Ultralydsekstraktion af presserester – bæredygtig udvinding af bioaktive forbindelser

Biprodukter fra frugtforarbejdning, især presserester, udgør et uudnyttet reservoir af bioaktive forbindelser med potentielle anvendelser i nutraceutika, fødevareberigelse og lægemidler. Effektiv og bæredygtig udvinding af disse forbindelser er dog fortsat en teknisk udfordring. Blandt nye grønne ekstraktionsteknologier opnår ultralydsassisteret ekstraktion med sonikatorer af probetypen fremragende ekstraktionsudbytter. Sonikering muliggør hurtig ekstraktion af fenolforbindelser, triterpensyrer og andre bioaktive forbindelser fra plantematricer såsom æblepresserester med effektiv udnyttelse af opløsningsmidlet.

Effektiv værdiskabelse fra frugtbiprodukter med ultralydsekstraktion

Ultralydsekstraktion af presserester er en effektiv måde at skabe værdi fra biproduktet fra juice-, vin- og ciderproduktion – det er en videnskabeligt valideret, industrielt skalerbar og anvendt samt økonomisk løsning til værdiskabelse fra frugtaffald. Da sonikering er effektiv og alsidig, tilbyder den en grøn ekstraktionsstrategi til at udnytte potentialet i biprodukter fra landbrugs- og fødevaresektoren såsom æblepresserester.
Som nyere forskning viser, muliggør kombinationen af korte sonikeringstider, moderate ethanolkoncentrationer og kontrolleret amplitude selektiv og effektiv udvinding af sundhedsfremmende forbindelser.
I bestræbelserne på at opnå cirkularitet er sonikering mere end blot et værktøj – sonikering betyder procesintensivering og effektivitet.

Værdiskabelse fra presserester ved hjælp af ultralydsekstraktion

Frugtpresserester, et biprodukt fra juice- og vinproduktion, består af skræl, frugtkød, kerner og stilke. Presserester har traditionelt været underudnyttet eller henvist til anvendelser med lav værdi såsom husdyrfoder eller biomasse, men anerkendes nu som en værdifuld kilde til polyfenoler (f.eks. quercetinglykosider, phloridzin), flavonoider, dihydrochalconer og triterpensyrer (især ursolsyre). Disse molekyler forbindes med antioxidative, antiinflammatoriske og antimikrobielle egenskaber.
Ultralydsekstraktion tilbyder en banebrydende tilgang til værdiskabelse fra presserester ved at muliggøre effektiv frigivelse af disse bioaktive stoffer. Sammenlignet med konventionelle ekstraktionsmetoder giver ultralydsekstraktion:

• Kortere behandlingstider
• Lavere forbrug af opløsningsmidler
• Højere udbytter
• Mildere ekstraktionsbetingelser, som bevarer varmefølsomme forbindelser

Hvad videnskaben siger om ultralydsekstraktion af presserester

To eksemplariske studier dokumenterer videnskabeligt fordelene ved ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) af æblepresserester.

Studie 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Ved hjælp af et centralt sammensat forsøgsdesign optimerede forskere den samtidige ekstraktion af det samlede indhold af polyfenoler og ursolsyre fra ciderindustriens presserester med en sonikator fra Hielscher af modellen UP200Ht. Under optimerede betingelser (5,1 min, 68% ethanol, 90% amplitude) gav hele æblepresserester:

• ~1300 µg/g flavonoler
• ~1200 µg/g dihydrochalconer
• ~4200 µg/g ursolsyre

Æbleskrælfraktionen udviste bemærkelsesværdigt nok endnu højere koncentrationer, idet ursolsyre nåede 8500 µg/g tørstof. Ekstrakternes antioxidative aktivitet korrelerede stærkt med polyfenolindholdet, og matematisk modellering bekræftede ekstraktionseffektiviteten.

Studie 2: Razola-Díaz et al., 2022
Dette arbejde fokuserede på at optimere ekstraktionen af phloretin og phloridzin – to potente antioxidative dihydrochalconer. Ved hjælp af en sonikator af probetypen fra Hielscher af modellen UP400St opnåede forskerne følgende ekstraktionsudbytter:

• ~13 µg/g phloretin
• ~67 µg/g phloridzin
• ~1878 µg/g tørvægt af samlede fenolforbindelser
• Antioxidativ aktivitet (FRAP): op til 3,58 mg TE/g

