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

Olivové výlisky již nejsou pouhým agroprůmyslovým vedlejším produktem – jsou cenným zdrojem vysoce účinných přírodních antioxidantů. V této studii společnost Natural Phenolics optimalizovala vodnou extrakci polyfenolů bohatých na hydroxytyrosol pomocí sonikátoru Hielscher UP400St. Výsledky prokazují robustní, reprodukovatelný a škálovatelný proces, který za optimalizovaných podmínek sonikace dosahuje predikované koncentrace hydroxytyrosolu 1609,5 mg/L. Tato práce ukazuje, jak může přesná ultrazvuková technologie přeměnit odpad z výroby olivového oleje na prémiové suroviny na biologické bázi pro potravinářství, zemědělství a udržitelný průmysl.

Olivové výlisky – nikoli vedlejší produkt, ale zdroj bohatý na antioxidanty

Olivové výlisky (alperujo) jsou hlavním vedlejším produktem extrakce olivového oleje; jejich roční celosvětová produkce dosahuje 13 až 18 milionů tun. Polyfenoly jsou sekundární metabolity, které jsou v tomto agroprůmyslovém zbytku přítomny ve vysokých koncentracích. Ačkoli tyto sloučeniny vykazují vynikající antioxidační aktivitu, jejich neošetřená přítomnost v životním prostředí představuje významný toxikologický problém. Jako průkopník v oblasti valorizace odpadů se společnost Natural Phenolics ujímá řešení tohoto problému a přeměňuje tuto ekologickou zátěž na udržitelné ekonomické aktivum. Extrakcí těchto vysoce hodnotných metabolitů vyrábí španělská společnost Natural Phenolics prémiové suroviny na biologické bázi. V současné době je výzkum a vývoj společnosti Natural Phenolics na špici výroby pokročilých rostlinných biostimulantů a antioxidačních potravinářských konzervantů typu clean label.

O společnosti Natural Phenolics
Natural Phenolics je společnost zelené chemie, která stojí v čele oběhového hospodářství a specializuje se na valorizaci olivových výlisků (alperujo) v plném měřítku. Prostřednictvím pokročilých udržitelných extrakčních procesů přeměňujeme tento složitý agroprůmyslový zbytek na prémiové chemické suroviny na biologické bázi.

Natural Phenolics, společnost se sídlem v Katalánsku ve Španělsku, vyrábí vysoce kvalitní biostimulanty ze zemědělských vedlejších produktů

Chcete valorizovat své olivové výlisky?
Sdělte nám podrobnosti o svém procesu výroby olivového oleje a toku výlisků. Pomůžeme vám určit správné uspořádání ultrazvukové extrakce pro účinné a udržitelné získávání vysoce hodnotných polyfenolů.

Potřeba účinných a standardizovaných extrakčních technologií

Na tomto pozadí je volba správné extrakční technologie zásadní pro získání standardizovaných extraktů. Ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) se ukázala jako účinná technika, která kromě dalších provozních výhod poskytuje reprodukovatelné výsledky, zkracuje dobu extrakce a snižuje spotřebu rozpouštědel.
Společnost Natural Phenolics zde představuje výsledky optimalizace pro získání standardizovaných vodných extraktů bohatých na hydroxytyrosol (HT) a další polyfenoly. Jako experimentální model byl zvolen centrální kompozitní plán. Hodnocenými parametry byly amplituda a doba extrakce, přičemž odezva byla měřena jako koncentrace hydroxytyrosolu. K tomuto účelu použili sonikátor Hielscher Ultrasonics UP400St, zvolený pro snadnou obsluhu a vysokou přesnost řízení amplitudy.

Experimentální plán ultrazvukové extrakce: optimalizace amplitudy a doby extrakce

Toto přesné řízení bylo zásadní pro dekonvoluci účinků akustické energie od variability suroviny. Všechny extrakce byly provedeny se sušenými olivovými výlisky (obsah vlhkosti 20%, velikost částic 1 mm) a vodou jako rozpouštědlem. Suspenze byla připravena při poměru pevné fáze ku kapalině 40% a všechny experimenty byly provedeny při konstantní teplotě 35°C. Tabulka 1 shrnuje experimentální podmínky hodnocené pomocí matice CCD o 12 bězích.

Parametr	Maximum	Minimum	Axiální bod	Axiální bod
Amplituda %	70	30	78	22
Čas min	30	10	34,1	5,9

V této ukázce představujeme přesnost a účinnost sondové sonikace při extrakci bioaktivních složek z olivových listů. Ve videu používáme sonikátor UP400St k extrakci bioaktivních látek, jako jsou polyfenoly a flavonoidy, včetně oleuropeinu, hydroxytyrosolu, luteolinu a mnoha dalších fytochemických látek. Sonikace umožňuje získat vysoké výtěžky vysoce kvalitních bioaktivních látek za použití šetrných, netoxických rozpouštědel, jako je voda, okyselená voda nebo vodný roztok ethanolu.

