک 37 درصد شسته شد. سپس تا جایی که محلول زیر صافی دیگر یون کلرید نداشته باشد، با الکل 96 درصد شسته شد. برای تعیین نقطه پایان از محلول نیترات نقره استفاده شد که در حضور یون کلرید واکنش داده و رسوب کلرید نقره ظاهر می شود. نهایتا با 20 میلی لیتر الکل اتانول 96 درصد شسته شد و بمدت یک ساعت در 150 درجه سلسیوس خشک گردید و بعد از سرد شدن توزین گردید. دقیقا 1/0 وزن کل رسوب را برداشته و به یک ارلن 250 میلی لیتری منتقل نموده و با الکل اتانول خیس گردید .100 میلی لیتر آب عاری از گاز دي اكسيد كربن به آن اضافه شد و آنقدر تکان داده شد تا پکتین کاملا حل گردید. 5 قطره فنل فتالئین به آن اضافه شده و با سدیم هیدروکسید 5/0 نرمال تیتر گردید و نتیجه تحت عنوان تیتر اولیه یادداشت شد . سپس 20 میلی لیتر هیدروکسید سديم 5/0 نرمال به محلول بدست آمده اضافه شد و پس از تکان دادن به مدت 20 دقیقه به حال خود گذاشته شد.
20 میلی لیتر اسید کلریدریک 5/0 نرمال به آن اضافه شد و تا ناپدید شدن رنگ صورتی تکان داده شد. به محلول فوق چند قطره فنل فتالئین اضافه گردید و با هیدروکسید 5/0نرمال تیتر گردید تا رنگ صورتی ظاهر شود، به طوریکه پس از تکان دادن محلول رنگ آن ثابت بماند. این تیتر تحت عنوان تیتر صابونی شدن یادداشت شد. هر میلی لیتر هیدروکسید 0.5 نرمال در تیتر صابونی شدن معادل 52/15 میلی گرم از گروه متوکسیل –OCH3 می‌باشد. (Ebrahimzadeh , Azadbakht ,2002)
ب-تعیین میزان گالاکتورونیک اسید پکتین استخراج شده
هر میلی لیتر از هیدروکسید 5/0 نرمال که در تیتر کل ( تیتر صابونی شدن + تیتر اولیه ) استفاده می شود برابر 07/97 میلی گرم از گالاکتورونیک اسید C6H10O7 می باشد.
(Ebrahimzadeh, Azadbakht,2002)
آزمایشات الف و ب هر کدام 3 بار تکرار شده و میانگین نتایج فوق گزارش گردید.
نتایج و بحث
نتایج آزمايش هاي انجام شده جهت تعيين شرايط بهینه استخراج پكتين با استفاده از امواج ماکروویو
نتایج آزمایش های بررسی اثر pH و زمان بر بازده استخراج پکتین توسط روش استفاده از امواج ماکرویو با برنامه 10= p که دمای اندازه گیری شده در این برنامه از ماکروویو برابر 87 درجه سلسیوس بود که این دما با اندازه گیری میانگین دماهای محلول ها توسط دماسنج بعد از پایان زمان استخراج بدست آمده است ، در جدول 1 ارائه گردیده اند.
نتایج جدول 1 نشان می دهد که افزایش دما و زمان استخراج باعث افزایش بازده استخراج می شوند . pH های اسیدی و پایین برای استخراج پکتین مناسب می باشد، ولی در برخی شرایط کاهش دما موجب کاهش بازده استخراج می شود. بنابراین ، بیشترین بازده استخراج در روش استفاده از امواج ماکروویو، 86/9 درصد، در شرایط دمای 87 درجه سلسیوس،pH برابر5/1 و زمان استخراج 30 دقیقه بدست آمد . استخراج پکتین در شرایط pH برابر 5/0 ، دمای 87 درجه سلسیوس و زمان 45 دقیقه نیز مورد آزمایش قرار گرفت ولی در این شرایط میزان پکتین بدست آمده بسیار جزئی و بازده 7/0 درصد بدست آمد.
