استخلاص الثفل بالموجات فوق الصوتية – الاسترداد المستدام للمركبات النشطة بيولوجيًا

تمثل المنتجات الثانوية لتجهيز الفاكهة، وخاصة الثفل، خزانًا غير مستغل من المركبات النشطة بيولوجيًا مع تطبيقات محتملة في مجال المغذيات والمقويات الغذائية والمستحضرات الصيدلانية. ومع ذلك، لا يزال الاستخلاص الفعال والمستدام لهذه المركبات يمثل تحديًا تقنيًا. من بين تقنيات الاستخلاص الخضراء الناشئة، يحقق الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية باستخدام أجهزة صوتية من نوع المسبار عائدات استخلاص رائعة. يتيح الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية استخلاصًا سريعًا وفعالًا بالمذيبات للمركبات الفينولية والأحماض الثلاثية والمركبات النشطة بيولوجيًا الأخرى من المصفوفات النباتية مثل ثفل التفاح.

كفاءة تثمين المنتجات الثانوية للفاكهة باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

يعد استخلاص الثفل بالموجات فوق الصوتية طريقة فعالة لتثمين المنتج الثانوي لإنتاج العصير والنبيذ وعصير التفاح – وهو حل مثبت علميًا وقابل للتطوير والاعتماد صناعيًا واقتصاديًا لتثمين نفايات الفاكهة. ونظرًا لأن الصوتنة فعالة ومتعددة الاستخدامات، فإنها توفر استراتيجية استخلاص خضراء للاستفادة من إمكانات المنتجات الثانوية الغذائية الزراعية مثل ثفل التفاح.
كما اتضح من الأبحاث الحديثة، فإن الجمع بين أوقات الصوتنة القصيرة وتركيزات الإيثانول المعتدلة والسعة المتحكم فيها يسمح باستعادة انتقائية وفعالة للمركبات المعززة للصحة.
في السعي وراء التعميم، لا يعتبر التقطيع الصوتي مجرد أداة – الصوتنة تعني تكثيف العملية وكفاءتها.

تثمين الثفل باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

يتألف ثفل الفاكهة، وهو منتج ثانوي لإنتاج العصير والنبيذ، من القشر واللب والبذور والسيقان. يُعرف الثفل الآن بأنه مصدر ثمين للبوليفينول (مثل جليكوسيدات الكيرسيتين والفليورايدزين) والفلافونويدات وثنائي هيدروكالكونات وأحماض التريتيربينيك (خاصة حمض الأورسوليك)، وهو ما كان يُستغل تقليديًا استغلالاً ناقصًا أو يُستبعد للاستخدامات منخفضة القيمة مثل علف الماشية أو الكتلة الحيوية. ترتبط هذه الجزيئات بخصائص مضادة للأكسدة ومضادة للالتهابات ومضادة للميكروبات.
يوفر الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية نهجا تحويليا لتثمين الثفل من خلال تمكين الإفراج الفعال عن هذه المواد الحيوية. بالمقارنة مع طرق الاستخلاص التقليدية، يوفر الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية:

• أوقات معالجة أقصر
• انخفاض استهلاك المذيبات
• عوائد أعلى
• ظروف استخلاص أكثر اعتدالاً، مع الحفاظ على المركبات الحساسة للحرارة

ما يقوله العلم عن استخلاص الثفل بالموجات فوق الصوتية

توضح دراستان نموذجيتان علميتان فوائد الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) لثفل التفاح.

الدراسة 1: باندو بيدرينيانا وآخرون، 2024
باستخدام التصميم المركب المركزي، قام الباحثون بتحسين الاستخلاص المتزامن للبوليفينول الكلي وحمض الأورسوليك من ثفل صناعة عصير التفاح باستخدام جهاز Hielscher UP200Ht الصوتي. في ظل الظروف المثلى (5.1 دقيقة، 68% إيثانول، سعة 90٪، سعة 90٪)، أنتج ثفل التفاح الكامل:

• ~حوالي 1300 ميكروغرام/غرام من الفلافونولات
• ~1200 ميكروغرام/غرام من ثنائي هيدروكالكونات
• ~حوالي 4200 ميكروغرام/غرام من حمض الأورسوليك

والجدير بالذكر أن جزء قشر التفاح أظهر تركيزات أعلى، حيث وصل حمض الأورسوليك إلى 8500 ميكروغرام/غرام من المادة الجافة. ارتبط النشاط المضاد للأكسدة في المستخلصات ارتباطًا وثيقًا بمحتوى البوليفينول، وأكدت النمذجة الرياضية كفاءة الاستخلاص.

