Extracción ultrasónica de orujo – Recuperación sostenible de compuestos bioactivos

Los subproductos del procesamiento de frutas, especialmente el orujo, constituyen una reserva sin explotar de compuestos bioactivos con posibles aplicaciones en nutracéuticos, enriquecimiento de alimentos y productos farmacéuticos. Sin embargo, la recuperación eficiente y sostenible de estos compuestos sigue siendo un reto técnico. Entre las tecnologías emergentes de extracción ecológica, la extracción asistida por ultrasonidos mediante sonicadores de sonda logra rendimientos de recuperación excepcionales. La ultrasonicación permite extraer rápidamente compuestos fenólicos, ácidos triterpénicos y otros compuestos bioactivos de matrices vegetales como el orujo de manzana, con un uso eficiente de los disolventes.

Valorización eficiente de subproductos de frutas mediante extracción por ultrasonidos

La extracción ultrasónica de orujo es una forma eficiente de valorizar el subproducto de la producción de zumos, vino y sidra – es una solución validada científicamente, escalable y adoptada a nivel industrial, y económica para la valorización de residuos de frutas. Gracias a su eficiencia y versatilidad, la sonicación ofrece una estrategia de extracción ecológica para aprovechar el potencial de subproductos agroalimentarios como el orujo de manzana.
Como demuestran investigaciones recientes, la combinación de tiempos de sonicación cortos, concentraciones moderadas de etanol y una amplitud controlada permite recuperar de forma selectiva y eficiente compuestos beneficiosos para la salud.
En la búsqueda de la circularidad, la sonicación es más que una herramienta – implica intensificación y eficiencia de los procesos.

Valorización del orujo mediante extracción ultrasónica

El orujo de frutas, un subproducto de la producción de zumos y vino, está compuesto por cáscaras, pulpa, semillas y tallos. Tradicionalmente infrautilizado o destinado a aplicaciones de bajo valor, como la alimentación del ganado o la biomasa, el orujo se reconoce ahora como una fuente valiosa de polifenoles (p. ej., glucósidos de quercetina, floridzina), flavonoides, dihidrochalconas y ácidos triterpénicos (especialmente ácido ursólico). Estas moléculas se asocian con propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y antimicrobianas.
La extracción ultrasónica ofrece un enfoque transformador para la valorización del orujo al permitir la liberación eficiente de estos compuestos bioactivos. En comparación con los métodos de extracción convencionales, la extracción ultrasónica proporciona:

• Tiempos de procesamiento más cortos
• Menor consumo de disolventes
• Mayores rendimientos
• Condiciones de extracción más suaves que preservan los compuestos termosensibles

Qué dice la ciencia sobre la extracción ultrasónica de orujo

Dos estudios representativos demuestran científicamente las ventajas de la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) para el orujo de manzana.

Estudio 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Mediante un diseño compuesto central, los investigadores optimizaron la extracción simultánea de polifenoles totales y ácido ursólico del orujo de la industria sidrera utilizando un sonicador Hielscher UP200Ht. En condiciones optimizadas (5,1 min, 68% de etanol, 90% de amplitud), el orujo de manzana completo proporcionó:

• ~1300 µg/g de flavonoles
• ~1200 µg/g de dihidrochalconas
• ~4200 µg/g de ácido ursólico

En particular, la fracción de piel de manzana presentó concentraciones aún mayores, con un contenido de ácido ursólico de hasta 8500 µg/g de materia seca. La actividad antioxidante de los extractos mostró una fuerte correlación con el contenido de polifenoles, y la modelización matemática confirmó la eficiencia de la extracción.

Estudio 2: Razola-Díaz et al., 2022
Este trabajo se centró en optimizar la extracción de floretina y floridzina – dos dihidrochalconas con potente actividad antioxidante. Utilizando un sonicador de sonda Hielscher UP400St, se obtuvieron los siguientes rendimientos de extracción:

• ~13 µg/g de floretina
• ~67 µg/g de floridzina
• ~1878 µg/g de peso seco de compuestos fenólicos totales
• Actividad antioxidante (FRAP): hasta 3,58 mg TE/g

