Ultrazvučna ekstrakcija polifenola iz nusproizvoda maslinovog ulja: priča o uspjehu

Komina masline više nije samo agroindustrijski nusproizvod – ona je vrijedan izvor visokoučinkovitih prirodnih antioksidansa. U ovoj studiji kompanija Natural Phenolics optimizirala je vodenu ekstrakciju polifenola bogatih hidroksitirozolom pomoću sonikatora Hielscher UP400St. Rezultati pokazuju robustan, ponovljiv i skalabilan proces kojim se postiže predviđena koncentracija hidroksitirozola od 1609,5 mg/L pri optimiziranim uvjetima ultrazvučne obrade. Ovaj rad pokazuje kako precizna ultrazvučna tehnologija može pretvoriti otpad od proizvodnje maslinovog ulja u vrhunske sirovine biološkog porijekla za prehrambenu industriju, poljoprivredu i održivu industriju.

Komina masline – ne nusproizvod, nego resurs bogat antioksidansima

Komina masline (alperujo) glavni je nusproizvod ekstrakcije maslinovog ulja; njezina godišnja svjetska proizvodnja iznosi između 13 i 18 miliona tona. Polifenoli su sekundarni metaboliti prisutni u visokim koncentracijama u ovom agroindustrijskom ostatku. Iako ova jedinjenja pokazuju izvanrednu antioksidativnu aktivnost, njihovo prisustvo u okolišu bez obrade predstavlja značajan toksikološki izazov. Kao pionir u valorizaciji otpada, Natural Phenolics se uključuje u rješavanje ovog problema i pretvara ovu obavezu prema okolišu u održivo ekonomsko dobro. Ekstrakcijom ovih visokovrijednih metabolita španska kompanija Natural Phenolics proizvodi vrhunske sirovine biološkog porijekla. Trenutno je istraživanje i razvoj kompanije Natural Phenolics u samom vrhu proizvodnje naprednih biostimulatora za biljke i antioksidativnih konzervansa za hranu s čistom deklaracijom.

O kompaniji Natural Phenolics
Natural Phenolics je kompanija za zelenu hemiju na čelu cirkularne ekonomije, specijalizirana za valorizaciju komine masline (alperujo) u punom opsegu. Naprednim održivim procesima ekstrakcije ovaj složeni agroindustrijski ostatak pretvaramo u vrhunske hemijske sirovine biološkog porijekla.

Natural Phenolics, kompanija sa sjedištem u Kataloniji u Španiji, proizvodi visokokvalitetne biostimulatore od poljoprivrednih nusproizvoda

Spremni za valorizaciju vaše komine masline?
Podijelite s nama detalje o vašem procesu proizvodnje maslinovog ulja i toku komine. Pomoći ćemo vam da odredite odgovarajuću postavku za ultrazvučnu ekstrakciju kako biste efikasno i održivo izdvojili visokovrijedne polifenole.

Potreba za efikasnim i standardiziranim tehnologijama ekstrakcije

Na tom je tragu odabir prave tehnologije ekstrakcije ključan za dobivanje standardiziranih ekstrakata. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) pokazala se moćnom tehnikom koja daje ponovljive rezultate, skraćuje vrijeme ekstrakcije i smanjuje potrošnju rastvarača, uz ostale operativne prednosti.
Ovdje Natural Phenolics predstavlja rezultate optimizacije za dobivanje standardiziranih vodenih ekstrakata bogatih hidroksitirozolom (HT) i drugim polifenolima. Kao eksperimentalni model odabran je centralni kompozitni plan. Ocjenjivani parametri bili su amplituda i vrijeme ekstrakcije, dok je odziv mjeren putem koncentracije hidroksitirozola. U tu svrhu koristili su sonikator Hielscher Ultrasonics UP400St, odabran zbog jednostavnog rukovanja i visoke preciznosti kontrole amplitude.