Tabulka 2 ukazuje hodnocení kvality modelu pro optimalizaci. Matematický model vysvětlil 72,02% celkové variability (R2 = 0,7202), což představuje vysoce uspokojivou shodu s ohledem na složitou a ze své podstaty heterogenní povahu matrice olivových výlisků. Přestože významnost modelu (P = 0,101) leží mírně nad tradiční hranicí 95% spolehlivosti v důsledku silně omezeného počtu stupňů volnosti v matici o 12 bězích, výrazně záporné kvadratické koeficienty b11 = -61,61 a b22 = -71,61 potvrzují fyzikálně opodstatněnou parabolickou kinetiku extrakce.

Parametr
Amplituda b2	67,6604
Čas b2	59,6054
Amplituda2 (b11)	-61,6139
Čas2 (b22)	-71,6058
R2 (b11)	0,7202
R2 upravený	0,4871
F statistika	3,0892
p-hodnota	1,011179 x 10-1
Reziduální směrodatná chyba	67,05 mg/L

Ultrazvuková extrakce hydroxytyrosolu a polyfenolů z olivových výlisků: optimalizovaný proces se sonikátorem UP400St

Ultrazvuková extrakce polyfenolů z olivových výlisků: vlevo – model odezvové plochy metody; vpravo – vrstevnicový graf

Robustní získávání hydroxytyrosolu pomocí ultrazvukové extrakce

Obrázek 1A znázorňuje graf odezvové plochy optimalizovaného modelu. Široká červená zóna v oblasti maxima plató potvrzuje robustnost procesu, protože změny amplitudy v rozmezí 50– 60% nevyvolávají výrazné kolísání koncentrace hydroxytyrosolu. Při analýze účinků jednotlivých faktorů má zvýšení amplitudy z 22% na 50% zásadní vliv a vede k prudkému zlepšení výtěžku extrakce. Naopak doby extrakce přesahující 20 minut výtěžek stabilizují, což naznačuje nasycení rozpouštědla v této fázi. Tento návrh nakonec úspěšně identifikoval definitivní provozní optimum při amplitudě 61,5% a době sonikace 24,2 minuty, které poskytuje maximální predikovanou koncentraci hydroxytyrosolu 1609,5 mg/L.

Závěrem lze konstatovat, že využití technologie Hielscher Ultrasonics bylo základním kamenem pro dosažení vysoce reprodukovatelného a energeticky optimalizovaného procesu extrakce hydroxytyrosolu. Vynikající přesnost řízení amplitudy a robustní mechanický výkon sonotrody UP400St zaručují, že tyto milníky dosažené v laboratorním měřítku lze bez problémů přenést do průmyslových systémů s kontinuálním průtokem. Úspěch této fáze optimalizace navíc významně urychlila výjimečná technická pomoc a místní podpora poskytovaná společností Jover Labtech, zástupci společnosti Hielscher v Katalánsku ve Španělsku. Tato synergie mezi špičkovým akustickým hardwarem a odbornou inženýrskou podporou v blízkosti zákazníka vytváří definitivní, životaschopnou cestu k udržitelné komerční valorizaci agroprůmyslové biomasy v plném měřítku.

V tomto videu vám představujeme instalaci 2x UIP4000hdt sonikátorů pro intenzifikovanou extrakci extra panenského olivového oleje bohatého na polyfenoly. Zobrazená instalace je provozována v sicilské lisovně olivového oleje. Ve videu se pro výrobu extra panenského olivového oleje zpracovávají nezralé olivy odrůdy Biancolilla. Průmyslové sonikátory Hielscher se instalují v lisovnách olivového oleje za účelem zvýšení výtěžnosti extrakce a kvality extra panenského olivového oleje. Kavitace vytvářená výkonovým ultrazvukem narušuje buněčné stěny a zvyšuje propustnost tkáně olivových plodů. Tím se zlepšuje extrakce oleje z olivové pasty a zvyšuje se výtěžnost oleje.

Související témata

FAQ: Ultrazvuková extrakce polyfenolů z olivových výlisků

Co jsou olivové výlisky?

Olivové výlisky, známé také jako alperujo, jsou hlavním vedlejším produktem vznikajícím při extrakci olivového oleje. Skládají se z olivové dužiny, slupek, pecek a zbytkové vody a oleje. Ačkoli se s nimi často zachází jako s odpadem, olivové výlisky obsahují cenné bioaktivní sloučeniny, zejména polyfenoly, jako je hydroxytyrosol.

Proč jsou olivové výlisky cenným zdrojem polyfenolů?

Olivové výlisky obsahují vysoké koncentrace fenolických sloučenin se silnými antioxidačními vlastnostmi. Tyto sloučeniny lze získat a přeměnit na vysoce hodnotné přírodní extrakty pro použití při konzervaci potravin, v rostlinných biostimulantech, nutraceutických složkách, kosmetice a dalších aplikacích na biologické bázi.