Alsidighed – sonikering af presserester, juice og smoothies

Ultralydsekstraktion er ikke begrænset til æblepresserester; den er med succes blevet anvendt på en lang række frugtmatricer. I frugtkødet fra frugter såsom appelsiner øger sonikering frigivelsen af polyfenoler, flavonoider og antioxidanter og bevarer deres funktionelle integritet. Tilsvarende er skrællerne fra citrusfrugter – herunder grapefrugt, citron og appelsin – rige på pektiner og fenolforbindelser, som effektivt kan frigives ved kavitationsdrevet nedbrydning af cellevægge. Selv druekerner, der er kendt for deres høje indhold af polyfenoler (f.eks. catechiner og proanthocyanidiner), reagerer godt på ultralydsbehandling og giver høje koncentrationer af antioxidanter. Denne alsidighed på tværs af plantevæv fremhæver sonikering som et robust værktøj til grøn ekstraktion af bioaktive stoffer fra forskellige agroindustrielle biprodukter.

Desuden kan de alsidige sonikatorer fra Hielscher bruges til forskellige produkter og anvendelser:

• Ekstraktion i væskefasen i juice og puréer
• Homogenisering af plantebaserede drikkevarer og emulsioner
• Mikrobiel og enzymatisk inaktivering til forlængelse af holdbarheden uden termisk skade

Ved produktion af juice og smoothies sikrer højtydende sonikering:

• Stabil dispergering af fibre og faste stoffer
• Forbedret mundfornemmelse
• Øget biotilgængelighed af fenolforbindelser
• Bevarelse af sensoriske og ernæringsmæssige egenskaber

Den alsidige anvendelse af sonikatorer fra Hielscher forbinder nemt forarbejdningen af presserester og juice – og muliggør ekstraktion, homogenisering og pasteurisering med samme ultralydsopstilling.

Fokus på bæredygtighed

Sonikering bidrager væsentligt til bæredygtighed ved at muliggøre udvinding af bioaktive forbindelser med høj værdi fra biprodukter fra frugtforarbejdning, som ellers ville bidrage til det globale madspild. I juiceindustrien, hvor op til 25% af frugt og grøntsager kasseres efter høst eller under forarbejdning, tilbyder sonikering en målrettet, effektiv løsning. Eksempelvis har ultralydsbehandling af blandinger af appelsinfrugtkød og -skræl vist sig at forbedre centrale egenskaber ved kostfibre og dermed understøtte deres genanvendelse som nye fødevareingredienser. Denne vej til værdiskabelse reducerer ikke blot miljøbelastningen fra landbrugs- og fødevareaffald, men er også i overensstemmelse med FN’s verdensmål 12 – fremme af ansvarligt forbrug og ansvarlig produktion.
Sonikering er desuden en energieffektiv og grøn teknologi – den kræver et lavt energiforbrug og reducerer brugen af aggressive ekstraktionsopløsningsmidler, da den fungerer med vand, vandig ethanol og NADES.
Ved at omdanne affaldsstrømme til funktionelle ingredienser bidrager sonikering til en cirkulær økonomi og forbedrer både den økologiske og den økonomiske bæredygtighed i fødevareforarbejdningssektoren.

Forbedr din proces til behandling af presserester med sonikatorer fra Hielscher

Hielscher Ultrasonics er en førende producent af højtydende ultralydssystemer, der er udviklet til både laboratorie- og industrianvendelser. Deres industrielle sonikatorer – såsom UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT og UIP16000hdT – tilbyder:

• Skalerbar behandlingskapacitet (fra liter til ton pr. time)
• Præcis amplitudestyring
• 24/7-drift i krævende miljøer
• Ultralydsreaktorer, der kan sættes under tryk
• Kompatibilitet med kontinuerlig inlinebehandling
• Enkel integration i (eksisterende) produktionslinjer

Sonikatorer fra Hielscher er allerede valideret i publiceret forskning til ekstraktion af polyfenoler, antioxidanter og andre bioaktive forbindelser med dokumenteret effektivitet og reproducerbarhed.

Tabellen nedenfor giver dig et indtryk af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet:

Design, fremstilling og rådgivning – kvalitet fremstillet i Tyskland

Ultralydsapparater fra Hielscher er velkendte for deres højeste standarder for kvalitet og design. Robusthed og nem betjening muliggør problemfri integration af vores ultralydsapparater i industrianlæg. Ultralydsapparater fra Hielscher håndterer nemt barske forhold og krævende miljøer.

Hielscher Ultrasonics er en ISO-certificeret virksomhed og lægger særlig vægt på højtydende ultralydsapparater med den nyeste teknologi og brugervenlighed. Ultralydsapparater fra Hielscher overholder naturligvis CE-kravene og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.

Litteratur / referencer

• 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.