Eksperimentalni dizajn ultrazvučne ekstrakcije: optimizacija amplitude i vremena ekstrakcije

Ova precizna kontrola bila je presudna za razdvajanje učinaka akustične energije od varijabilnosti sirovine. Sve ekstrakcije izvedene su korištenjem osušene komine masline (sadržaj vlage 20%, veličina čestica 1 mm) i vode kao rastvarača. Suspenzija je pripremljena s omjerom čvrste i tečne faze od 40%, a svi eksperimenti provedeni su pri stalnoj temperaturi od 35°C. Tabela 1 sažima eksperimentalne uvjete ocijenjene putem CCD matrice od 12 izvođenja.

Parametar	Maksimum	Minimum	Aksijalna tačka	Aksijalna tačka
Amplituda %	70	30	78	22
Vrijeme min	30	10	34,1	5,9

U ovoj demonstraciji prikazujemo preciznost i efikasnost sonikacije sondom pri ekstrakciji bioaktivnih sastojaka iz listova masline. U videu koristimo sonikator UP400St za ekstrakciju bioaktivnih spojeva kao što su polifenoli i flavonoidi, uključujući oleuropein, hidroksitirozol, luteolin i brojne druge fitohemikalije. Sonikacijom se postižu visoki prinosi visokokvalitetnih bioaktivnih spojeva uz upotrebu blagih, netoksičnih rastvarača kao što su voda, zakiseljena voda ili vodeni rastvor etanola.

Tabela 2 prikazuje procjene kvalitete modela za optimizaciju. Matematički model objasnio je 72,02% ukupne varijabilnosti (R2 = 0,7202), što predstavlja vrlo zadovoljavajuće slaganje s obzirom na složenu i inherentno heterogenu prirodu matriksa komine masline. Iako je značajnost modela (P = 0,101) neznatno iznad uobičajenog praga pouzdanosti od 95% zbog strogo ograničenih stepeni slobode u matrici od 12 izvođenja, snažni negativni kvadratni koeficijenti b11 = -61,61 i b22 = -71,61 potvrđuju fizički utemeljenu parabolnu kinetiku ekstrakcije.

Parametar
Amplituda b2	67,6604
Vrijeme b2	59,6054
Amplituda2 (b11)	-61,6139
Vrijeme2 (b22)	-71,6058
R2 (b11)	0,7202
Prilagođeni R2	0,4871
F-statistika	3,0892
p-vrijednost	1,011179 x 10-1
Standardna greška reziduala	67,05 mg/L

Ultrazvučna ekstrakcija hidroksitirozola i polifenola iz komine masline: optimizirani proces sa sonikatorom UP400St

Ultrazvučna ekstrakcija polifenola iz komine masline: lijevo – model odzivne površine metode; desno – konturni dijagram

Robustno dobivanje hidroksitirozola ultrazvučnom ekstrakcijom

Slika 1A prikazuje dijagram odzivne površine optimiziranog modela. Široka crvena zona na platou maksimuma potvrđuje robustnost procesa, jer varijacije amplitude u rasponu 50– 60% ne uzrokuju veće oscilacije koncentracije hidroksitirozola. Pri analizi učinaka pojedinačnih faktora, povećanje amplitude s 22% na 50% ima presudan utjecaj i dovodi do oštrog poboljšanja prinosa ekstrakcije. Nasuprot tome, vrijeme ekstrakcije duže od 20 minuta stabilizira prinos, što upućuje na zasićenje rastvarača u toj fazi. Konačno, ovaj pristup uspješno je odredio definitivni operativni optimum pri amplitudi od 61,5% i 24,2 minute ultrazvučne obrade, uz maksimalnu predviđenu koncentraciju hidroksitirozola od 1609,5 mg/L.

