Εκχύλιση στεμφύλων με υπερήχους – Βιώσιμη ανάκτηση βιοδραστικών ενώσεων

Τα υποπροϊόντα της επεξεργασίας φρούτων, ιδίως τα στέμφυλα, αποτελούν μια αναξιοποίητη δεξαμενή βιοδραστικών ενώσεων με δυνητικές εφαρμογές σε διατροφοφαρμακευτικά προϊόντα, στον εμπλουτισμό τροφίμων και σε φαρμακευτικά προϊόντα. Ωστόσο, η αποδοτική και βιώσιμη ανάκτηση αυτών των ενώσεων παραμένει τεχνική πρόκληση. Μεταξύ των αναδυόμενων πράσινων τεχνολογιών εκχύλισης, η εκχύλιση με υποβοήθηση υπερήχων με χρήση συσκευών υπερήχων τύπου ακίδας επιτυγχάνει εξαιρετικές αποδόσεις ανάκτησης. Η κατεργασία με υπερήχους επιτρέπει την ταχεία εκχύλιση φαινολικών ενώσεων, τριτερπενικών οξέων και άλλων βιοδραστικών ενώσεων από φυτικές μήτρες, όπως τα στέμφυλα μήλου, με αποδοτική χρήση διαλυτών.

Αποδοτική αξιοποίηση υποπροϊόντων φρούτων με εκχύλιση με υπερήχους

Η εκχύλιση στεμφύλων με υπερήχους είναι ένας αποδοτικός τρόπος αξιοποίησης του υποπροϊόντος της παραγωγής χυμού, κρασιού και μηλίτη – αποτελεί μια επιστημονικά επικυρωμένη, κλιμακώσιμη και ήδη εφαρμοζόμενη σε βιομηχανικό επίπεδο, οικονομική λύση για την αξιοποίηση αποβλήτων φρούτων. Καθώς η κατεργασία με υπερήχους είναι αποδοτική και ευέλικτη, προσφέρει μια πράσινη στρατηγική εκχύλισης για την αξιοποίηση του δυναμικού αγροδιατροφικών υποπροϊόντων, όπως τα στέμφυλα μήλου.
Όπως τεκμηριώνεται από πρόσφατες έρευνες, ο συνδυασμός σύντομων χρόνων κατεργασίας με υπερήχους, μέτριων συγκεντρώσεων αιθανόλης και ελεγχόμενου πλάτους ταλάντωσης επιτρέπει την επιλεκτική, αποδοτική ανάκτηση ενώσεων που προάγουν την υγεία.
Στην επιδίωξη της κυκλικότητας, η κατεργασία με υπερήχους δεν είναι απλώς ένα εργαλείο – σημαίνει εντατικοποίηση και αποδοτικότητα της διεργασίας.

Αξιοποίηση στεμφύλων μέσω εκχύλισης με υπερήχους

Τα στέμφυλα φρούτων, υποπροϊόν της παραγωγής χυμού και κρασιού, περιλαμβάνουν φλούδες, σάρκα, σπόρους και μίσχους. Ενώ παραδοσιακά υποαξιοποιούνταν ή περιορίζονταν σε εφαρμογές χαμηλής αξίας, όπως οι ζωοτροφές ή η βιομάζα, τα στέμφυλα αναγνωρίζονται πλέον ως πολύτιμη πηγή πολυφαινολών (π.χ. γλυκοζιτών της κερκετίνης, φλοριδζίνης), φλαβονοειδών, διυδροχαλκονών και τριτερπενικών οξέων (ιδίως ουρσολικού οξέος). Αυτά τα μόρια συνδέονται με αντιοξειδωτικές, αντιφλεγμονώδεις και αντιμικροβιακές ιδιότητες.
Η εκχύλιση με υπερήχους προσφέρει μια μετασχηματιστική προσέγγιση στην αξιοποίηση των στεμφύλων, επιτρέποντας την αποδοτική απελευθέρωση αυτών των βιοδραστικών ενώσεων. Σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους εκχύλισης, η εκχύλιση με υπερήχους παρέχει:

• Συντομότερους χρόνους επεξεργασίας
• Χαμηλότερη κατανάλωση διαλυτών
• Υψηλότερες αποδόσεις
• Ηπιότερες συνθήκες εκχύλισης, με διατήρηση των θερμοευαίσθητων ενώσεων

Τι λέει η επιστήμη για την εκχύλιση στεμφύλων με υπερήχους

Δύο ενδεικτικές μελέτες καταδεικνύουν επιστημονικά τα οφέλη της εκχύλισης με υποβοήθηση υπερήχων (UAE) για τα στέμφυλα μήλου.

