Ultraschallextraktion aus Trester – Nachhaltige Gewinnung bioaktiver Verbindungen

Nebenprodukte der Obstverarbeitung, insbesondere Trester, stellen ein unerschlossenes Reservoir bioaktiver Verbindungen mit potenziellen Anwendungen in Nutrazeutika, der Lebensmittelanreicherung und Arzneimitteln dar. Die effiziente und nachhaltige Gewinnung dieser Verbindungen bleibt jedoch eine technische Herausforderung. Unter den aufkommenden umweltfreundlichen Extraktionstechnologien erzielt die ultraschallunterstützte Extraktion mit Sonotroden-Ultraschallgeräten hervorragende Ausbeuten. Die Ultraschallbehandlung ermöglicht eine schnelle, lösungsmitteleffiziente Extraktion von phenolischen Verbindungen, Triterpensäuren und anderen bioaktiven Verbindungen aus pflanzlichen Matrizes wie Apfeltrester.

Effiziente Verwertung von Nebenprodukten der Obstverarbeitung durch Ultraschallextraktion

Die Ultraschallextraktion aus Trester ist eine effiziente Methode zur Verwertung des Nebenprodukts der Saft-, Wein- und Ciderherstellung – sie ist eine wissenschaftlich validierte, industriell skalierbare und eingesetzte sowie wirtschaftliche Lösung zur Verwertung von Obstabfällen. Da die Ultraschallbehandlung effizient und vielseitig ist, bietet sie eine umweltfreundliche Extraktionsstrategie, um das Potenzial von Nebenprodukten der Agrar- und Lebensmittelwirtschaft wie Apfeltrester zu nutzen.
Wie aktuelle Forschungsergebnisse belegen, ermöglicht die Kombination kurzer Beschallungszeiten, moderater Ethanolkonzentrationen und einer kontrollierten Amplitude die selektive, effiziente Gewinnung gesundheitsfördernder Verbindungen.
Beim Streben nach Kreislaufwirtschaft ist die Ultraschallbehandlung mehr als nur ein Werkzeug – sie steht für Prozessintensivierung und Effizienz.

Tresterverwertung durch Ultraschallextraktion

Obsttrester, ein Nebenprodukt der Saft- und Weinherstellung, umfasst Schalen, Fruchtfleisch, Samen und Stiele. Trester wurde traditionell nur unzureichend genutzt oder auf Anwendungen mit geringer Wertschöpfung wie Tierfutter oder Biomasse beschränkt. Heute wird er als wertvolle Quelle für Polyphenole (z. B. Quercetinglykoside, Phloridzin), Flavonoide, Dihydrochalkone und Triterpensäuren (insbesondere Ursolsäure) anerkannt. Diese Moleküle werden mit antioxidativen, entzündungshemmenden und antimikrobiellen Eigenschaften in Verbindung gebracht.
Die Ultraschallextraktion bietet einen grundlegend neuen Ansatz zur Tresterverwertung, indem sie die effiziente Freisetzung dieser bioaktiven Substanzen ermöglicht. Im Vergleich zu herkömmlichen Extraktionsmethoden bietet die Ultraschallextraktion:

• Kürzere Verarbeitungszeiten
• Geringeren Lösungsmittelverbrauch
• Höhere Ausbeuten
• Mildere Extraktionsbedingungen, die wärmeempfindliche Verbindungen schonen

Was die Wissenschaft zur Ultraschallextraktion aus Trester sagt

Zwei beispielhafte Studien belegen wissenschaftlich die Vorteile der ultraschallunterstützten Extraktion (UAE) bei Apfeltrester.

Studie 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Mithilfe eines zentral zusammengesetzten Versuchsplans optimierten Forschende die gleichzeitige Extraktion von Gesamtpolyphenolen und Ursolsäure aus Trester der Ciderindustrie mit einem Hielscher-Ultraschallgerät UP200Ht. Unter optimierten Bedingungen (5,1 min, 68% Ethanol, 90% Amplitude) wurden aus dem gesamten Apfeltrester folgende Ausbeuten erzielt:

• ~1300 µg/g Flavonole
• ~1200 µg/g Dihydrochalkone
• ~4200 µg/g Ursolsäure

Bemerkenswert ist, dass die Apfelschalenfraktion noch höhere Konzentrationen aufwies, wobei die Ursolsäure 8500 µg/g Trockenmasse erreichte. Die antioxidative Aktivität der Extrakte korrelierte stark mit dem Polyphenolgehalt, und die mathematische Modellierung bestätigte die Extraktionseffizienz.

