Extraktion von Trester mit Ultraschall – Nachhaltige Rückgewinnung bioaktiver Verbindungen

Nebenprodukte der Obstverarbeitung, insbesondere Trester, stellen ein ungenutztes Reservoir bioaktiver Verbindungen dar, die in Nahrungsergänzungsmitteln, Lebensmitteln und Arzneimitteln eingesetzt werden können. Dennoch bleibt die effiziente und nachhaltige Gewinnung dieser Verbindungen eine technische Herausforderung. Unter den aufkommenden grünen Extraktionstechnologien erzielt die ultraschallgestützte Extraktion mit Sondenschallgeräten hervorragende Rückgewinnungsergebnisse. Die Ultraschallextraktion ermöglicht eine schnelle, lösungsmitteleffiziente Extraktion von Phenolverbindungen, Triterpensäuren und anderen bioaktiven Verbindungen aus Pflanzenmatrices wie Apfeltrester.

Effiziente Valorisierung von Fruchtnebenprodukten mit Ultraschallextraktion

Die Tresterextraktion mit Ultraschall ist ein effizientes Verfahren zur Aufwertung des Nebenprodukts der Saft-, Wein- und Apfelweinherstellung. – Es handelt sich um eine wissenschaftlich validierte, industriell skalierbare und angewandte sowie wirtschaftliche Lösung für die Aufwertung von Fruchtabfällen. Da die Beschallung effizient und vielseitig ist, bietet sie eine umweltfreundliche Extraktionsstrategie zur Nutzung des Potenzials von Nebenprodukten der Agrar- und Ernährungswirtschaft wie Apfeltrester.
Jüngste Forschungsergebnisse zeigen, dass eine Kombination aus kurzen Beschallungszeiten, moderaten Ethanolkonzentrationen und kontrollierter Amplitude eine selektive und effiziente Rückgewinnung gesundheitsfördernder Substanzen ermöglicht.
Auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft ist die Beschallung nicht nur ein Werkzeug – Beschallung bedeutet Prozessintensivierung und Effizienz.

Tresterverwertung durch Ultraschallextraktion

Obsttrester, ein Nebenprodukt der Saft- und Weinherstellung, besteht aus Schale, Fruchtfleisch, Kernen und Stielen. Traditionell zu wenig genutzt oder auf geringwertige Anwendungen wie Viehfutter oder Biomasse verwiesen, wird Trester heute als wertvolle Quelle für Polyphenole (z. B. Quercetin-Glykoside, Phloridzin), Flavonoide, Dihydrochalkone und Triterpensäuren (vor allem Ursolsäure) anerkannt. Diese Moleküle werden mit antioxidativen, entzündungshemmenden und antimikrobiellen Eigenschaften in Verbindung gebracht.
Die Ultraschallextraktion bietet einen neuen Ansatz für die Aufwertung von Trester, da sie die effiziente Freisetzung dieser Bioaktivstoffe ermöglicht. Im Vergleich zu konventionellen Extraktionsmethoden bietet die Ultraschallextraktion:

• Kürzere Bearbeitungszeiten
• Geringerer Lösungsmittelverbrauch
• Höhere Erträge
• Mildere Extraktionsbedingungen, wodurch hitzeempfindliche Verbindungen erhalten bleiben

Was die Wissenschaft über die Extraktion von Trestern mit Ultraschall sagt

Zwei beispielhafte Studien belegen wissenschaftlich die Vorteile der ultraschallgestützten Extraktion (UAE) von Apfeltrester.

Studie 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Unter Verwendung eines zentralen zusammengesetzten Designs optimierten die Forscher die gleichzeitige Extraktion von Gesamtpolyphenolen und Ursolsäure aus Apfeltrester mit einem Hielscher UP200Ht-Sonicator. Unter optimierten Bedingungen (5,1 min, 68 % Ethanol, 90 % Amplitude) wurden ganze Apfeltrester gewonnen:

• ~1300 µg/g an Flavonolen
• ~1200 µg/g Dihydrochalkone
• ~4200 µg/g Ursolsäure

Insbesondere die Apfelschalenfraktion wies sogar noch höhere Konzentrationen auf, wobei die Ursolsäure 8500 µg/g Trockenmasse erreichte. Die antioxidative Aktivität der Extrakte korrelierte stark mit dem Polyphenolgehalt, und die mathematische Modellierung bestätigte die Effizienz der Extraktion.