الدراسة 2: رازولا دياز وآخرون، 2022
ركز هذا العمل على تحسين استخلاص الفلوريتين والفلوريدزين – اثنين من ثنائي هيدروكالكونات ثنائي الهيدروكالكونات المضادة للأكسدة القوية. وباستخدام جهاز HIELSCHER UP400St من نوع المسبار الصوتي، تم الحصول على نواتج الاستخلاص التالية:

• ~حوالي 13 ميكروغرام/غرام من الفلورتين
• ~حوالي 67 ميكروغرام/غرام من الفلوريدزين
• ~حوالي 1878 ميكروغرام/غرام من الوزن الجاف من إجمالي الفينولات
• النشاط المضاد للأكسدة (FRAP): ما يصل إلى 3.58 مجم مكافئ سمية/غرام

تعدد الاستخدامات - سونيكيشن للثوم والعصائر والعصائر المخفوقة

لا يقتصر الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على ثفل التفاح؛ فقد تم تطبيقه بنجاح على مجموعة واسعة من مصفوفات الفاكهة. في لب الفاكهة مثل البرتقال، يعزز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية إطلاق البوليفينول والفلافونويد ومضادات الأكسدة في لب الفاكهة مثل البرتقال، مما يحافظ على سلامتها الوظيفية. وبالمثل، فإن قشور الحمضيات – بما في ذلك الجريب فروت والليمون والبرتقال – غنية بالبكتين والمركبات الفينولية، والتي يمكن تحريرها بكفاءة من خلال تمزيق جدار الخلية الناتج عن التجويف. حتى بذور العنب، المعروفة بمحتواها الكثيف من مركبات البوليفينول (مثل الكاتيكين والبروانثوسيانيدين)، تستجيب بشكل جيد للمعالجة بالموجات فوق الصوتية، مما ينتج عنه تركيزات عالية من مضادات الأكسدة. هذا التنوع عبر الأنسجة النباتية يسلط الضوء على الصوتيات كأداة قوية لاستخراج المواد الحيوية الخضراء من المنتجات الثانوية الزراعية الصناعية المتنوعة.

وعلاوة على ذلك، فإن تعدد استخدامات أجهزة Hielscher للموجات الصوتية يمتد ليشمل مختلف المنتجات والتطبيقات:

• الاستخلاص في المرحلة السائلة في العصائر والمهروسات
• مجانسة المشروبات النباتية والمستحلبات النباتية
• التعطيل الميكروبي والإنزيمي لإطالة العمر التخزيني دون ضرر حراري

في إنتاج العصير والعصائر، يضمن الصوتنة عالية الأداء:

• التشتت المستقر للألياف والمواد الصلبة
• تحسين ملمس الفم
• تعزيز التوافر البيولوجي للفينولات
• الحفاظ على الخصائص الحسية والغذائية

يسهل الاستخدام المتعدد الاستخدامات لأجهزة Hielscher الصوتية سد الفجوة بين الثفل ومعالجة العصير – مما يسمح بالاستخلاص والتجانس والبسترة باستخدام نفس الإعداد بالموجات فوق الصوتية.

أضواء على الاستدامة

تساهم الموجات فوق الصوتية بشكل كبير في الاستدامة من خلال تمكين استرداد قيمة عالية من المركبات النشطة بيولوجيًا من المنتجات الثانوية لمعالجة الفاكهة التي من شأنها أن تساهم في النفايات الغذائية العالمية. في سياق صناعة العصائر، حيث يتم التخلص من ما يصل إلى 25% من الفواكه والخضروات بعد الحصاد أو أثناء المعالجة، يوفر استخدام الموجات فوق الصوتية حلاً مستهدفاً وفعالاً. على سبيل المثال، ثبت أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمخاليط لب وقشر البرتقال تعزز خصائص الألياف الغذائية الرئيسية، مما يدعم إعادة استخدامها كمكونات غذائية جديدة. ولا يقلل مسار التثمين هذا من العبء البيئي للنفايات الغذائية الزراعية فحسب، بل يتماشى أيضًا مع الهدف 12 من أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة – تعزيز الاستهلاك والإنتاج المسؤول.
والأهم من ذلك أن الصوتيات هي تقنية موفرة للطاقة وصديقة للبيئة – يتطلب استهلاكًا منخفضًا للطاقة ويقلل من استخدام مذيبات الاستخلاص القاسية حيث يعمل بالماء والإيثانول المائي و NADES.
من خلال تحويل تيارات النفايات إلى مكونات وظيفية، يساهم الصوتنة في الاقتصاد الدائري ويحسن الاستدامة البيئية والاقتصادية في قطاع تجهيز الأغذية.

تحسين عملية الثفل باستخدام أجهزة هيلشر الصوتية

Hielscher Ultrasonics هي شركة رائدة في مجال تصنيع أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء المصممة للتطبيقات المختبرية والصناعية على حد سواء. أجهزة الموجات فوق الصوتية الصناعية – مثل UIP2000hdT و UIP4000hdT و UIP6000hdT و UIP16000hdT – العرض:

• إنتاجية قابلة للتطوير (من لترات إلى أطنان في الساعة)
• تحكم دقيق في السعة
• تشغيل 24/7 في البيئات الصعبة
• مفاعلات بالموجات فوق الصوتية القابلة للضغط
• التوافق مع المعالجة المستمرة المضمنة
• التكامل البسيط في خطوط الإنتاج (الموجودة)

تم التحقق من صحة أجهزة Hielscher الصوتية بالفعل في الأبحاث المنشورة لاستخراج البوليفينول ومضادات الأكسدة والمركبات النشطة بيولوجيًا الأخرى، مع كفاءة مثبتة وقابلية للتكرار.

يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:

التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا

Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بواسطة الموجات فوق الصوتية Hielscher.

Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.

الأدب / المراجع