U zaključku, primjena tehnologije Hielscher Ultrasonics bila je kamen temeljac u postizanju vrlo ponovljivog i energetski optimiziranog procesa ekstrakcije hidroksitirozola. Izvanredna preciznost kontrole amplitude i robustne mehaničke performanse sonotrode UP400St jamče da se ovi laboratorijski postignuti rezultati mogu besprijekorno prenijeti na industrijske sisteme s kontinuiranim protokom. Nadalje, uspjeh ove faze optimizacije značajno je ubrzan izuzetnom tehničkom pomoći i lokalnom podrškom koju je pružio Jover Labtech, zastupnik kompanije Hielscher u Kataloniji u Španiji. Ova sinergija vrhunskog akustičnog hardvera i stručne inženjerske podrške u neposrednoj blizini uspostavlja definitivan, izvodljiv put prema održivoj komercijalnoj valorizaciji agroindustrijske biomase u punom opsegu.

U ovom videosnimku prikazujemo postrojenje s 2x UIP4000hdt sonikatora za intenzivniju ekstrakciju ekstra djevičanskog maslinovog ulja bogatog polifenolima. Prikazano postrojenje radi u sicilijanskoj uljari. U videu se nezrele masline sorte Biancolilla prerađuju za proizvodnju ekstra djevičanskog maslinovog ulja. Industrijski sonikatori Hielscher ugrađuju se u uljare radi povećanja prinosa ekstrakcije i kvaliteta ekstra djevičanskog maslinovog ulja. Kavitacija koju stvara ultrazvuk velike snage razara ćelijske zidove i povećava propusnost tkiva ploda masline. To omogućava bolju ekstrakciju ulja iz maslinove paste, što rezultira većim prinosima ulja.

Povezane teme

Česta pitanja: ultrazvučna ekstrakcija polifenola iz komine masline

Šta je komina masline?

Komina masline, poznata i kao alperujo, glavni je nusproizvod koji nastaje tokom ekstrakcije maslinovog ulja. Sastoji se od pulpe masline, kožice, koštica te zaostale vode i ulja. Iako se često tretira kao otpad, komina masline sadrži vrijedna bioaktivna jedinjenja, posebno polifenole poput hidroksitirozola.

Zašto je komina masline vrijedan izvor polifenola?

Komina masline sadrži visoke koncentracije fenolnih jedinjenja snažnih antioksidativnih svojstava. Ova jedinjenja mogu se izdvojiti i pretvoriti u visokovrijedne prirodne ekstrakte za upotrebu u konzerviranju hrane, biostimulatorima za biljke, nutraceutskim sastojcima, kozmetici i drugim primjenama biološkog porijekla.

Šta je hidroksitirozol?

Hidroksitirozol je jedan od najvažnijih polifenola koji se nalaze u maslinama i nusproizvodima dobivenim od maslina. Poznat je po snažnoj antioksidativnoj aktivnosti i visoko je cijenjen u funkcionalnoj hrani, prirodnim konzervansima, kozmetičkim formulacijama i poljoprivrednim biostimulativnim proizvodima.

Zašto treba izdvajati polifenole iz komine masline?

Izdvajanje polifenola iz komine masline pomaže da se agroindustrijski ostatak pretvori u vrijednu sirovinu. To podržava strategije cirkularne ekonomije, smanjuje opterećenje okoliša od proizvodnje maslinovog ulja i stvara nove prihode od nusproizvoda koji bi inače zahtijevali odlaganje ili obradu.

Šta je ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom?

Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom napredna je tehnika ekstrakcije koja koristi akustičnu energiju za intenziviranje oslobađanja vrijednih jedinjenja iz biljnih materijala. Ultrazvučna kavitacija poboljšava prijenos mase između čvrste biomase i rastvarača, omogućavajući bržu, efikasniju i ponovljiviju ekstrakciju u poređenju s mnogim konvencionalnim metodama.

Kako ultrazvuk poboljšava ekstrakciju polifenola iz komine masline?

Ultrazvuk stvara kavitacijske sile u tečnom mediju, koje pomažu u razgradnji biljnih ćelijskih struktura i poboljšavaju prodiranje rastvarača u biomasu. To ubrzava oslobađanje polifenola poput hidroksitirozola i može smanjiti vrijeme ekstrakcije, potrošnju rastvarača i varijabilnost procesa.