Studie 2: Razola-Díaz et al., 2022
Diese Arbeit konzentrierte sich auf die Optimierung der Extraktion von Phloretin und Phloridzin – zwei stark antioxidativ wirkende Dihydrochalkone. Mit einem Hielscher UP400St-Sondensonicator wurden die folgenden Extraktionsergebnisse erzielt:

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

Vielseitigkeit - Beschallung für Trester, Säfte und Smoothies

Die Ultraschallextraktion ist nicht auf Apfeltrester beschränkt, sondern wurde bereits erfolgreich bei einer Vielzahl von Obstmatrizes angewandt. Im Fruchtfleisch von Früchten wie Orangen verbessert die Beschallung die Freisetzung von Polyphenolen, Flavonoiden und Antioxidantien und bewahrt deren funktionelle Integrität. Ähnlich verhält es sich mit den Schalen von Zitrusfrüchten – einschließlich Grapefruit, Zitrone und Orange – sind reich an Pektinen und phenolischen Verbindungen, die durch kavitationsbedingte Zellwandzerstörung effizient freigesetzt werden können. Sogar Traubenkerne, die für ihren hohen Gehalt an Polyphenolen (z. B. Catechine und Proanthocyanidine) bekannt sind, sprechen gut auf die Ultraschallbehandlung an und liefern hohe Konzentrationen an Antioxidantien. Diese Vielseitigkeit von Pflanzengeweben unterstreicht, dass die Beschallung ein robustes Werkzeug für die umweltfreundliche Extraktion von Bioaktivstoffen aus verschiedenen agroindustriellen Nebenprodukten darstellt.

Die Vielseitigkeit der Hielscher-Sonicatoren erstreckt sich zudem auf verschiedene Produkte und Anwendungen:

• Flüssigphasenextraktion in Säften und Pürees
• Homogenisierung von Getränken und Emulsionen auf Pflanzenbasis
• Mikrobielle und enzymatische Inaktivierung zur Verlängerung der Haltbarkeitsdauer ohne thermische Schädigung

Bei der Saft- und Smoothie-Herstellung sorgt eine leistungsstarke Beschallung für Sicherheit:

• Stabile Dispersion von Fasern und Feststoffen
• Verbessertes Mundgefühl
• Erhöhte Bioverfügbarkeit der Phenole
• Bewahrung der sensorischen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften

Der vielseitige Einsatz von Hielscher-Sonicatoren schließt problemlos die Lücke zwischen Trester- und Saftverarbeitung – die Extraktion, Homogenisierung und Pasteurisierung mit demselben Ultraschallgerät ermöglicht.

Spotlight Nachhaltigkeit

Die Ultraschallbehandlung leistet einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit, indem sie die hochwertige Rückgewinnung bioaktiver Verbindungen aus Nebenprodukten der Obstverarbeitung ermöglicht, die ansonsten zur weltweiten Lebensmittelverschwendung beitragen würden. Im Zusammenhang mit der Saftindustrie, in der bis zu 25 % der Früchte und des Gemüses nach der Ernte oder während der Verarbeitung weggeworfen werden, bietet die Ultraschallbehandlung eine gezielte, effiziente Lösung. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass die Ultraschallbehandlung von Orangenfruchtfleisch-Schalen-Mischungen wichtige Ballaststoffeigenschaften verbessert, was ihre Wiederverwendung als neuartige Lebensmittelzutaten unterstützt. Dieser Verwertungsweg reduziert nicht nur die Umweltbelastung durch Agrar- und Lebensmittelabfälle, sondern steht auch im Einklang mit dem UN-Ziel für nachhaltige Entwicklung 12 – Förderung eines verantwortungsvollen Verbrauchs und einer verantwortungsvollen Produktion.
Wichtig ist, dass die Beschallung eine energieeffiziente und umweltfreundliche Technologie ist. – Es erfordert einen geringen Energieverbrauch und reduziert den Einsatz von scharfen Extraktionslösungsmitteln, da es mit Wasser, wässrigem Ethanol und NADES arbeitet.
Durch die Umwandlung von Abfallströmen in funktionelle Inhaltsstoffe trägt die Beschallung zu einer Kreislaufwirtschaft bei und verbessert sowohl die ökologische als auch die wirtschaftliche Nachhaltigkeit im Lebensmittelverarbeitungssektor.

Verbessern Sie Ihren Tresterprozess mit Hielscher Sonicators

Hielscher Ultrasonics ist ein führender Hersteller von Hochleistungs-Ultraschallsystemen, die sowohl für Labor- als auch für Industrieanwendungen konzipiert sind. Ihre Industrie-Sonicatoren – wie der UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT und UIP16000hdT – Angebot:

• Skalierbarer Durchsatz (von Litern bis Tonnen pro Stunde)
• Präzise Amplitudensteuerung
• 24/7-Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen
• Überdruckbare Ultraschallreaktoren
• Kompatibilität mit kontinuierlicher Inline-Verarbeitung
• Einfache Integration in (bestehende) Produktionslinien

Hielscher-Sonicatoren sind bereits in der Forschung für die Extraktion von Polyphenolen, Antioxidantien und anderen bioaktiven Stoffen validiert und haben ihre Effizienz und Reproduzierbarkeit unter Beweis gestellt.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:

Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Sonicators CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Literatur / Literaturhinweise