نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• سیده مطهره محسنی شکتایی ¹
• سید مجید ذبیح زاده ²
• مریم قربانی کوکنده ³
• قاسم اسدپور ³

¹ دانشجوی دکتری رشته صنایع سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

² دانشیار، گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

³ گروه چوب و فرآورده‌های سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: پکتین پلی‌ساکاریدی چندمنظوره است که کاربرد گسترده‌ای در صنایع غذایی، دارویی و بسته‌بندی دارد. به‌واسطه ویژگی‌های عملکردی ارزشمند، تقاضای جهانی آن بیش از ۳۰ هزار تن در سال برآورد شده و بازار آن سالانه حدود ۴ تا ۵ درصد رشد می‌کند. پوست لیموترش (Citrus aurantifolia)، بخش سفید داخلی (آلبیدو) غنی از پکتین دارد و می‌تواند منبعی اقتصادی و پایدار برای تولید پکتین باشد. بهره‌برداری از این ضایعات علاوه بر ایجاد ارزش افزوده، به کاهش اثرات محیط‌زیستی ناشی از دفع پسماند کمک می‌کند. روش‌های مرسوم استخراج پکتین مبتنی بر اسیدهای معدنی، اگرچه بازده بالایی فراهم می‌کنند، اما با هزینه‌ بالا و چالش‌های ‌محیط‌زیستی همراه‌اند. در مقابل، اسیدهای آلی همچون سیتریک‌اسید به‌عنوان حلال‌های سبز می‌توانند بازده مطلوبی همراه با کاهش آثار منفی ارائه دهند. بر این اساس، پژوهش حاضر با هدف بهینه‌سازی استخراج اسیدی پکتین از پوست لیموترش برای دستیابی به بیشینه بازده و کیفیت مناسب شامل خلوص بالا و قابلیت تنظیم درجه متوکسیل انجام شد.
مواد و روش‌ها: آلبیدوی لیموترش پس از جداسازی از میوه تازه، شست‌وشو، خردشدن و خشک‌کردن در دمای ۵۰ درجه‌سانتی‌گراد تا رسیدن به وزن ثابت، آسیاب و از الک با مش ۲۰ عبور داده شد. برای استخراج اسیدی، ۱۰ گرم از پودر آلبیدو با نسبت ثابت مایع به جامد 30:1 (حجمی/وزنی) در محلول آبی سیتریک‌اسید با سه سطح pH شامل ۱، ۲ و ۳ مخلوط شد و سوسپانسیون حاصل در دماهای ۶۵، ۸۰ و ۹۵ درجه‌سانتی‌گراد و زمان‌های ۳۰، ۶۰ و ۹۰ دقیقه استخراج گردید. پس از سانتریفیوژ، پکتین با اتانول مطلق رسوب داده شد، سپس با اتانول ۹۶ درصد شست‌وشو و در دمای ۴۰ درجه‌سانتی‌گراد خشک و سپس پودر شد. طرح آزمایشی باکس–بنکن با سه عامل (دما، زمان و pH) در سه سطح و شامل ۱۵ تیمار طراحی شد. بازده استخراج بر اساس روش توزین محاسبه شد؛ محتوای گالاکتورونیک‌اسید (GalA) با روش رنگ‌سنجی مبتنی بر معرف متاهیدروکسی‌دی‌فنیل و قرائت جذب در ۵۲۰ نانومتر و درجه استری‌شدن به روش تیترسنجی دو مرحله‌ای (خنثی‌سازی و صابونی‌سازی) تعیین گردید. داده‌ها با مدل چندجمله‌ای درجه دوم در نرم‌افزار Design Expert نسخه ۱۳ برازش یافتند و مدل مناسب بر اساس آنالیز واریانس، ضریب تبیین، ضریب تبیین تعدیل‌شده و آزمون عدم برازش انتخاب شد.
نتایج: بازده استخراج پکتین به‌طور معنی‌داری تحت تأثیر شرایط فرایندی قرار گرفت و در محدوده‌ای بین 21/8 تا 8/53 درصد متغیر بود. بیشترین بازده در شرایط دمای 80 درجه‌سانتی‌گراد، زمان 90 دقیقه و pH برابر با ۱ حاصل شد، در حالی‌که کمترین بازده در pH برابر با ۳ و دمای پایین به‌دست آمد. درجه استری‌شدن پکتین نیز وابستگی آشکاری به شرایط استخراج نشان داد؛ به‌طوری‌که بیشترین مقدار آن (۱۱/۶۱ درصد) تحت شرایط ملایم‌تر دمای80 درجه‌سانتی‌گراد، زمان 30 دقیقه و 3 pH=به‌دست آمد که معرف تولید پکتین با درجه متوکسیل بالا است. در مقابل، شرایط شدیدتر استخراج مانند1 pH=همراه با زمان طولانی سبب کاهش قابل توجه DE تا حدود 13/9 درصد و تولید پکتین کم‌متوکسیل شد. میزان گالاکتورونیک‌اسید نیز تحت تأثیر شدت شرایط استخراج قرار داشت؛ بیشترین خلوص (83/87 درصد) در pHبرابر با 3، زمان 30 دقیقه و دمای 80 درجه‌سانتی‌گراد مشاهده شد، در حالی‌که درpHهای پایین خلوص پکتین کاهش قابل توجهی یافت. مدل‌های رگرسیونی توسعه‌یافته برای بازده، DE و GalA برازش آماری بسیار مطلوبی داشتند و ضرایب تبیین (R²) بالاتر از ۹۸/۰ مؤید دقت و کارایی مناسب مدل‌ها در توصیف رفتار سیستم استخراج بود.
نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش کارآمدی سیتریک‌اسید را به‌عنوان یک حلال سبز و سازگار با محیط‌زیست برای استخراج پکتین از پوست لیموترش تأیید می‌کند. در شرایط بهینه، پکتینی با بازده بالا، خلوص زیاد و درجه استری‌شدن قابل تنظیم حاصل شد. به‌کارگیری روش سطح پاسخ امکان مدل‌سازی دقیق فرایند استخراج را فراهم کرد و تطابق نزدیک داده‌های پیش‌بینی‌شده و تجربی، اعتبار بالای مدل را نشان داد. پکتین تولیدشده با توجه به خلوص زیاد و قابلیت تنظیم میزان متوکسیل، در کاربردهای گسترده‌ای از جمله صنایع غذایی، دارویی و بسته‌بندی زیست‌پایه قابل استفاده است. استفاده از پوست لیموترش به‌عنوان یک پسماند فراوان صنایع آبلیمو، علاوه بر تأمین منبعی ارزشمند برای تولید پکتین، در راستای توسعه پایدار، مدیریت ضایعات کشاورزی و کاهش اثرات محیط‌زیستی اهمیت دارد. این رویکرد می‌تواند راهکاری مؤثر برای تبدیل پسماندهای گیاهی به محصولات با ارزش افزوده در صنایع وابسته باشد.

کلیدواژه‌ها

• واژه‌های کلیدی: لیموترش
• آلبیدو
• سیتریک اسید
• پکتین
• روش سطح پاسخ
• بهینه‌سازی

موضوعات

• تبدیل شیمیایی