Μελέτη 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Χρησιμοποιώντας έναν κεντρικό σύνθετο πειραματικό σχεδιασμό, οι ερευνητές βελτιστοποίησαν την ταυτόχρονη εκχύλιση ολικών πολυφαινολών και ουρσολικού οξέος από στέμφυλα της βιομηχανίας μηλίτη με μια συσκευή υπερήχων Hielscher UP200Ht. Υπό βελτιστοποιημένες συνθήκες (5,1 min, 68% αιθανόλη, 90% πλάτος ταλάντωσης), τα στέμφυλα ολόκληρων μήλων απέδωσαν:

• ~1300 µg/g φλαβονολών
• ~1200 µg/g διυδροχαλκονών
• ~4200 µg/g ουρσολικού οξέος

Αξιοσημείωτα, το κλάσμα της φλούδας μήλου εμφάνισε ακόμη υψηλότερες συγκεντρώσεις, με το ουρσολικό οξύ να φθάνει τα 8500 µg/g ξηρής ουσίας. Η αντιοξειδωτική δράση των εκχυλισμάτων συσχετίστηκε ισχυρά με την περιεκτικότητα σε πολυφαινόλες και η μαθηματική μοντελοποίηση επιβεβαίωσε την αποδοτικότητα της εκχύλισης.

Μελέτη 2: Razola-Díaz et al., 2022
Η εργασία αυτή επικεντρώθηκε στη βελτιστοποίηση της εκχύλισης φλορετίνης και φλοριδζίνης – δύο διυδροχαλκονών με ισχυρή αντιοξειδωτική δράση. Με χρήση μιας συσκευής υπερήχων τύπου ακίδας Hielscher UP400St, επιτεύχθηκαν οι ακόλουθες αποδόσεις εκχύλισης:

• ~13 µg/g φλορετίνης
• ~67 µg/g φλοριδζίνης
• ~1878 µg/g ξηρού βάρους σε ολικές φαινολικές ενώσεις
• Αντιοξειδωτική δράση (FRAP): έως 3,58 mg TE/g

Ευελιξία – Κατεργασία με υπερήχους για στέμφυλα, χυμούς και smoothies

Η εκχύλιση με υπερήχους δεν περιορίζεται στα στέμφυλα μήλων· έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε ευρύ φάσμα μητρών φρούτων. Στη σάρκα φρούτων όπως το πορτοκάλι, η κατεργασία με υπερήχους ενισχύει την απελευθέρωση πολυφαινολών, φλαβονοειδών και αντιοξειδωτικών, διατηρώντας τη λειτουργική τους ακεραιότητα. Ομοίως, οι φλοιοί των εσπεριδοειδών – συμπεριλαμβανομένων του γκρέιπφρουτ, του λεμονιού και του πορτοκαλιού – είναι πλούσιοι σε πηκτίνες και φαινολικές ενώσεις, οι οποίες μπορούν να απελευθερωθούν αποτελεσματικά μέσω της διάρρηξης των κυτταρικών τοιχωμάτων που προκαλείται από τη σπηλαίωση. Ακόμη και τα γίγαρτα σταφυλιών, γνωστά για την υψηλή περιεκτικότητά τους σε πολυφαινόλες (π.χ. κατεχίνες και προανθοκυανιδίνες), ανταποκρίνονται καλά στην κατεργασία με υπερήχους, αποδίδοντας υψηλές συγκεντρώσεις αντιοξειδωτικών. Αυτή η ευελιξία σε διαφορετικούς φυτικούς ιστούς αναδεικνύει την κατεργασία με υπερήχους ως ένα αξιόπιστο εργαλείο για την πράσινη εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από ποικίλα αγροβιομηχανικά υποπροϊόντα.

Επιπλέον, η ευελιξία των συσκευών υπερήχων της Hielscher επεκτείνεται σε διάφορα προϊόντα και εφαρμογές:

• Εκχύλιση σε υγρή φάση σε χυμούς και πουρέδες
• Ομογενοποίηση ροφημάτων φυτικής προέλευσης και γαλακτωμάτων
• Μικροβιακή και ενζυμική αδρανοποίηση για παράταση της διάρκειας ζωής χωρίς θερμική αλλοίωση

Στην παραγωγή χυμών και smoothies, η κατεργασία με υπερήχους υψηλής απόδοσης εξασφαλίζει:

• Σταθερή διασπορά ινών και στερεών
• Βελτιωμένη αίσθηση στο στόμα
• Αυξημένη βιοδιαθεσιμότητα των φαινολικών ενώσεων
• Διατήρηση των οργανοληπτικών και διατροφικών ιδιοτήτων

Η ευέλικτη χρήση των συσκευών υπερήχων της Hielscher γεφυρώνει εύκολα το χάσμα μεταξύ της επεξεργασίας στεμφύλων και της επεξεργασίας χυμών – επιτρέποντας την εκχύλιση, την ομογενοποίηση και την παστερίωση με την ίδια διάταξη υπερήχων.

