Ultrazvuková extrakce výlisků – udržitelné získávání bioaktivních látek

Vedlejší produkty zpracování ovoce, zejména výlisky, představují nevyužitou zásobárnu bioaktivních látek s potenciálním uplatněním v nutraceutikách, při obohacování potravin a ve farmacii. Účinné a udržitelné získávání těchto látek však zůstává technickou výzvou. Mezi nově se uplatňujícími zelenými extrakčními technologiemi dosahuje ultrazvukem asistovaná extrakce pomocí sonikátorů sondového typu vynikajících výtěžků. Sonikace umožňuje rychlou extrakci fenolických sloučenin, triterpenických kyselin a dalších bioaktivních látek z rostlinných matric, jako jsou jablečné výlisky, s úspornou spotřebou rozpouštědel.

Efektivní zhodnocení vedlejších produktů z ovoce pomocí ultrazvukové extrakce

Ultrazvuková extrakce výlisků je účinný způsob, jak zhodnotit vedlejší produkt výroby šťáv, vína a cideru – jde o vědecky ověřené, průmyslově škálovatelné a zavedené a zároveň ekonomické řešení pro zhodnocení ovocného odpadu. Protože je sonikace účinná a všestranná, nabízí zelenou extrakční strategii pro využití potenciálu zemědělsko-potravinářských vedlejších produktů, jako jsou jablečné výlisky.
Jak dokládá nedávný výzkum, kombinace krátkých dob sonikace, středních koncentrací ethanolu a řízené amplitudy umožňuje selektivní a účinné získávání zdraví prospěšných látek.
Při úsilí o cirkularitu není sonikace jen nástrojem – sonikace znamená intenzifikaci procesu a efektivitu.

Zhodnocení výlisků pomocí ultrazvukové extrakce

Ovocné výlisky, vedlejší produkt výroby šťáv a vína, se skládají ze slupek, dužiny, semen a stopek. Výlisky, které byly tradičně nedostatečně využívány nebo odsouvány k nízkohodnotnému využití, jako je krmivo pro hospodářská zvířata nebo biomasa, jsou dnes uznávány jako cenný zdroj polyfenolů (např. glykosidů kvercetinu, floridzinu), flavonoidů, dihydrochalkonů a triterpenických kyselin (zejména kyseliny ursolové). Tyto molekuly jsou spojovány s antioxidačními, protizánětlivými a antimikrobiálními vlastnostmi.
Ultrazvuková extrakce nabízí transformační přístup ke zhodnocení výlisků, neboť umožňuje účinné uvolňování těchto bioaktivních látek. Ve srovnání s konvenčními extrakčními metodami poskytuje ultrazvuková extrakce:

• Kratší doby zpracování
• Nižší spotřebu rozpouštědel
• Vyšší výtěžky
• Šetrnější podmínky extrakce, které zachovávají tepelně citlivé látky

Co říká věda o ultrazvukové extrakci výlisků

Dvě příkladné studie vědecky dokládají přínosy ultrazvukem asistované extrakce (UAE) pro jablečné výlisky.

Studie 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Pomocí centrálního kompozitního plánu výzkumníci optimalizovali současnou extrakci celkových polyfenolů a kyseliny ursolové z výlisků z výroby cideru pomocí sonikátoru Hielscher UP200Ht. Za optimalizovaných podmínek (5,1 min, 68% ethanol, 90% amplituda) poskytly celé jablečné výlisky:

• ~1300 µg/g flavonolů
• ~1200 µg/g dihydrochalkonů
• ~4200 µg/g kyseliny ursolové

Pozoruhodné je, že frakce jablečných slupek vykazovala ještě vyšší koncentrace, přičemž kyselina ursolová dosáhla 8500 µg/g sušiny. Antioxidační aktivita extraktů silně korelovala s obsahem polyfenolů a matematické modelování potvrdilo účinnost extrakce.