Može li se voda koristiti kao rastvarač za ultrazvučnu ekstrakciju komine masline?

Da. Studija pokazuje upotrebu vode kao rastvarača za izdvajanje polifenola bogatih hidroksitirozolom iz osušene komine masline. To proces čini posebno privlačnim za primjene ekstrakcije s čistom deklaracijom, prehrambene kvalitete i ekološki prihvatljive primjene.

Koja je ultrazvučna oprema korištena u studiji?

U studiji je korištena sonotroda Hielscher Ultrasonics UP400St. Ovaj ultrazvučni procesor odabran je zbog precizne kontrole amplitude, robusnih performansi i pogodnosti za kontroliranu optimizaciju ekstrakcije polifenola iz komine masline u laboratorijskim razmjerima.

Koji su procesni parametri optimizirani?

Studija je optimizirala dva ključna parametra ultrazvučne ekstrakcije: amplitudu ultrazvučne obrade i vrijeme ekstrakcije. Ovi parametri ocjenjivani su pomoću centralnog kompozitnog plana kako bi se odredio njihov učinak na koncentraciju hidroksitirozola u vodenom ekstraktu.

Koji su bili optimizirani uvjeti za ekstrakciju hidroksitirozola?

Optimizirani uvjeti ekstrakcije utvrđeni u studiji bili su amplituda od 61,5% i 24,2 minute ultrazvučne obrade. Pri tim uvjetima model je predvidio maksimalnu koncentraciju hidroksitirozola od 1609,5 mg/L.

Zašto je kontrola amplitude važna u ultrazvučnoj ekstrakciji?

Kontrola amplitude je ključna jer određuje intenzitet ultrazvučne kavitacije. Precizno podešavanje amplitude omogućava korisnicima da optimiziraju efikasnost ekstrakcije, izbjegnu nepotreban unos energije i dobiju ponovljivije ekstrakte uprkos prirodnoj varijabilnosti sirovina biomase poput komine masline.

Je li ultrazvučna ekstrakcija komine masline skalabilna?

Da. Ultrazvučna ekstrakcija je vrlo skalabilna kada se procesni parametri poput amplitude, unosa energije, protoka, temperature i vremena zadržavanja pravilno kontroliraju. Studija ističe značaj ultrazvučne tehnologije Hielscher za prijenos optimizacije iz laboratorijskih razmjera u industrijsku obradu s kontinuiranim protokom.

Koji se proizvodi mogu napraviti od polifenolnih ekstrakata komine masline?

Ekstrakti komine masline bogati polifenolima mogu se koristiti u raznim visokovrijednim primjenama, uključujući prirodne antioksidativne konzervanse za hranu, biostimulatore za biljke, kozmetičke sastojke, nutraceutske formulacije i specijalne sastojke biološkog porijekla.

Kako ultrazvučna ekstrakcija podržava održivu proizvodnju maslinovog ulja?

Ultrazvučna ekstrakcija podržava održivu proizvodnju maslinovog ulja valorizacijom komine masline umjesto da se ona tretira isključivo kao otpad. Izdvajanjem vrijednih antioksidansa iz ovog nusproizvoda proizvođači mogu smanjiti utjecaj na okoliš, poboljšati efikasnost korištenja resursa i stvoriti dodatne tokove vrijednosti.

Mogu li se ultrazvučni sistemi Hielscher koristiti za industrijsku valorizaciju komine masline?

Da. Ultrazvučni sistemi Hielscher pogodni su za razvoj procesa, pilot-testiranje i ekstrakciju u industrijskim razmjerima. Zahvaljujući preciznoj kontroli ultrazvučnih parametara i dostupnosti u skalabilnim konfiguracijama, vrlo su pogodni za kontinuiranu obradu komine masline i drugih tokova agroindustrijske biomase.

Literatura / reference

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).