Στο επίκεντρο η βιωσιμότητα

Η κατεργασία με υπερήχους συμβάλλει σημαντικά στη βιωσιμότητα, επιτρέποντας την ανάκτηση βιοδραστικών ενώσεων υψηλής αξίας από υποπροϊόντα επεξεργασίας φρούτων που διαφορετικά θα συνέβαλλαν στην παγκόσμια σπατάλη τροφίμων. Στο πλαίσιο της βιομηχανίας χυμών, όπου έως και το 25% των φρούτων και λαχανικών απορρίπτεται μετά τη συγκομιδή ή κατά την επεξεργασία, η κατεργασία με υπερήχους προσφέρει μια στοχευμένη, αποτελεσματική λύση. Για παράδειγμα, έχει αποδειχθεί ότι η κατεργασία μειγμάτων σάρκας και φλοιού πορτοκαλιού με υπερήχους βελτιώνει βασικές ιδιότητες των διαιτητικών ινών, υποστηρίζοντας την επαναχρησιμοποίησή τους ως νέα συστατικά τροφίμων. Αυτή η οδός αξιοποίησης όχι μόνο μειώνει την περιβαλλοντική επιβάρυνση από τα αγροδιατροφικά απόβλητα, αλλά συνάδει και με τον Στόχο Βιώσιμης Ανάπτυξης 12 του ΟΗΕ – προωθώντας την υπεύθυνη κατανάλωση και παραγωγή.
Είναι σημαντικό ότι η κατεργασία με υπερήχους αποτελεί μια ενεργειακά αποδοτική και πράσινη τεχνολογία – απαιτεί χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και μειώνει τη χρήση επιθετικών διαλυτών εκχύλισης, καθώς λειτουργεί με νερό, υδατική αιθανόλη και NADES.
Μετατρέποντας τις ροές αποβλήτων σε λειτουργικά συστατικά, η κατεργασία με υπερήχους συμβάλλει στην κυκλική οικονομία και βελτιώνει τόσο την οικολογική όσο και την οικονομική βιωσιμότητα στον τομέα της επεξεργασίας τροφίμων.

Βελτιώστε τη διαδικασία επεξεργασίας των στεμφύλων σας με συσκευές υπερήχων της Hielscher

Η Hielscher Ultrasonics είναι κορυφαίος κατασκευαστής συστημάτων υπερήχων υψηλής απόδοσης, σχεδιασμένων τόσο για εργαστηριακές όσο και για βιομηχανικές εφαρμογές. Οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων της – όπως οι UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT και UIP16000hdT – προσφέρουν:

• Κλιμακούμενη δυναμικότητα επεξεργασίας (από λίτρα έως τόνους ανά ώρα)
• Ακριβή έλεγχο του πλάτους ταλάντωσης
• Λειτουργία 24/7 σε απαιτητικά περιβάλλοντα
• Αντιδραστήρες υπερήχων με δυνατότητα λειτουργίας υπό πίεση
• Συμβατότητα με συνεχή επεξεργασία εντός γραμμής
• Απλή ενσωμάτωση σε (υφιστάμενες) γραμμές παραγωγής

Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher έχουν ήδη επικυρωθεί σε δημοσιευμένες έρευνες για την εκχύλιση πολυφαινολών, αντιοξειδωτικών και άλλων βιοδραστικών ενώσεων, με αποδεδειγμένη αποδοτικότητα και αναπαραγωγιμότητα.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:

Σχεδιασμός, κατασκευή και συμβουλευτικές υπηρεσίες – Ποιότητα κατασκευής από τη Γερμανία

Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher είναι γνωστές για τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας και σχεδιασμού τους. Η ανθεκτικότητα και η εύκολη λειτουργία επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των συσκευών υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher ανταποκρίνονται εύκολα σε αντίξοες συνθήκες και απαιτητικά περιβάλλοντα.

Η Hielscher Ultrasonics είναι εταιρεία πιστοποιημένη κατά ISO και δίνει ιδιαίτερη έμφαση στις συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης που διαθέτουν τεχνολογία αιχμής και είναι φιλικές προς τον χρήστη. Φυσικά, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher συμμορφώνονται με το CE και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.

Βιβλιογραφία / Αναφορές

• 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.