Studie 2: Razola-Díaz et al., 2022
Diese Arbeit konzentrierte sich auf die Optimierung der Extraktion von Phloretin und Phloridzin – zwei Dihydrochalkonen mit starker antioxidativer Wirkung. Mit einem Hielscher-Sonotroden-Ultraschallgerät UP400St wurden folgende Extraktionsausbeuten erzielt:

• ~13 µg/g Phloretin
• ~67 µg/g Phloridzin
• ~1878 µg/g Gesamtphenole, bezogen auf das Trockengewicht
• Antioxidative Aktivität (FRAP): bis zu 3,58 mg TE/g

Vielseitigkeit – Ultraschallbehandlung für Trester, Säfte und Smoothies

Die Ultraschallextraktion ist nicht auf Apfeltrester beschränkt; sie wurde erfolgreich auf eine Vielzahl von Fruchtmatrizes angewendet. Im Fruchtfleisch von Früchten wie Orangen verbessert die Ultraschallbehandlung die Freisetzung von Polyphenolen, Flavonoiden und Antioxidantien und bewahrt dabei deren funktionelle Integrität. Ebenso sind die Schalen von Zitrusfrüchten – darunter Grapefruits, Zitronen und Orangen – reich an Pektinen und phenolischen Verbindungen, die durch kavitationsbedingtes Aufbrechen der Zellwände effizient freigesetzt werden können. Selbst Traubenkerne, die für ihren hohen Polyphenolgehalt bekannt sind (z. B. Catechine und Proanthocyanidine), sprechen gut auf die Ultraschallbehandlung an und liefern hohe Konzentrationen an Antioxidantien. Diese Vielseitigkeit bei unterschiedlichen pflanzlichen Geweben unterstreicht die Eignung der Ultraschallbehandlung als robustes Werkzeug zur umweltfreundlichen Extraktion bioaktiver Substanzen aus verschiedenen agroindustriellen Nebenprodukten.

Darüber hinaus erstreckt sich die Vielseitigkeit der Hielscher-Ultraschallgeräte auf verschiedene Produkte und Anwendungen:

• Flüssigphasenextraktion in Säften und Pürees
• Homogenisierung pflanzlicher Getränke und Emulsionen
• Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen zur Verlängerung der Haltbarkeit ohne thermische Schädigung

Bei der Herstellung von Säften und Smoothies gewährleistet die Hochleistungs-Ultraschallbehandlung:

• Stabile Dispersion von Fasern und Feststoffen
• Verbessertes Mundgefühl
• Verbesserte Bioverfügbarkeit phenolischer Verbindungen
• Erhalt der sensorischen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften

Der vielseitige Einsatz von Hielscher-Ultraschallgeräten verbindet die Trester- und Saftverarbeitung auf einfache Weise – Extraktion, Homogenisierung und Pasteurisierung sind mit derselben Ultraschallanlage möglich.

Nachhaltigkeit im Fokus

Die Ultraschallbehandlung trägt wesentlich zur Nachhaltigkeit bei, indem sie die hochwertige Rückgewinnung bioaktiver Verbindungen aus Nebenprodukten der Obstverarbeitung ermöglicht, die andernfalls zur weltweiten Lebensmittelverschwendung beitragen würden. In der Saftindustrie, in der bis zu 25% des Obstes und Gemüses nach der Ernte oder während der Verarbeitung verworfen werden, bietet die Ultraschallbehandlung eine gezielte, effiziente Lösung. So wurde beispielsweise nachgewiesen, dass die Ultraschallbehandlung von Mischungen aus Orangenfruchtfleisch und -schalen wichtige Ballaststoffeigenschaften verbessert und damit deren Wiederverwendung als neuartige Lebensmittelzutaten unterstützt. Dieser Verwertungsweg reduziert nicht nur die Umweltbelastung durch Abfälle aus der Agrar- und Lebensmittelwirtschaft, sondern steht auch im Einklang mit dem UN-Nachhaltigkeitsziel 12 – der Förderung verantwortungsvollen Konsums und verantwortungsvoller Produktion.
Die Ultraschallbehandlung ist eine energieeffiziente und umweltfreundliche Technologie – sie benötigt wenig Energie und reduziert den Einsatz aggressiver Extraktionslösungsmittel, da sie mit Wasser, wässrigem Ethanol und NADES arbeitet.
Indem die Ultraschallbehandlung Abfallströme in funktionelle Zutaten umwandelt, trägt sie zu einer Kreislaufwirtschaft bei und verbessert sowohl die ökologische als auch die wirtschaftliche Nachhaltigkeit im Lebensmittelverarbeitungssektor.

Verbessern Sie Ihren Tresterverarbeitungsprozess mit Hielscher-Ultraschallgeräten

Hielscher Ultrasonics ist ein führender Hersteller von Hochleistungs-Ultraschallsystemen, die sowohl für Labor- als auch für Industrieanwendungen ausgelegt sind. Die industriellen Ultraschallgeräte des Unternehmens – wie UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT und UIP16000hdT – bieten:

• Skalierbaren Durchsatz (von Litern bis Tonnen pro Stunde)
• Präzise Amplitudenregelung
• 24/7-Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen
• Mit Druck beaufschlagbare Ultraschallreaktoren
• Kompatibilität mit kontinuierlicher Inline-Verarbeitung
• Einfache Integration in (bestehende) Produktionslinien

Hielscher-Ultraschallgeräte wurden bereits in veröffentlichten Forschungsarbeiten für die Extraktion von Polyphenolen, Antioxidantien und anderen bioaktiven Verbindungen validiert, wobei Effizienz und Reproduzierbarkeit nachgewiesen wurden.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher-Ultraschallgeräte sind für ihre höchsten Qualitäts- und Konstruktionsstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen bewältigen Hielscher-Ultraschallgeräte problemlos.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf Hochleistungs-Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind Hielscher-Ultraschallgeräte CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Literatur / Quellen

• 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.