استخلاص التفل بالموجات فوق الصوتية – الاسترداد المستدام للمركبات النشطة حيويًا

تمثل المنتجات الثانوية لمعالجة الفاكهة، وخاصة التفل، مخزونًا غير مستغل من المركبات النشطة حيويًا ذات التطبيقات المحتملة في المستحضرات الغذائية الصحية، وتدعيم الأغذية، والمستحضرات الصيدلانية. ومع ذلك، يظل الاسترداد الكفؤ والمستدام لهذه المركبات تحديًا تقنيًا. ومن بين تقنيات الاستخلاص الخضراء الناشئة، يحقق الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية باستخدام أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار مردود استرداد متميزًا. وتتيح المعالجة بالموجات فوق الصوتية استخلاصًا سريعًا وكفؤًا في استخدام المذيبات للمركبات الفينولية وأحماض التريتربين وغيرها من المركبات النشطة حيويًا من المصفوفات النباتية مثل تفل التفاح.

تثمين المنتجات الثانوية للفاكهة بكفاءة باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

يُعد استخلاص التفل بالموجات فوق الصوتية طريقة كفؤة لتثمين المنتج الثانوي لإنتاج العصائر والنبيذ ونبيذ التفاح – فهو حل مُثبت علميًا، وقابل للتوسع إلى النطاق الصناعي ومُعتمد فيه، واقتصادي لتثمين مخلفات الفاكهة. ونظرًا إلى كفاءة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتعدد استخداماتها، فإنها توفر استراتيجية استخلاص خضراء للاستفادة من إمكانات المنتجات الثانوية للقطاع الزراعي الغذائي مثل تفل التفاح.
وكما تُظهر الأبحاث الحديثة، فإن الجمع بين أزمنة معالجة قصيرة بالموجات فوق الصوتية، وتركيزات معتدلة من الإيثانول، وسعة اهتزاز مضبوطة يتيح استردادًا انتقائيًا وكفؤًا للمركبات المعززة للصحة.
وفي السعي إلى تحقيق الاقتصاد الدائري، لا تقتصر المعالجة بالموجات فوق الصوتية على كونها أداة – فهي تعني تكثيف العمليات وزيادة كفاءتها.

تثمين التفل باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

يتكون تفل الفاكهة، وهو منتج ثانوي لإنتاج العصائر والنبيذ، من القشور واللب والبذور والسيقان. وبعد أن كان التفل تقليديًا قليل الاستغلال أو مقتصرًا على تطبيقات منخفضة القيمة مثل أعلاف الماشية أو الكتلة الحيوية، أصبح يُعترف به الآن مصدرًا قيّمًا للبوليفينولات (مثل غليكوسيدات الكيرسيتين والفلوريدزين)، والفلافونويدات، وثنائيات هيدرو الشالكون، وأحماض التريتربين (وخاصة حمض الأورسوليك). وترتبط هذه الجزيئات بخصائص مضادة للأكسدة والالتهابات والميكروبات.
يوفر الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية نهجًا تحويليًا لتثمين التفل من خلال إتاحة تحرير هذه المركبات النشطة حيويًا بكفاءة. وبالمقارنة مع طرق الاستخلاص التقليدية، يوفر الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية:

• أزمنة معالجة أقصر
• استهلاكًا أقل للمذيبات
• مردودًا أعلى
• ظروف استخلاص ألطف تحافظ على المركبات الحساسة للحرارة

ما الذي يقوله العلم عن استخلاص التفل بالموجات فوق الصوتية؟

تُثبت دراستان نموذجيتان علميًا فوائد الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) لتفل التفاح.

