Ultrazvuková extrakce polyfenolů z vedlejších produktů výroby olivového oleje: Příběh úspěchu

Olivový výlisek již není pouhým vedlejším produktem zemědělsko-průmyslové výroby – představuje cenný zdroj vysoce účinných přírodních antioxidantů. V této studii společnost Natural Phenolics optimalizovala vodnou extrakci polyfenolů bohatých na hydroxytyrosol pomocí ultrazvukového zařízení Hielscher UP400St. Výsledky demonstrují robustní, reprodukovatelný a škálovatelný proces, který za optimalizovaných podmínek sonikace dosahuje předpokládané koncentrace hydroxytyrosolu 1609,5 mg/l. Tato práce zdůrazňuje, jak může přesná ultrazvuková technologie přeměnit odpad z výroby olivového oleje na prémiové suroviny na biologické bázi pro potravinářství, zemědělství a udržitelný průmysl.

Olive Pomace – Nejde o vedlejší produkt, ale o surovinu bohatou na antioxidanty

Olivový výlisek (alperujo) je hlavním vedlejším produktem výroby olivového oleje; jeho celosvětová roční produkce dosahuje 13 až 18 milionů tun. Polyfenoly jsou sekundární metabolity, které se v tomto zemědělsko-průmyslovém odpadu vyskytují ve vysokých koncentracích. Ačkoli tyto sloučeniny vykazují vynikající antioxidační účinky, jejich přítomnost v neupravené formě v životním prostředí představuje významný toxikologický problém. Jako průkopník v oblasti zhodnocování odpadu se společnost Natural Phenolics rozhodla tento problém řešit a přeměnit tuto environmentální zátěž na udržitelný ekonomický přínos. Extrakcí těchto vysoce hodnotných metabolitů vyrábí španělská společnost Natural Phenolics prémiové suroviny na biologické bázi. V současné době R&Společnost D of Natural Phenolics je předním výrobcem moderních rostlinných biostimulantů a potravinářských konzervačních látek s antioxidačními účinky, které nesou označení „clean label“.

Společnost Natural Phenolics se sídlem v Katalánsku ve Španělsku vyrábí vysoce kvalitní biostimulanty z vedlejších produktů zemědělství

Jste připraveni zhodnotit svůj olivový výlisk?
Sdělte nám podrobnosti o vašem procesu výroby olivového oleje a o nakládání s olivovým mlátem. Pomůžeme vám vybrat vhodné ultrazvukové extrakční zařízení, abyste mohli efektivně a udržitelným způsobem získávat cenné polyfenoly.

Potřeba efektivních a standardizovaných technologií extrakce

V této souvislosti je výběr správné extrakční technologie klíčový pro získání standardizovaných extraktů. Extrakce za pomoci ultrazvuku (UAE) se prosadila jako účinná technika, která mimo jiné přináší reprodukovatelné výsledky, zkracuje dobu extrakce a snižuje spotřebu rozpouštědel.
Společnost Natural Phenolics zde představuje výsledky optimalizace zaměřené na získání standardizovaných vodných extraktů bohatých na hydroxytyrosol (HT) a další polyfenoly. Jako experimentální model byl zvolen centrální kompozitní design. Hodnocenými parametry byly amplituda a doba extrakce, zatímco odezva byla měřena na základě koncentrace hydroxytyrosolu. K tomuto účelu byl použit sonikátor Hielscher Ultrasonics UP400St, vybraný pro svou uživatelsky přívětivou obsluhu a vysokou přesnost při řízení amplitudy.

Experimentální návrh ultrazvukové extrakce: optimalizace amplitudy a doby extrakce

Tato přesná kontrola byla zásadní pro oddělení vlivů akustické energie od variability suroviny. Všechny extrakce byly provedeny s použitím sušených olivových výlisků (obsah vlhkosti 20 %, velikost částic 1 mm) a vody jako rozpouštědla. Suspenze byla připravena v poměru pevné látky k kapalině 40 % a všechny experimenty byly prováděny při konstantní teplotě 35 °C. Tabulka 1 shrnuje experimentální podmínky vyhodnocené pomocí CCD matice s 12 běhy.

Parametr	Maximálně	Minimálně	Axiální bod	Axiální bod
Amplituda %	70	30	78	22
Čas min	30	10	34.1	5,9

V této ukázce předvádíme přesnost a účinnost sonikulace typu sondy pro extrakci bioaktivních složek z olivových listů. Ve videu používáme sonikátor UP400St k extrakci bioaktivních sloučenin, jako jsou polyfenoly a flavonoidy, včetně oleuropeinu, hydroxytyrosolu, luteolinu a mnoha dalších fytochemikálií. Sonikace extrahuje vysoké výnosy vysoce kvalitních bioaktivních sloučenin pomocí jemných, netoxických rozpouštědel, jako je voda, okyselená voda nebo vodný ethanol.