با توجه به مقایسه نتایج عنوان شده در مقاله زارعی (Zarei, 2008) درصد پکتین استخراج شده از منابع مهم همچون تفاله سیب ، پوست لیمو، طبق آفتابگردان و پالپ چغندر طبق جدول 6، و بازده 86/9 درصد برای استخراج پکتین از کدو تنبل مزارع شهرستان خوی ، در شرایط بهینه، میزان پکتین در کدو تنبل نسبت به این منابع پایین می‌باشد. اما با توجه به بالا بودن تفاله کدو تنبل در استان آذربایجان غربی و شهرستان خوی استخراج پکتین از این منبع مقرون به صرفه می باشد.
نتایج آزمايش هاي انجام شده جهت تعيين شرايط بهینه استخراج پكتين با استفاده از حرارت شعله
جهت مقایسه بازده استخراج پکتین روشهای استفاده از امواج ماکروویو و حرارت شعله ، در شرایط pH های جدول 1، دماها و زمان های استخراج متفاوت، به جای ماکروویو از حرارت شعله برای افزایش دما در استخراج پکتین استفاده کردیم . نتایج آزمایش ها درجدول 2 آورده شده است . از بررسی نتایج فوق بیشترین بازده استخراج در روش استفاده از شعله ، 87/9 درصد ، در شرایط دمای 95 درجه سلسیوس ،pH برابر 5/1 و زمان استخراج 75 دقیقه بدست آمد . بنابر این در این روش برای رسیدن به بازده شرایط بهینه روش استفاده از امواج ماکروویو دمای بالاتر و زمان بیشتر مورد نیاز می باشد .پس استفاده از امواج ماکروویو مناسب می باشد.
فتحی و همکاران (Fathi et al., 2012) بازده پکتین استخراج شده از کدو آجیلی با روش حرارت با شعله را از 3/5 درصد (در 2=pH ،دمای 60 درجه سلسیوس و زمان یک ساعت ) تا 8/12 درصد (در1=pH، دمای 90 درجه سلسیوس و زمان دو ساعت ) گزارش داده اند.
نتایج آزمايش هاي انجام شده جهت تعيين نوع اسید معدنی مورد استفاده در استخراج پكتين
به منظور تعیین مناسب ترین نوع اسید معدنی، بازده استخراج پکتین از پودرتفاله خشک شده کدوتنبل در شرایط بهینه استخراج (5/1= pH، دمای 87 درجه سلسیوس ومدت زمان استخراج 30 دقیقه) در روش استفاده از امواج ماکروویو از اسیدهای هیدرو کلریک، اسید نیتریک و اسید سولفوریک را بدست آوردیم. نتایج میانگین سه مرتبه تکرار آزمایشات در جدول 3 آورده شده است . رنگ پکتین های بدست آمده با استفاده از اسیدهای هیدرو کلریک ، اسید نیتریک و اسید سولفوریک در جدول 3 بیان شده است. بازده استخراج توسط هرسه اسید تقریبا به یک اندازه می باشد. رنگ پکتین استخراج شده توسط اسیدهای هیدرو کلریک و اسید سولفوریک قهوه ای روشن بوده و رنگ پکتین استخراج شده با استفاده از اسید نیتریک قهوه ای تیره می باشد . که از نظر ظاهری پکتین بدست آمده از اسید هیدرو کلریک و اسید سولفوریک خوشرنگ می باشد. از نظر اقتصادی ، قیمت این سه اسید به صورت تجاری تقریبا یکسان می باشد . ولی از نظر بهداشتی مصرف اسید نیتریک باعث ایجاد یون نیترات می کند که در پکتین استخراج شده باقی مانده و در سیستم گوارشی انسان ممکن است به نیتریت تبدیل شده و تولید نیتروزآمین و نیتروز آمید کند ،که از ترکیبات جهش زا می باشند، لذا استفاده از این اسید در استخراج پکتین مناسب نمی باشد. اسید سولفوریک هم تولید یون های گوگرد کرده ،که باعث ایجاد آلرژی و عوارض آسمی می کند، لذا اسید سولفوریک هم جهت استخراج پکتین مناسب نمی باشد. اسید هیدرو کلریک هم ، ایجاد یون کلرکرده که در اثر حرارت این یون تبخیر شده و از پکتین استخراج شده خارج می گردد، لذا استفاده از محلول اسید کلریدریک برای استخراج پکتین از کدو تنبل مناسب تشخیص داده شد.