الدراسة 1: Pando Bedriñana وآخرون، 2024
باستخدام تصميم مركب مركزي، حسّن الباحثون الاستخلاص المتزامن للبوليفينولات الكلية وحمض الأورسوليك من تفل صناعة نبيذ التفاح باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية Hielscher UP200Ht. وفي الظروف المثلى (5.1 min، وإيثانول بتركيز 68%، وسعة اهتزاز 90%)، أعطى تفل التفاح الكامل:

• ~1300 µg/g من الفلافونولات
• ~1200 µg/g من ثنائيات هيدرو الشالكون
• ~4200 µg/g من حمض الأورسوليك

وقد أظهر جزء قشور التفاح، على وجه الخصوص، تركيزات أعلى، إذ بلغ حمض الأورسوليك 8500 µg/g من المادة الجافة. وارتبط النشاط المضاد للأكسدة للمستخلصات ارتباطًا قويًا بمحتوى البوليفينولات، وأكدت النمذجة الرياضية كفاءة الاستخلاص.

الدراسة 2: Razola-Díaz وآخرون، 2022
ركز هذا العمل على تحسين استخلاص الفلوريتين والفلوريدزين – وهما مركبان من ثنائيات هيدرو الشالكون يتمتعان بخصائص قوية مضادة للأكسدة. وباستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار Hielscher UP400St، تم الحصول على مردود الاستخلاص التالي:

• ~13 µg/g من الفلوريتين
• ~67 µg/g من الفلوريدزين
• ~1878 µg/g من الوزن الجاف من المركبات الفينولية الكلية
• النشاط المضاد للأكسدة (FRAP): حتى 3.58 mg TE/g

تعدد الاستخدامات – المعالجة بالموجات فوق الصوتية للتفل والعصائر والسموذي

لا يقتصر الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على تفل التفاح؛ فقد طُبق بنجاح على مجموعة واسعة من مصفوفات الفاكهة. ففي لب فواكه مثل البرتقال، تعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية تحرير البوليفينولات والفلافونويدات ومضادات الأكسدة، مع الحفاظ على سلامتها الوظيفية. وبالمثل، فإن قشور الحمضيات – بما فيها الجريب فروت والليمون والبرتقال – غنية بالبكتينات والمركبات الفينولية التي يمكن تحريرها بكفاءة من خلال تفكيك جدران الخلايا الناجم عن التجويف. وحتى بذور العنب، المعروفة بمحتواها المرتفع من البوليفينولات (مثل الكاتيكينات والبروأنثوسيانيدينات)، تستجيب جيدًا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية، منتجةً تركيزات عالية من مضادات الأكسدة. ويبرز هذا التنوع في الاستخدام عبر الأنسجة النباتية المعالجة بالموجات فوق الصوتية بوصفها أداة فعالة للاستخلاص الأخضر للمركبات النشطة حيويًا من مختلف المنتجات الثانوية للصناعات الزراعية.

علاوة على ذلك، يمتد تعدد استخدامات أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher إلى منتجات وتطبيقات متنوعة:

• الاستخلاص في الطور السائل في العصائر والمهروسات
• تجنيس المشروبات النباتية والمستحلبات
• تعطيل الميكروبات والإنزيمات لإطالة مدة الصلاحية دون إحداث تلف حراري

في إنتاج العصائر والسموذي، تضمن المعالجة عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية:

• تشتيتًا مستقرًا للألياف والمواد الصلبة
• تحسين الإحساس في الفم
• تعزيز التوافر الحيوي للمركبات الفينولية
• الحفاظ على الخصائص الحسية والتغذوية

يربط الاستخدام المتعدد لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بسهولة بين معالجة التفل ومعالجة العصائر – مما يتيح الاستخلاص والتجنيس والبسترة باستخدام منظومة الموجات فوق الصوتية نفسها.