Studie 2: Razola-Díaz et al., 2022
Tato práce se zaměřila na optimalizaci extrakce floretinu a floridzinu – dvou účinných antioxidačních dihydrochalkonů. Pomocí sonikátoru sondového typu Hielscher UP400St byly získány následující výtěžky extrakce:

• ~13 µg/g floretinu
• ~67 µg/g floridzinu
• ~1878 µg/g sušiny celkových fenolických látek
• Antioxidační aktivita (FRAP): až 3,58 mg TE/g

Všestrannost – sonikace pro výlisky, šťávy a smoothie

Ultrazvuková extrakce se neomezuje na jablečné výlisky; byla úspěšně použita u široké škály ovocných matric. V dužině ovoce, například pomerančů, sonikace zvyšuje uvolňování polyfenolů, flavonoidů a antioxidantů a zachovává jejich funkční integritu. Podobně jsou slupky citrusových plodů – včetně grapefruitu, citronu a pomeranče – bohaté na pektiny a fenolické sloučeniny, které lze účinně uvolnit narušením buněčných stěn vyvolaným kavitací. Dokonce i hroznová semena, známá svým vysokým obsahem polyfenolů (např. katechinů a proantokyanidinů), dobře reagují na ultrazvukové ošetření a poskytují vysoké koncentrace antioxidantů. Tato všestrannost napříč rostlinnými pletivy vyzdvihuje sonikaci jako robustní nástroj pro zelenou extrakci bioaktivních látek z různých agroprůmyslových vedlejších produktů.

Všestrannost sonikátorů Hielscher se navíc vztahuje na různé produkty a aplikace:

• Extrakce v kapalné fázi ve šťávách a pyré
• Homogenizace rostlinných nápojů a emulzí
• Inaktivace mikroorganismů a enzymů pro prodloužení trvanlivosti bez tepelného poškození

Při výrobě šťáv a smoothie zajišťuje vysoce výkonná sonikace:

• Stabilní disperzi vlákniny a pevných částic
• Lepší pocit v ústech
• Zvýšenou biologickou dostupnost fenolických látek
• Zachování senzorických a nutričních vlastností

Díky všestrannému použití sonikátory Hielscher snadno překlenují propast mezi zpracováním výlisků a šťáv – umožňují extrakci, homogenizaci a pasteraci se stejnou ultrazvukovou sestavou.

Zaměřeno na udržitelnost

Sonikace významně přispívá k udržitelnosti tím, že umožňuje vysoce hodnotné získávání bioaktivních látek z vedlejších produktů zpracování ovoce, které by jinak přispívaly ke globálnímu plýtvání potravinami. V odvětví výroby šťáv, kde je až 25 % ovoce a zeleniny vyřazeno po sklizni nebo během zpracování, nabízí sonikace cílené a účinné řešení. Bylo například prokázáno, že ultrazvukové ošetření směsí pomerančové dužiny a slupek zlepšuje klíčové vlastnosti vlákniny, což podporuje jejich opětovné využití jako nových potravinových složek. Tato cesta zhodnocení nejen snižuje environmentální zátěž odpadu ze zemědělsko-potravinářského sektoru, ale je také v souladu s cílem udržitelného rozvoje OSN č. 12 – podporou odpovědné spotřeby a výroby.
Důležité je, že sonikace je energeticky účinná a zelená technologie – vyžaduje nízkou spotřebu energie a omezuje používání agresivních extrakčních rozpouštědel, protože pracuje s vodou, vodným ethanolem a NADES.
Tím, že přeměňuje odpadní proudy na funkční složky, přispívá sonikace k oběhovému hospodářství a zlepšuje ekologickou i ekonomickou udržitelnost v odvětví zpracování potravin.

Zlepšete svůj proces zpracování výlisků se sonikátory Hielscher

Hielscher Ultrasonics je předním výrobcem vysoce výkonných ultrazvukových systémů určených pro laboratorní i průmyslové aplikace. Jeho průmyslové sonikátory – například UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT a UIP16000hdT – nabízejí:

• Škálovatelnou průchodnost (od litrů po tuny za hodinu)
• Přesné řízení amplitudy
• Provoz 24/7 v náročných prostředích
• Tlakovatelné ultrazvukové reaktory
• Kompatibilitu s kontinuálním inline zpracováním
• Snadnou integraci do (stávajících) výrobních linek

Sonikátory Hielscher jsou již v publikovaném výzkumu ověřeny pro extrakci polyfenolů, antioxidantů a dalších bioaktivních látek, s prokázanou účinností a reprodukovatelností.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje orientační představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:

Design, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany

Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou známé svými nejvyššími standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí zvládají ultrazvukové přístroje Hielscher snadno.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher samozřejmě vyhovují požadavkům CE a splňují požadavky UL, CSA a 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.