Tabulka 2 uvádí hodnocení kvality modelu pro optimalizaci. Matematický model vysvětlil 72,02 % celkové variability (R² = 0,7202), což představuje velmi uspokojivou shodu s ohledem na složitou a ze své podstaty heterogenní povahu matrice olivového výliskového zbytku. Ačkoli významnost modelu (P = 0,101) leží mírně nad tradiční 95% prahovou hodnotou spolehlivosti kvůli přísně omezeným stupňům volnosti v matici 12 běhů, silné záporné kvadratické koeficienty b11 = -61,61 a b22 = -71,61 potvrzují fyzikálně správnou parabolickou kinetiku extrakce.

Parametr
Rozsah b2	67,6604
Čas b2	59,6054
Amplitude2 (b11)	-61,6139
Je čas	-71,6058
R2 (b11)	0.7202
R2 (upravená)	0.4871
F-statistika	3,0892
p-hodnota	1,01179 × 10^(–1)
Zbytková standardní chyba	67,05 mg/l

Ultrazvuková extrakce hydroxytyrosolu a polyfenolů z olivového výliskového zbytku: optimalizovaný proces s ultrazvukovým přístrojem UP400St

Ultrazvuková extrakce polyfenolů z olivového výlisků: vlevo – Model odrazové plochy této metody; vpravo – Konturový graf

Účinná izolace hydroxytyrosolu pomocí ultrazvukové extrakce

Obrázek 1A znázorňuje graf odpovědní plochy optimalizovaného modelu. Široká červená zóna na maximu plató potvrzuje robustnost procesu, protože variace amplitudy v rozmezí 50–60 % nevyvolávají významné výkyvy v koncentraci hydroxytyrosolu. Při analýze vlivů jednotlivých faktorů má zvýšení amplitudy z 22 % na 50 % zásadní dopad a vede k výraznému zlepšení výtěžnosti extrakce. Naopak doby extrakce přesahující 20 minut výtěžek stabilizují, což naznačuje nasycení rozpouštědla v této fázi. Tato architektura nakonec úspěšně identifikovala definitivní provozní optimum při amplitudě 61,5 % a 24,2 minutách sonikace, což vedlo k maximální předpokládané koncentraci hydroxytyrosolu 1609,5 mg/l.

Závěrem lze říci, že využití technologie společnosti Hielscher Ultrasonics bylo klíčovým faktorem při dosažení vysoce reprodukovatelného a energeticky optimalizovaného procesu extrakce hydroxytyrosolu. Vynikající přesnost v řízení amplitudy a robustní mechanický výkon sonotrody UP400St zaručují, že tyto milníky v laboratorním měřítku lze hladce převést do průmyslových systémů s kontinuálním průtokem. Úspěch této optimalizační fáze byl navíc výrazně urychlen díky výjimečné technické pomoci a místní podpoře poskytnuté společností Jover Labtech, zástupcem společnosti Hielscher v Katalánsku ve Španělsku. Tato synergie mezi špičkovým akustickým hardwarem a odbornou technickou podporou v místě vytváří definitivní a schůdnou cestu k udržitelnému komerčnímu zhodnocení agro-průmyslové biomasy v plném měřítku.

V tomto videoklipu vám ukážeme instalaci 2x sonikátorů UIP4000hdt pro intenzivnější extrakci extra panenského olivového oleje bohatého na polyfenoly. Zobrazená instalace je provozována v sicilském Frantoio. Ve videu byly zpracovány nezralé kultivary Biancolilla pro výrobu extra panenského olivového oleje. Hielscher průmyslové sonikátory jsou instalovány v lisovnách olivového oleje, aby se zvýšil výtěžnost extrakce a kvalita extra panenského olivového oleje. Kavitace generovaná výkonovým ultrazvukem rozkládá buněčné stěny a zvyšuje propustnost tkáně olivových plodů. To vede k lepší extrakci oleje z olivové pasty, což má za následek vyšší výtěžky oleje.

Příbuzná témata

Často kladené otázky: Ultrazvuková extrakce polyfenolů z olivového výlisk

Co je to olivový výlisk?

Olivový výlisek, známý také jako alperujo, je hlavním vedlejším produktem vznikajícím při výrobě olivového oleje. Skládá se z olivové dužiny, slupek, pecek a zbytků vody a oleje. Ačkoli je často považován za odpad, obsahuje olivový výlisek cenné bioaktivní látky, zejména polyfenoly, jako je například hydroxytyrosol.

Proč jsou olivové výlisky cenným zdrojem polyfenolů?

Olivový výlisk obsahuje vysoké koncentrace fenolických sloučenin se silnými antioxidačními vlastnostmi. Tyto sloučeniny lze izolovat a zpracovat na vysoce hodnotné přírodní extrakty, které nacházejí uplatnění při konzervaci potravin, jako rostlinné biostimulanty, v nutraceutických přísadách, v kosmetice a v dalších aplikacích na biologické bázi.

Co je to hydroxytyrosol?

Hydroxytyrosol je jedním z nejdůležitějších polyfenolů obsažených v olivách a vedlejších produktech z oliv. Je známý svou silnou antioxidační aktivitou a je vysoce ceněn ve funkčních potravinách, přírodních konzervačních látkách, kosmetických přípravcích a zemědělských biostimulantech.

Proč by se měly polyfenoly extrahovat z olivového výlisků?

