Ultrazvučna ekstrakcija komine – održivo dobivanje bioaktivnih spojeva

Nusproizvodi prerade voća, posebno komina, predstavljaju neiskorišteni izvor bioaktivnih spojeva s potencijalnom primjenom u nutraceutici, obogaćivanju hrane i farmaceutici. Međutim, efikasno i održivo dobivanje ovih spojeva i dalje je tehnički izazov. Među novim zelenim tehnologijama ekstrakcije, ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom pomoću sonikatora sondnog tipa postiže izvanredne prinose. Ultrazvučna obrada omogućava brzu ekstrakciju fenolnih spojeva, triterpenskih kiselina i drugih bioaktivnih spojeva iz biljnih matriksa, kao što je komina jabuke, uz efikasnu upotrebu otapala.

Efikasna valorizacija nusproizvoda voća ultrazvučnom ekstrakcijom

Ultrazvučna ekstrakcija komine efikasan je način valorizacije nusproizvoda proizvodnje sokova, vina i jabukovače – to je naučno potvrđeno, industrijski skalabilno i primijenjeno te ekonomično rješenje za valorizaciju voćnog otpada. Budući da je ultrazvučna obrada (sonikacija) efikasna i svestrana, ona nudi zelenu strategiju ekstrakcije za iskorištavanje potencijala agroprehrambenih nusproizvoda poput komine jabuke.
Kako pokazuju nedavna istraživanja, kombinacija kratkog trajanja sonikacije, umjerenih koncentracija etanola i kontrolirane amplitude omogućava selektivno, efikasno dobivanje spojeva koji pogoduju zdravlju.
U težnji ka cirkularnosti sonikacija nije samo alat – sonikacija znači intenzifikaciju procesa i efikasnost.

Valorizacija komine ultrazvučnom ekstrakcijom

Voćna komina, nusproizvod proizvodnje sokova i vina, sastoji se od kore, pulpe, sjemenki i peteljki. Tradicionalno nedovoljno iskorištena ili svedena na primjene niske vrijednosti, poput stočne hrane ili biomase, komina se danas prepoznaje kao vrijedan izvor polifenola (npr. kvercetin glikozida, floridzina), flavonoida, dihidrohalkona i triterpenskih kiselina (naročito ursolne kiseline). Ovi molekuli se povezuju s antioksidativnim, protuupalnim i antimikrobnim svojstvima.
Ultrazvučna ekstrakcija nudi transformativan pristup valorizaciji komine jer omogućava efikasno oslobađanje ovih bioaktivnih spojeva. U poređenju s konvencionalnim metodama ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija pruža:

• Kraće vrijeme obrade
• Manju potrošnju otapala
• Veće prinose
• Blaže uvjete ekstrakcije, kojima se čuvaju spojevi osjetljivi na toplinu

Što nauka kaže o ultrazvučnoj ekstrakciji komine

Dvije primjerne studije naučno dokazuju prednosti ekstrakcije potpomognute ultrazvukom (UAE) za kominu jabuke.

Studija 1: Pando Bedriñana i sur., 2024
Primjenom centralnog kompozitnog dizajna istraživači su optimizirali istovremenu ekstrakciju ukupnih polifenola i ursolne kiseline iz komine iz industrije jabukovače pomoću sonikatora Hielscher UP200Ht. Pod optimiziranim uvjetima (5,1 min, 68% etanola, 90% amplitude) cijela komina jabuke dala je:

• ~1300 µg/g flavonola
• ~1200 µg/g dihidrohalkona
• ~4200 µg/g ursolne kiseline

Posebno je važno da je frakcija kore jabuke pokazala još veće koncentracije, pri čemu je ursolna kiselina dosegla 8500 µg/g suhe tvari. Antioksidativna aktivnost ekstrakata snažno je korelirala sa sadržajem polifenola, a matematičko modeliranje potvrdilo je efikasnost ekstrakcije.