نتایج آزمايش هاي انجام شده جهت بررسی ویژگی های پکتین استخراج شده
الف - بررسی درجه استریفیکاسیون (درصد گروه متوکسیل)
درجه استریفیکاسیون (درصد متوکسیل) یکی از ویژگی های مهم کیفی پکتین از نظر موارد استفاده در صنایع غذایی و شرایط تولید ژل توسط پکتین می باشد. درجه استریفیکاسیون (درصد گروههای متوکسیل) پکتین استخراج شده در شرایط بهینه در جدول 4 نشان داده شده است.
با توجه به مقایسه نتایج گزارش شده در مقاله زارعی (Zarei, 2008) میزان متوکسیل یا درجه استری شدن در پکتین استخراج شده از منابع مهم همچون تفاله سیب ،پوست لیمو، طبق آفتابگردان و پالپ چغندر طبق جدول6 ، و درصد متوکسیل یا درجه استری شدن کدو تنبل که 7/49 درصد می باشد ، درصد متوکسی یا درجه استری شدن کدو تنبل نسبت به تفاله سیب ، پوست لیمو و پالپ چغندر پایین بوده ولی نسبت به طبق آفتابگردان بالامی باشد. لذا پکتین حاصل ازتفاله کدوتنبل از نوع1 low methoxyl می باشد. پکتین حاصل از تفاله سیب، پوست لیمو و پالپ چغندر ازنوع پکتین‌‌های 2 High methoxyl می باشد.
ب - بررسی درصد اسید گالاکتورونیک
درصد اسید گالاکتورونیک یکی از ویژگی های مهم کیفی پکتین از نظر میزان خلوص پکتین می باشد. درصد اسید گالاکتورونیک پکتین استخراج شده در شرایط بهینه در جدول 5 نشان داده شده است. در گزارشی از مقاله ای از کشور ترکیه که برروی پرتقال واشنگنتن انجام شده، میزان اسیدگالاکتورونیک پكتين استخراج شده 30/74 درصد گزارش شده است. مصباحی و جمالیان(Mesbahi and Jamalian, 2002) میزان اسید گالاکتورونیک پکتین استخراج شده از تفاله چغندر قند و پکتین تجاری مرکبات را به ترتیب 18/66 و41/78 درصد گزارش داده اند. لذا درصد اسید گالاکتورونیک پکتین استخراج شده از کدو تنبل ( 24/58 درصد ) نسبت به مرکبات پایین بوده و از درجه خلوص متوسطی برخوردار می باشد و می تواند در صنعت داروسازی مورد استفاده قرار گیرد.
نتیجه گیری کلی و پیشنهادات
حداکثر بازده (86/9 درصد) پکتین در استخراج با محلول اسید کلریدریک با pH برابر 5/1، دمای 87 درجه سلسیوس، استفاده از ماکروفر برای ایجاد امواج ماکروویو با برنامه P=10 و مدت زمان 30 دقیقه بدست آمد .
استفاده ازمحلول اسید کلریدریک برای استخراج پکتین از کدو تنبل مناسب تر از اسید سولفوریک و اسید نیتریک می باشد. پکتین حاصل ازتفاله کدوتنبل از نوع Low methoxyl می باشد. این نوع پکتین واکنش زایی بیشتری در مقابل یونهای کلسیم داشته بنابراین در حضور مواد محلول ژل تشکیل می دهد. شرایط برای تشکیل ژل بستگی به تعادل بین فاکتورهای متعدد دارد که شامل میزان مواد جامد محلول ، pH ، کلسیم و غلظت پکتین دارد.