تسليط الضوء على الاستدامة

تسهم المعالجة بالموجات فوق الصوتية إسهامًا كبيرًا في الاستدامة من خلال إتاحة استرداد المركبات النشطة حيويًا عالية القيمة من المنتجات الثانوية لمعالجة الفاكهة، التي كانت ستسهم لولا ذلك في هدر الغذاء عالميًا. وفي سياق صناعة العصائر، حيث يُتخلص من نسبة تصل إلى 25% من الفواكه والخضروات بعد الحصاد أو أثناء المعالجة، توفر المعالجة بالموجات فوق الصوتية حلًا موجهًا وكفؤًا. فعلى سبيل المثال، ثبت أن معالجة مخاليط لب البرتقال وقشوره بالموجات فوق الصوتية تعزز الخصائص الأساسية للألياف الغذائية، مما يدعم إعادة استخدامها كمكونات غذائية مبتكرة. ولا يقتصر مسار التثمين هذا على تقليل العبء البيئي لمخلفات القطاع الزراعي الغذائي، بل يتوافق أيضًا مع هدف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة 12 – تعزيز الاستهلاك والإنتاج المسؤولين.
ومن المهم أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية خضراء وكفؤة في استخدام الطاقة – إذ تتطلب استهلاكًا منخفضًا للطاقة وتقلل استخدام مذيبات الاستخلاص القاسية، لأنها تعمل بالماء والإيثانول المائي وNADES.
ومن خلال تحويل تدفقات المخلفات إلى مكونات وظيفية، تسهم المعالجة بالموجات فوق الصوتية في الاقتصاد الدائري وتحسن الاستدامة البيئية والاقتصادية في قطاع معالجة الأغذية.

حسّن عملية معالجة التفل لديك باستخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher

تُعد Hielscher Ultrasonics شركة رائدة في تصنيع أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء المصممة للتطبيقات المختبرية والصناعية على حد سواء. وتوفر أجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية التي تنتجها – مثل UIP2000hdT وUIP4000hdT وUIP6000hdT وUIP16000hdT – ما يلي:

• معدل معالجة قابل للتوسع (من لترات إلى أطنان في الساعة)
• تحكمًا دقيقًا في سعة الاهتزاز
• تشغيلًا على مدار 24/7 في البيئات ذات المتطلبات العالية
• مفاعلات بالموجات فوق الصوتية قابلة للتشغيل تحت الضغط
• التوافق مع المعالجة المستمرة ضمن خط الإنتاج
• الدمج البسيط في خطوط الإنتاج (القائمة)

لقد تم بالفعل إثبات صلاحية أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في أبحاث منشورة لاستخلاص البوليفينولات ومضادات الأكسدة وغيرها من المركبات النشطة حيويًا، مع كفاءة وقابلية لإعادة إنتاج النتائج مثبتتين.

يعطيك الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:

التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صُنعت في ألمانيا

تشتهر أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بأعلى معايير الجودة والتصميم. وتتيح المتانة وسهولة التشغيل دمج أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا بسلاسة في المنشآت الصناعية. وتتعامل أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات ذات المتطلبات العالية.

Hielscher Ultrasonics شركة حاصلة على شهادة ISO وتولي اهتمامًا خاصًا بأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. وبالطبع، تتوافق أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher مع CE وتلبي متطلبات UL وCSA وRoHs.

المؤلفات / المراجع

• Razola-Díaz, M.d.C.; Aznar-Ramos, M.J.; Guerra-Hernández, E.J.; García-Villanova, B.; Gómez-Caravaca, A.M.; Verardo, V. (2022): Establishment of a Sonotrode Ultrasound-Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Apple Pomace. Foods 2022, 11, 3809.
• Pando Bedriñana, R.; Rodríguez Madrera, R.; Loureiro Rodríguez, M.D.; López-Benítez, K.; Picinelli Lobo, A. (2024): Green Extraction of Bioactive Compounds from Apple Pomace from the Cider Industry. Antioxidants 2024, 13, 1230.
• Dalmau, E.; Rosselló, C.; Eim, V.; Ratti, C.; Simal, S. (2020): Ultrasound-Assisted Aqueous Extraction of Biocompounds from Orange Byproduct: Experimental Kinetics and Modeling. Antioxidants 2020, 9, 352.
• Razola-Díaz, M.d.C.; Guerra-Hernández, E.J.; Rodríguez-Pérez, C.; Gómez-Caravaca, A.M.; García-Villanova, B.; Verardo, V. (2021): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction via Sonotrode of Phenolic Compounds from Orange By-Products. Foods 2021, 10, 1120.