Versatilidad – Sonicación para orujo, zumos y batidos

La extracción ultrasónica no se limita al orujo de manzana; se ha aplicado con éxito a una amplia variedad de matrices de frutas. En la pulpa de frutas como la naranja, la sonicación mejora la liberación de polifenoles, flavonoides y antioxidantes, preservando su integridad funcional. Asimismo, las cáscaras de cítricos – incluidos el pomelo, el limón y la naranja – son ricas en pectinas y compuestos fenólicos, que pueden liberarse de forma eficiente mediante la ruptura de la pared celular inducida por cavitación. Incluso las semillas de uva, conocidas por su elevado contenido de polifenoles (p. ej., catequinas y proantocianidinas), responden bien al tratamiento ultrasónico y proporcionan altas concentraciones de antioxidantes. Esta versatilidad en distintos tejidos vegetales destaca la sonicación como una herramienta robusta para la extracción ecológica de compuestos bioactivos de diversos subproductos agroindustriales.

Además, la versatilidad de los sonicadores Hielscher se extiende a diversos productos y aplicaciones:

• Extracción en fase líquida en zumos y purés
• Homogeneización de bebidas vegetales y emulsiones
• Inactivación microbiana y enzimática para prolongar la vida útil sin daño térmico

En la producción de zumos y batidos, la sonicación de alto rendimiento garantiza:

• Dispersión estable de fibras y sólidos
• Mejora de la sensación en boca
• Mayor biodisponibilidad de los compuestos fenólicos
• Preservación de las propiedades sensoriales y nutricionales

La versatilidad de los sonicadores Hielscher permite conectar fácilmente el procesamiento de orujo y el de zumos – posibilitando la extracción, la homogeneización y la pasteurización con el mismo equipo ultrasónico.

La sostenibilidad en primer plano

La ultrasonicación contribuye significativamente a la sostenibilidad al permitir la recuperación de alto valor de compuestos bioactivos de subproductos del procesamiento de frutas que, de otro modo, contribuirían al desperdicio alimentario mundial. En el contexto de la industria del zumo, donde hasta el 25% de las frutas y hortalizas se desechan después de la cosecha o durante el procesamiento, la sonicación ofrece una solución específica y eficiente. Por ejemplo, se ha demostrado que el tratamiento ultrasónico de mezclas de pulpa y cáscara de naranja mejora propiedades clave de la fibra alimentaria, favoreciendo su reutilización como nuevos ingredientes alimentarios. Esta vía de valorización no solo reduce la carga ambiental de los residuos agroalimentarios, sino que también se alinea con el Objetivo de Desarrollo Sostenible 12 de la ONU – promoviendo el consumo y la producción responsables.
Cabe destacar que la sonicación es una tecnología energéticamente eficiente y ecológica – requiere un bajo consumo de energía y reduce el uso de disolventes de extracción agresivos, ya que funciona con agua, etanol acuoso y NADES.
Al transformar los flujos de residuos en ingredientes funcionales, la sonicación contribuye a una economía circular y mejora la sostenibilidad tanto ecológica como económica del sector del procesamiento de alimentos.

Mejore su proceso de tratamiento de orujo con los sonicadores Hielscher

Hielscher Ultrasonics es un fabricante líder de sistemas ultrasónicos de alto rendimiento diseñados para aplicaciones tanto de laboratorio como industriales. Sus sonicadores industriales – como el UIP2000hdT, el UIP4000hdT, el UIP6000hdT y el UIP16000hdT – ofrecen:

• Capacidad de procesamiento escalable (de litros a toneladas por hora)
• Control preciso de la amplitud
• Funcionamiento 24/7 en entornos exigentes
• Reactores ultrasónicos presurizables
• Compatibilidad con el procesamiento continuo en línea
• Integración sencilla en líneas de producción (existentes)

Los sonicadores Hielscher ya han sido validados en investigaciones publicadas para la extracción de polifenoles, antioxidantes y otros compuestos bioactivos, con eficiencia y reproducibilidad demostradas.

La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonicadores:

Diseño, fabricación y asesoramiento – Calidad fabricada en Alemania

Los ultrasonicadores Hielscher son conocidos por sus máximos estándares de calidad y diseño. Su robustez y facilidad de uso permiten integrar nuestros ultrasonicadores sin dificultades en instalaciones industriales. Los ultrasonicadores Hielscher soportan fácilmente condiciones adversas y entornos exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y hace especial hincapié en los ultrasonicadores de alto rendimiento que incorporan tecnología de vanguardia y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonicadores Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.

Bibliografía / Referencias

• 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.