درصد اسید گالاکتورونیک پکتین استخراج شده از کدو تنبل نسبت به مرکبات پایین بوده و از درجه خلوص متوسطی برخوردار می باشد و می تواند در صنعت داروسازی مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به کاربردهای زیاد پکتین در صنایع غذایی، دارویی و وجود منابع زیادی همچون تفاله کدو تنبل، تفاله وضایعات میوهای همچون سیب در آذربایجان و تفاله چغندر قند تولید شده در کارخانجات آذربایجان غربی پیشنهاد می گردد که کارخانجات صنعتی تولید پکتین در این استان و در شهرستان خوی راه اندازی شود تا هم یک محصول پرکاربرد تولید شده و هم از انباشته شدن و هدر رفتن ضایعات مخصوصا تفاله و پوست کدو تنبل در کنار مزارع کشت این محصول جلوگیری شود.
[1] - پکتین با درصد متوکسیل یا درجه استری شدن کمتر از 50 می‌باشند.
[2] - پکتین با درصد متوکسیل یا درجه استری شدن بیشتر از50 می باشند.
جدول1-بررسی اثر pH ، دما و زمان بر بازده استخراج پکتین (روش حرارت با امواج ماکروویو)
Table 1- Effect of pH, temperature and time on the extraction yield of extracted pectin (By microwave heating method )
شرایط استخراج پارامتر قابل اندازه گیری
Parameter measurements Extraction conditions
برنامه ماكروويو زمان(دقيقه) نوع اسيد مصرفي درصد بازده (%) pH
Percent efficiency Acid consumption Time (Minutes ) Microwave applications Temperature87(0C)
0.7 HCl 45 P=10 0.5
4.66 HCl 10 P=10 1.24
6.59 HCl 15 P=10 1.24
8.17 HCl 30 P=10 1.24
5.65 HCl 10 P=10 1.5
7.27 HCl 15 P=10 1.5
9.86 HCl 30 P=10 1.5
4.34 HCl 10 P=10 2
5.27 HCl 15 P=10 2
6.24 HCl 30 P=10 2
جدول2- بررسی اثر pH ، دما و زمان بر بازده استخراج پکتین (روش حرارت با شعله)
Table 2- Effect of pH, temperature and time on the extraction yield of extracted pectin (By Flame heating method)
شرایط استخراج پارامتر قابل اندازه گیری
Parameter measurements Extraction conditions
دما زمان(دقيقه) نوع اسيد مصرفي درصد بازده (%) (0C) pH
Percent efficiency Acid consumption Time (Minutes ) Temperature (0C)
2.12 HCl 10 87 1.24
3.18 HCl 15 87 1.24
4.56 HCl 30 87 1.24
3.86 HCl 10 87 1.5
5.44 HCl 15 87 1.5
6.08 HCl 30 87 1.5
9.35 HCl 60 95 1.5
9.87 HCl 75 95 1.5
87 2 10 HCl 2.05 2 87 15 HCl 2.86
2 87 30 HCl 4.58
جدول3- رنگ پودر پکتین وبازده استخراج پکتین با اسید های مختلف در شرایط بهینه دما،pH، زمان
(روش استفاده ازامواج ماکروویو)
Table 3-Return pectin powder extracted pectin with different acids in optimal conditions of temperature , pH , time (By microwave heating method )
نوع اسید مصرفي Acid consumption
| pH | (0C) دما Temperature 0C ) | زمان (دقیقه) Time (Minutes) | درصد پکتین استخراج شده Percent pectin extracted | رنگ Color |
اسید هیدرو کلریک Hydrochloric acid اسید نیتریک Nitric acid اسید سولفوریک Sulfuric acid | 1.5
1.5
1.5 | 87
87
87 | 30
30
30 | 9.86
9.92
9.94
| قهوه ای روشن Light Brown قهوه ای تیره Dark Brown قهوه ای روشن Light Brown
|
جدول4- درجه استریفیکاسیون(درصد متوکسی)پکتین استخراج شده درشرایط بهینه ازتفاله کدوتنبل(با استفاده ازامواج ماکروویو)
