استخلاص البوليفينولات بالموجات فوق الصوتية من المنتجات الثانوية لزيت الزيتون: قصة نجاح

لم يعد تفل الزيتون مجرد منتج ثانوي زراعي صناعي – بل أصبح مصدراً قيّماً لمضادات الأكسدة الطبيعية عالية الأداء. في هذه الدراسة، حسّنت Natural Phenolics الاستخلاص المائي للبوليفينولات الغنية بالهيدروكسي تيروسول باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400St من Hielscher. تُظهر النتائج عملية متينة وقابلة للتكرار والتوسع، تحقق تركيزاً متوقعاً للهيدروكسي تيروسول يبلغ 1609.5 mg/L في ظروف محسّنة للمعالجة بالموجات فوق الصوتية. يسلط هذا العمل الضوء على كيفية تحويل مخلفات زيت الزيتون، باستخدام تقنية الموجات فوق الصوتية الدقيقة، إلى مواد خام حيوية المصدر ممتازة الجودة للأغذية والزراعة والصناعة المستدامة.

تفل الزيتون – ليس مجرد منتج ثانوي، بل مورد غني بمضادات الأكسدة

تفل الزيتون (alperujo) هو المنتج الثانوي الرئيسي لاستخلاص زيت الزيتون؛ ويتراوح إنتاجه السنوي عالمياً بين 13 و18 مليون طن. البوليفينولات مستقلبات ثانوية توجد بتركيزات مرتفعة في هذه المخلفات الزراعية الصناعية. وعلى الرغم من أن هذه المركبات تُظهر نشاطاً متميزاً مضاداً للأكسدة، فإن وجودها في البيئة دون معالجة يمثل تحدياً كبيراً من حيث السمية. وبصفتها جهة رائدة في تثمين المخلفات، تتدخل Natural Phenolics لمعالجة هذه المسألة، محوّلةً هذا العبء البيئي إلى أصل اقتصادي مستدام. ومن خلال استخلاص هذه المستقلبات عالية القيمة، تصنّع الشركة الإسبانية Natural Phenolics مواد خام حيوية المصدر ممتازة الجودة. وتتصدر حالياً أنشطة البحث والتطوير لدى Natural Phenolics مجال إنتاج المنشطات الحيوية النباتية المتقدمة والمواد الحافظة الغذائية المضادة للأكسدة ذات قوائم المكونات البسيطة والواضحة.

 
نبذة عن Natural Phenolics
Natural Phenolics شركة متخصصة في الكيمياء الخضراء تتصدر مجال الاقتصاد الدائري، وتتخصص في تثمين تفل الزيتون (alperujo) على نطاق كامل. ومن خلال عمليات استخلاص متقدمة ومستدامة، نحوّل هذه المخلفات الزراعية الصناعية المعقدة إلى مواد خام كيميائية حيوية المصدر ممتازة الجودة.
 

تنتج Natural Phenolics، وهي شركة مقرها في كتالونيا بإسبانيا، منشطات حيوية عالية الجودة من المنتجات الثانوية الزراعية

الحاجة إلى تقنيات استخلاص فعّالة وموحّدة

في هذا السياق، يُعد اختيار تقنية الاستخلاص المناسبة أمراً حاسماً للحصول على مستخلصات موحّدة المواصفات. وقد برز الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) بوصفه تقنية قوية تحقق نتائج قابلة للتكرار، وتقلل أزمنة الاستخلاص، وتخفض استهلاك المذيبات، إلى جانب مزايا تشغيلية أخرى.
تعرض Natural Phenolics هنا نتائج التحسين للحصول على مستخلصات مائية موحّدة المواصفات وغنية بالهيدروكسي تيروسول (HT) والبوليفينولات الأخرى. واختير تصميم مركب مركزي بوصفه النموذج التجريبي. وكانت المعلمات التي جرى تقييمها هي سعة الاهتزاز وزمن الاستخلاص، بينما قيسَت الاستجابة من حيث تركيز الهيدروكسي تيروسول. ولهذا الغرض، استخدموا جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400St من Hielscher Ultrasonics، الذي اختير لسهولة تشغيله ودقته العالية في التحكم بسعة الاهتزاز.

التصميم التجريبي للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية: تحسين سعة الاهتزاز وزمن الاستخلاص

كان هذا التحكم الدقيق أساسياً لفصل تأثيرات الطاقة الصوتية عن تأثيرات تباين المواد الخام. وأُجريت جميع عمليات الاستخلاص باستخدام تفل الزيتون المجفف (محتوى رطوبة 20%، وحجم جسيمات 1 mm) والماء بوصفه المذيب. وحُضّر المعلّق بنسبة مواد صلبة إلى سائل تبلغ 40%، وأُجريت جميع التجارب عند درجة حرارة ثابتة مقدارها 35°C. يلخص الجدول 1 الظروف التجريبية التي جرى تقييمها باستخدام مصفوفة CCD المكوّنة من 12 تجربة.

