Ултразвукова екстракция на джибри – устойчиво извличане на биоактивни съединения

Страничните продукти от преработката на плодове, особено джибрите, представляват неизползван запас от биоактивни съединения с потенциални приложения в нутрацевтиците, обогатяването на храни и фармацевтичните продукти. Въпреки това ефективното и устойчиво извличане на тези съединения остава техническо предизвикателство. Сред нововъзникващите екологични технологии за екстракция екстракцията с помощта на ултразвук чрез ултразвукови апарати със сонда постига изключителни добиви. Ултразвуковата обработка позволява бърза екстракция с ефективно използване на разтворителя на фенолни съединения, тритерпенови киселини и други биоактивни съединения от растителни матрици като ябълковите джибри.

Ефективно оползотворяване на странични продукти от плодове чрез ултразвукова екстракция

Ултразвуковата екстракция на джибри е ефективен начин за оползотворяване на страничния продукт от производството на сокове, вино и сайдер – тя е научно потвърдено, мащабируемо и внедрено в промишлеността и икономично решение за оползотворяване на плодови отпадъци. Тъй като ултразвуковата обработка е ефективна и универсална, тя предлага екологична стратегия за екстракция, която използва потенциала на странични продукти от селското стопанство и хранителната промишленост като ябълковите джибри.
Както показват последните изследвания, съчетаването на кратко време на ултразвукова обработка, умерени концентрации на етанол и контролирана амплитуда позволява селективно и ефективно извличане на съединения, благоприятни за здравето.
В стремежа към кръгова икономика ултразвуковата обработка е повече от инструмент – тя означава интензификация и ефективност на процесите.

Оползотворяване на джибри чрез ултразвукова екстракция

Плодовите джибри, страничен продукт от производството на сокове и вино, включват кори, плодова месеста част, семена и дръжки. Традиционно недостатъчно използвани или предназначавани за приложения с ниска стойност, като фураж за селскостопански животни или биомаса, джибрите вече се признават за ценен източник на полифеноли (напр. кверцетинови гликозиди, флоридзин), флавоноиди, дихидрохалкони и тритерпенови киселини (особено урсолова киселина). Тези молекули се свързват с антиоксидантни, противовъзпалителни и антимикробни свойства.
Ултразвуковата екстракция предлага преобразуващ подход към оползотворяването на джибрите, като позволява ефективното освобождаване на тези биоактивни вещества. В сравнение с конвенционалните методи за екстракция ултразвуковата екстракция осигурява:

• По-кратко време за обработка
• По-нисък разход на разтворители
• По-високи добиви
• По-меки условия на екстракция, запазващи чувствителните към топлина съединения

Какво казва науката за ултразвуковата екстракция на джибри

Две показателни проучвания демонстрират научно ползите от екстракцията с помощта на ултразвук (UAE) при ябълкови джибри.

Проучване 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Използвайки централен композиционен план, изследователите оптимизират едновременната екстракция на общи полифеноли и урсолова киселина от джибри от производството на сайдер с ултразвуков апарат Hielscher UP200Ht. При оптимизирани условия (5,1 min, 68% етанол, 90% амплитуда) от нефракционираните ябълкови джибри са получени:

• ~1300 µg/g флавоноли
• ~1200 µg/g дихидрохалкони
• ~4200 µg/g урсолова киселина

Забележително е, че фракцията от ябълкови кори показва още по-високи концентрации, като урсоловата киселина достига 8500 µg/g сухо вещество. Антиоксидантната активност на екстрактите корелира силно със съдържанието на полифеноли, а математическото моделиране потвърждава ефективността на екстракцията.