Získávání polyfenolů z olivového výlisků pomáhá přeměnit zemědělsko-průmyslové zbytky na cennou surovinu. To podporuje strategie oběhového hospodářství, snižuje dopad výroby olivového oleje na životní prostředí a vytváří nové možnosti výnosů z vedlejších produktů, které by jinak musely být likvidovány nebo zpracovávány.

Co je extrakce za pomoci ultrazvuku?

Extrakce za pomoci ultrazvuku je moderní extrakční technika, která využívá akustickou energii k urychlení uvolňování cenných látek z rostlinných materiálů. Ultrazvuková kavitace zlepšuje přenos hmoty mezi pevnou biomasou a rozpouštědlem, což umožňuje rychlejší, účinnější a lépe reprodukovatelnou extrakci ve srovnání s mnoha konvenčními metodami.

Jak ultrazvuk zlepšuje extrakci polyfenolů z olivového výlisků?

Ultrazvuk vyvolává v kapalném médiu kavitační síly, které napomáhají narušení buněčných struktur rostlin a zlepšují pronikání rozpouštědla do biomasy. To urychluje uvolňování polyfenolů, jako je hydroxytyrosol, a může zkrátit dobu extrakce, snížit spotřebu rozpouštědla a omezit variabilitu procesu.

Lze vodu použít jako rozpouštědlo při ultrazvukové extrakci olivového výlisků?

Ano. Studie dokládá využití vody jako extrakčního rozpouštědla pro získávání polyfenolů s vysokým obsahem hydroxytyrosolu ze sušených olivových výlisků. Díky tomu je tento proces obzvláště zajímavý pro extrakční aplikace v oblasti produktů s označením „clean label“, potravinářských produktů a ekologických výrobků.

Jaké ultrazvukové přístroje byly ve studii použity?

Ve studii byla použita sonotroda Hielscher Ultrasonics UP400St. Tento ultrazvukový procesor byl vybrán díky přesnému řízení amplitudy, spolehlivému výkonu a vhodnosti pro řízenou optimalizaci extrakce polyfenolů z olivového výliskového zbytku v laboratorním měřítku.

Které parametry procesu byly optimalizovány?

V rámci studie byly optimalizovány dva klíčové parametry ultrazvukové extrakce: amplituda ultrazvuku a doba extrakce. Tyto parametry byly vyhodnoceny pomocí centrálního kompozitního plánu, aby se zjistil jejich vliv na koncentraci hydroxytyrosolu ve vodném extraktu.

Jaké byly optimalizované podmínky pro extrakci hydroxytyrosolu?

V rámci studie byly jako optimální podmínky extrakce stanoveny amplituda 61,5 % a doba sonikace 24,2 minuty. Za těchto podmínek model předpověděl maximální koncentraci hydroxytyrosolu ve výši 1609,5 mg/l.

Proč je při ultrazvukové extrakci důležitá regulace amplitudy?

Regulace amplitudy je klíčová, protože určuje intenzitu ultrazvukové kavitace. Přesné nastavení amplitudy umožňuje uživatelům optimalizovat účinnost extrakce, zabránit zbytečnému výdeji energie a dosáhnout lépe reprodukovatelných extraktů i přes přirozenou variabilitu surovin z biomasy, jako jsou například olivové výlisky.

Je ultrazvuková extrakce z olivového výlisků škálovatelná?

Ano. Ultrazvuková extrakce je vysoce škálovatelná, pokud jsou správně regulovány procesní parametry, jako je amplituda, příkon energie, průtok, teplota a doba zdržení. Studie zdůrazňuje význam ultrazvukové technologie společnosti Hielscher pro převedení optimalizace v laboratorním měřítku do průmyslového zpracování s kontinuálním průtokem.

Jaké výrobky lze vyrábět z extraktů polyfenolů z olivového výlisků?

Extrakty z olivových výlisků bohaté na polyfenoly lze využít v celé řadě hodnotných aplikací, mezi něž patří přírodní antioxidační konzervační látky pro potraviny, biostimulanty pro rostliny, kosmetické přísady, nutraceutické přípravky a speciální přísady na biologické bázi.

Jak ultrazvuková extrakce přispívá k udržitelné produkci olivového oleje?

Ultrazvuková extrakce podporuje udržitelnou produkci olivového oleje tím, že využívá olivový výlisk, místo aby jej považovala pouze za odpad. Získáváním cenných antioxidantů z tohoto vedlejšího produktu mohou výrobci snížit dopad na životní prostředí, zlepšit efektivitu využívání zdrojů a vytvořit další zdroje příjmů.

Lze ultrazvukové systémy Hielscher použít k průmyslovému zhodnocení olivového výliskového odpadu?

Ano. Ultrazvukové systémy Hielscher jsou vhodné pro vývoj procesů, pilotní testování i extrakci v průmyslovém měřítku. Díky přesnému řízení ultrazvukových parametrů a dostupnosti v škálovatelných konfiguracích se skvěle hodí pro kontinuální zpracování olivového výliskového odpadu a dalších toků agro-průmyslové biomasy.

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).