يعرض الجدول 2 تقييمات جودة النموذج المستخدمة في التحسين. فسّر النموذج الرياضي 72.02% من التباين الكلي (R2 = 0.7202)، وهو ما يمثل ملاءمة مُرضية للغاية بالنظر إلى الطبيعة المعقدة وغير المتجانسة بطبيعتها لمصفوفة تفل الزيتون. وعلى الرغم من أن دلالة النموذج (P = 0.101) تقع أعلى بقليل من عتبة الثقة التقليدية البالغة 95% بسبب درجات الحرية المحدودة بشدة في المصفوفة المكوّنة من 12 تجربة، فإن المعاملين التربيعيين السالبين الكبيرين b11 = -61.61 وb22 = -71.61 يؤكدان حركية استخلاص ذات منحنى قطع مكافئ وسليمة من الناحية الفيزيائية.

استخلاص البوليفينولات بالموجات فوق الصوتية من تفل الزيتون: يساراً – نموذج سطح الاستجابة للطريقة؛ يميناً – مخطط الخطوط الكنتورية

استرداد موثوق للهيدروكسي تيروسول بالاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

يوضح الشكل 1A مخطط سطح الاستجابة للنموذج المحسّن. وتؤكد المنطقة الحمراء الواسعة عند هضبة القيمة القصوى متانة العملية، إذ إن التغيرات في سعة الاهتزاز ضمن النطاق 50– 60% لا تُحدث تقلبات كبيرة في تركيز الهيدروكسي تيروسول. وعند تحليل تأثيرات العوامل كلٍّ على حدة، فإن زيادة سعة الاهتزاز من 22% إلى 50% تُحدث تأثيراً حاسماً، وتؤدي إلى تحسن حاد في مردود الاستخلاص. وفي المقابل، تؤدي أزمنة الاستخلاص التي تتجاوز 20 دقيقة إلى استقرار المردود، مما يشير إلى تشبع المذيب في هذه المرحلة. وفي نهاية المطاف، نجح هذا التصميم في تحديد نقطة تشغيل مثلى محددة عند سعة اهتزاز تبلغ 61.5% ومدة معالجة بالموجات فوق الصوتية تبلغ 24.2 دقيقة، مما يعطي أقصى تركيز متوقع للهيدروكسي تيروسول مقداره 1609.5 mg/L.

ختاماً، كان استخدام تقنية Hielscher Ultrasonics ركيزة أساسية لتحقيق عملية استخلاص للهيدروكسي تيروسول عالية القابلية للتكرار ومحسّنة من حيث الطاقة. وتضمن الدقة المتميزة في التحكم بسعة الاهتزاز والأداء الميكانيكي المتين لسونوترود UP400St إمكانية نقل هذه الإنجازات المحققة على النطاق المختبري بسلاسة إلى الأنظمة الصناعية ذات التدفق المستمر. وعلاوة على ذلك، تسارع نجاح مرحلة التحسين هذه بدرجة كبيرة بفضل المساعدة التقنية الاستثنائية والدعم المحلي اللذين قدمتهما Jover Labtech، ممثلو Hielscher في كتالونيا بإسبانيا. ويؤسس هذا التكامل بين الأجهزة الصوتية المتطورة والدعم الهندسي المتخصص المتاح محلياً مساراً واضحاً وقابلاً للتطبيق نحو التثمين التجاري المستدام للكتلة الحيوية الزراعية الصناعية على نطاق كامل.

المؤلفات / المراجع

• Cánovas, Jaime; Barrajón-Catalán, Enrique; Micol, Vicente; Cárcel, J.; Garcia-Perez, Jose V. (2013): Kinetic and compositional study of phenolic extraction from olive leaves (var. Serrana) by using power ultrasound. Innovative Food Science & Emerging Technologies 17, 2013. 120–129.
• M. Rashidipour and R. Heydari (2018): Ultrasonic-Assisted Matrix Solid-Phase Dispersion and High-Performance Liquid Chromatography as an Improved Methodology for Determination of Oleuropein from Olive Leaves. Analytical and Bioanalytical Chemistry Research 52, 2018. 307-316.
• Rodríguez, Ó.; Bona, S.; Stäbler, A.; Rodríguez-Turienzo, L. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Polyphenols from Olive Pomace: Scale Up from Laboratory to Pilot Scenario. Processes 2022, 10, 2481.
• Tamborrino, A., Romaniello, R., Perone, C. et al. (2021): Development of a Pressure Control System According to Paste Rheology for Ultrasound Processing in Industrial Olive Oil Extraction. Food Bioprocess Technol 14, 1897–1908 (2021).