Table 4-The degree of esterification (percent methoxy) pectin extracted optimum conditions of Buttercup Sqush pulp (By microwave heating method)
شرايط استخراج پارامتر قابل اندازه گيري
Parameter measurements Extraction conditions
pH برنامه ماکروویو(p=10) زمان (دقیقه) نوع اسیدمصرفی درصدمتوکسی(%) Temperature=87(0C) percent methoxy Acid consumption Time (Minutes)
1.5 p=10 30 49.7 HCl
جدول5- درصد اسید گالاکتورونیک پکتین استخراج شده در شرایط بهینه از تفاله کدو تنبل (با استفاده ازامواج ماکروویو)
Table 4-The percent of galacturonic acid pectin extracted optimum conditions of Buttercup Sqush pulp
(By microwave heating method)
شرايط استخراج پارامترهاي قابل اندازه گيري
Parameter measurements Extraction conditions
pH برنامه ماکروویو زمان (دقیقه) نوع اسیدمصرفی درصد اسید گالاکتورونیک(% ) Time Temperature=87(0C) percent Of galacturonic acid Acid consumption (Minutes)
1.5 p=10 58.24 HCl 30
جدول6- درصد پکتین و درصد متوکسی (درجه استریفیکاسیون) پکتین استخراج شده ازمنابع مهم استخراج پکتین(زارعی ،1387 )
Table 6-The percent of pectin and the degree of esterification ( percent methoxy ) of pectin extracted from important sources (Zarei, 2008)
منبع درصد پکتین درصدمتوکسی(%) Source percent pectin Percent methoxy
تفاله سيب Pug 25-15 80-75
پوست ليمو Lemon peel 30-20 80-75
طبق آفتابگردان The Sunflower 25-10 40-30
پالپ چغندر Beet pulp 25-15 60
منابع مورد استفاده References
ü Ebrahimzadeh,M.A.,M.Azadbakht.2002. Pectin extracted and compared the efficiency , degree of esterification and the percentage of galacturonic acid on the skin of some citrus.Journal of Mazandaran university of Medical Sciences .16(54):52-59.(In Persian).
ü Fathi ,B. ,Y. Maghsoudlou , M. Ghorbani , M. Khomeiri.2012.Effect of pH, temperature and time of acidic extraction on the yield and characterization of pectin obtained from pumpkin waste. Journal of Food Research (AGRICULTURAL SSIENCE).22(4).P:465-475.
ü Faravash,R.S.,Ashtiani F.Z.,2008.The influence of acid volume ,ethanol to e xtract ratio and acid washing time on the yield of pectic substances extraction from peach pomace . Food Hydrocolloids,22:196-202.
ü Kaufman, B., Christen, P., Veuthey, J. L.(2001). Parameters affecting microwave-assisted extraction of withanolides. PHytochemical Analysis, 2001a. 12. p: 327-331.
ü Khonsari , N .(2015) . Pectin and its application in the food industry. http://www.qums.ac.ir/portal /file/show File.aspx?ID .(In Persian( .
ü Mesbahi , G.R. , J.Jamalian .2002. Extraction of Pectin from Sugar- beet Pulp and Investigation of Its Ues in Food Products . Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources , Water and soil science.6(2): 125-137.(In Persian).
ü Zarei,M.2008. Effect of extraction temperature on qualitative characteristics extracted pectin from orange peel. 18th National Congress on Food Technology .Mashad .Iran.(In Persian).