Проучване 2: Razola-Díaz et al., 2022
Тази работа е насочена към оптимизиране на екстракцията на флоретин и флоридзин – два дихидрохалкона с мощно антиоксидантно действие. С помощта на ултразвуков апарат със сонда Hielscher UP400St са получени следните добиви при екстракцията:

• ~13 µg/g флоретин
• ~67 µg/g флоридзин
• ~1878 µg/g суха маса общи фенолни съединения
• Антиоксидантна активност (FRAP): до 3,58 mg TE/g

Универсалност – ултразвукова обработка на джибри, сокове и смутита

Ултразвуковата екстракция не се ограничава до ябълковите джибри; тя е успешно прилагана към широк спектър от плодови матрици. В месестата част на плодове като портокала ултразвуковата обработка подобрява освобождаването на полифеноли, флавоноиди и антиоксиданти, като запазва тяхната функционална цялост. По подобен начин корите на цитрусовите плодове – включително грейпфрут, лимон и портокал – са богати на пектини и фенолни съединения, които могат да бъдат ефективно освободени чрез разрушаване на клетъчните стени, предизвикано от кавитация. Дори гроздовите семена, известни с високото си съдържание на полифеноли (напр. катехини и проантоцианидини), се поддават добре на ултразвукова обработка, осигурявайки високи концентрации на антиоксиданти. Тази универсалност при различни растителни тъкани подчертава ролята на ултразвуковата обработка като надежден инструмент за екологична екстракция на биоактивни вещества от разнообразни агропромишлени странични продукти.

Освен това универсалността на ултразвуковите апарати Hielscher обхваща различни продукти и приложения:

• Екстракция в течна фаза в сокове и пюрета
• Хомогенизация на напитки на растителна основа и емулсии
• Инактивиране на микроорганизми и ензими за удължаване на срока на годност без термично увреждане

При производството на сокове и смутита високопроизводителната ултразвукова обработка осигурява:

• Стабилно диспергиране на влакнини и твърди частици
• Подобрено усещане в устата
• Повишена бионаличност на фенолните съединения
• Запазване на сензорните и хранителните свойства

Универсалното използване на ултразвуковите апарати Hielscher лесно свързва обработката на джибри с обработката на сокове – позволявайки екстракция, хомогенизация и пастьоризация с една и съща ултразвукова система.

Фокус върху устойчивостта

Ултразвуковата обработка допринася значително за устойчивостта, като позволява извличането на биоактивни съединения с висока стойност от странични продукти от преработката на плодове, които иначе биха допринесли за хранителните отпадъци в световен мащаб. В контекста на соковата промишленост, където до 25% от плодовете и зеленчуците се изхвърлят след прибиране на реколтата или по време на преработката, ултразвуковата обработка предлага целенасочено и ефективно решение. Например доказано е, че ултразвуковата обработка на смеси от портокалова месеста част и кори подобрява ключови свойства на хранителните влакнини, подпомагайки повторното им използване като нови хранителни съставки. Този начин на оползотворяване не само намалява екологичното натоварване от отпадъците от селското стопанство и хранителната промишленост, но и е в съответствие с Цел 12 за устойчиво развитие на ООН – насърчаване на отговорното потребление и производство.
Важно е, че ултразвуковата обработка е енергийно ефективна и екологична технология – изисква ниско потребление на енергия и намалява употребата на агресивни разтворители за екстракция, тъй като работи с вода, воден етанол и NADES.
Превръщайки отпадъчните потоци във функционални съставки, ултразвуковата обработка допринася за кръговата икономика и подобрява както екологичната, така и икономическата устойчивост в сектора на преработката на храни.

Подобрете процеса си за обработка на джибри с ултразвукови апарати Hielscher

Hielscher Ultrasonics е водещ производител на високопроизводителни ултразвукови системи, предназначени както за лабораторни, така и за промишлени приложения. Неговите промишлени ултразвукови апарати – като UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT и UIP16000hdT – предлагат:

• Мащабируем капацитет за обработка (от литри до тонове на час)
• Прецизно управление на амплитудата
• Работа 24/7 в условия с високи изисквания
• Ултразвукови реактори с възможност за работа под налягане
• Съвместимост с непрекъсната обработка в поточна линия
• Лесно интегриране в (съществуващи) производствени линии

Ултразвуковите апарати Hielscher вече са валидирани в публикувани изследвания за извличане на полифеноли, антиоксиданти и други биоактивни съединения с доказана ефективност и възпроизводимост.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни с най-високите си стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати Hielscher лесно се справят с тежки условия и среди с високи изисквания.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, която поставя специален акцент върху високопроизводителни ултразвукови апарати с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати Hielscher отговарят на изискванията за CE и на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Литература / Източници

• 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.