Studija 2: Razola-Díaz i sur., 2022
Ovaj rad bio je usmjeren na optimizaciju ekstrakcije floretina i floridzina – dva snažna antioksidativna dihidrohalkona. Koristeći sonikator sondnog tipa Hielscher UP400St, postignuti su sljedeći prinosi ekstrakcije:

• ~13 µg/g floretina
• ~67 µg/g floridzina
• ~1878 µg/g suhe težine ukupnih fenola
• Antioksidativna aktivnost (FRAP): do 3,58 mg TE/g

Svestranost – sonikacija za kominu, sokove i smutije

Ultrazvučna ekstrakcija nije ograničena na kominu jabuke; uspješno je primijenjena na širok spektar voćnih matriksa. U pulpi voća kao što je naranča sonikacija pospješuje oslobađanje polifenola, flavonoida i antioksidansa, uz očuvanje njihovog funkcionalnog integriteta. Slično tome, kore citrusa – uključujući grejpfrut, limun i naranču – bogate su pektinima i fenolnim spojevima, koji se mogu efikasno osloboditi razgradnjom ćelijskih stijenki izazvanom kavitacijom. Čak i sjemenke grožđa, poznate po gustom sadržaju polifenola (npr. katehina i proantocijanidina), dobro reagiraju na ultrazvučnu obradu i daju visoke koncentracije antioksidansa. Ova svestranost na različitim biljnim tkivima ističe sonikaciju kao pouzdan alat za zelenu ekstrakciju bioaktivnih spojeva iz raznovrsnih agroindustrijskih nusproizvoda.

Nadalje, svestranost Hielscher sonikatora proteže se na različite proizvode i primjene:

• Ekstrakcija u tečnoj fazi u sokovima i pireima
• Homogenizacija biljnih napitaka i emulzija
• Mikrobna i enzimska inaktivacija radi produženja roka trajanja bez toplinskog oštećenja

U proizvodnji sokova i smutija visokoučinkovita sonikacija osigurava:

• Stabilnu disperziju vlakana i čvrstih čestica
• Poboljšan osjećaj u ustima
• Povećanu bioraspoloživost fenolnih spojeva
• Očuvanje senzornih i nutritivnih svojstava

Svestrana upotreba Hielscher sonikatora lako premošćuje jaz između prerade komine i prerade sokova – omogućava ekstrakciju, homogenizaciju i pasterizaciju s istom ultrazvučnom postavkom.

U fokusu: održivost

Ultrazvučna obrada značajno doprinosi održivosti jer omogućava visokovrijedno dobivanje bioaktivnih spojeva iz nusproizvoda prerade voća koji bi inače doprinijeli globalnom otpadu od hrane. U kontekstu industrije sokova, u kojoj se do 25% voća i povrća odbaci nakon berbe ili tokom prerade, sonikacija nudi ciljano, efikasno rješenje. Na primjer, pokazalo se da ultrazvučna obrada mješavina pulpe i kore naranče poboljšava ključna svojstva prehrambenih vlakana, što podržava njihovu ponovnu upotrebu kao novih sastojaka hrane. Ovaj put valorizacije ne samo da smanjuje opterećenje okoliša agroprehrambenim otpadom nego je i u skladu s Ciljem održivog razvoja UN-a br. 12 – promoviranje odgovorne potrošnje i proizvodnje.
Važno je da je sonikacija energetski efikasna i zelena tehnologija – zahtijeva nisku potrošnju energije i smanjuje upotrebu agresivnih otapala za ekstrakciju jer radi s vodom, vodenim etanolom i NADES-om.
Pretvaranjem otpadnih tokova u funkcionalne sastojke sonikacija doprinosi cirkularnoj ekonomiji i poboljšava ekološku i ekonomsku održivost u sektoru prerade hrane.

Unaprijedite proces obrade komine uz Hielscher sonikatore

Hielscher Ultrasonics je vodeći proizvođač visokoučinkovitih ultrazvučnih sistema namijenjenih laboratorijskim i industrijskim primjenama. Njihovi industrijski sonikatori – kao što su UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT i UIP16000hdT – nude:

• Skalabilan kapacitet obrade (od litara do tona na sat)
• Preciznu kontrolu amplitude
• Rad 24/7 u zahtjevnim okruženjima
• Ultrazvučne reaktore pod pritiskom
• Kompatibilnost s inline kontinuiranom obradom
• Jednostavnu integraciju u (postojeće) proizvodne linije

Hielscher sonikatori već su potvrđeni u objavljenim istraživanjima za ekstrakciju polifenola, antioksidansa i drugih bioaktivnih spojeva, uz dokazanu efikasnost i reproducibilnost.

Tabela ispod daje okvirnu informaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Dizajn, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućavaju neometanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske pogone. Hielscher ultrazvučni uređaji lako podnose teške uvjete i zahtjevna okruženja.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i posebnu pažnju posvećuje visokoučinkovitim ultrazvučnim uređajima s najsavremenijom tehnologijom i jednostavnošću korištenja. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji su u skladu s CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Literatura / reference

• 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.