Co je hydroxytyrosol?

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

Proč by se měly polyfenoly extrahovat z olivových výlisků?

Získávání polyfenolů z olivových výlisků pomáhá přeměnit agroprůmyslový zbytek na cennou surovinu. To podporuje strategie oběhového hospodářství, snižuje environmentální zátěž výroby olivového oleje a vytváří nové příležitosti k příjmům z vedlejších produktů, které by jinak vyžadovaly likvidaci nebo zpracování.

Co je ultrazvukem asistovaná extrakce?

Ultrazvukem asistovaná extrakce je pokročilá extrakční technika, která využívá akustickou energii k intenzifikaci uvolňování cenných sloučenin z rostlinných materiálů. Ultrazvuková kavitace zlepšuje přenos hmoty mezi pevnou biomasou a rozpouštědlem, což ve srovnání s mnoha konvenčními metodami umožňuje rychlejší, účinnější a reprodukovatelnější extrakci.

Jak ultrazvuk zlepšuje extrakci polyfenolů z olivových výlisků?

Ultrazvuk vytváří v kapalném médiu kavitační síly, které pomáhají narušit struktury rostlinných buněk a zlepšují pronikání rozpouštědla do biomasy. To urychluje uvolňování polyfenolů, jako je hydroxytyrosol, a může snížit dobu extrakce, spotřebu rozpouštědla a variabilitu procesu.

Lze jako rozpouštědlo pro ultrazvukovou extrakci olivových výlisků použít vodu?

Ano. Studie demonstruje použití vody jako extrakčního rozpouštědla pro získávání polyfenolů bohatých na hydroxytyrosol ze sušených olivových výlisků. Díky tomu je proces obzvláště atraktivní pro extrakční aplikace typu clean label, v potravinářské kvalitě a šetrné k životnímu prostředí.

Jaké ultrazvukové zařízení bylo ve studii použito?

Ve studii byla použita sonotroda Hielscher Ultrasonics UP400St. Tento ultrazvukový procesor byl zvolen pro přesné řízení amplitudy, robustní výkon a vhodnost pro řízenou optimalizaci extrakce polyfenolů z olivových výlisků v laboratorním měřítku.

Které procesní parametry byly optimalizovány?

Studie optimalizovala dva klíčové parametry ultrazvukové extrakce: amplitudu sonikace a dobu extrakce. Tyto parametry byly hodnoceny pomocí centrálního kompozitního plánu s cílem určit jejich vliv na koncentraci hydroxytyrosolu ve vodném extraktu.

Jaké byly optimalizované podmínky pro extrakci hydroxytyrosolu?

Optimalizovanými podmínkami extrakce určenými ve studii byly amplituda 61,5% a doba sonikace 24,2 minuty. Za těchto podmínek model predikoval maximální koncentraci hydroxytyrosolu 1609,5 mg/L.

Proč je řízení amplitudy při ultrazvukové extrakci důležité?

Řízení amplitudy je zásadní, protože určuje intenzitu ultrazvukové kavitace. Přesné nastavení amplitudy umožňuje uživatelům optimalizovat účinnost extrakce, vyhnout se zbytečnému přívodu energie a vyrábět reprodukovatelnější extrakty navzdory přirozené variabilitě surovin z biomasy, jako jsou olivové výlisky.

Je ultrazvuková extrakce olivových výlisků škálovatelná?

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

Jaké produkty lze vyrobit z polyfenolových extraktů z olivových výlisků?

Extrakty z olivových výlisků bohaté na polyfenoly lze využít v řadě vysoce hodnotných aplikací, včetně přírodních antioxidačních potravinářských konzervantů, rostlinných biostimulantů, kosmetických složek, nutraceutických formulací a speciálních složek na biologické bázi.

Jak ultrazvuková extrakce podporuje udržitelnou výrobu olivového oleje?

Ultrazvuková extrakce podporuje udržitelnou výrobu olivového oleje tím, že olivové výlisky valorizuje, místo aby se s nimi zacházelo pouze jako s odpadem. Získáváním cenných antioxidantů z tohoto vedlejšího produktu mohou výrobci snížit dopad na životní prostředí, zlepšit efektivitu využívání zdrojů a vytvořit další toky hodnoty.

Lze ultrazvukové systémy Hielscher použít pro průmyslovou valorizaci olivových výlisků?

Ano. Ultrazvukové systémy Hielscher jsou vhodné pro vývoj procesů, pilotní testování a extrakci v průmyslovém měřítku. Díky přesnému řízení ultrazvukových parametrů a dostupnosti ve škálovatelných konfiguracích jsou velmi vhodné pro kontinuální zpracování olivových výlisků a dalších toků agroprůmyslové 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).