Polüfenoolide ultraheliekstraktsioon oliiviõli kõrvalsaadustest: edulugu

Oliivipress ei ole enam pelgalt agrotööstuslik kõrvalsaadus – see on väärtuslik kõrgetoimeliste looduslike antioksüdantide allikas. Selles uuringus optimeeris Natural Phenolics hüdroksütürosoolirikaste polüfenoolide vesiekstraktsiooni Hielscheri sonikaatoriga UP400St. Tulemused näitavad töökindlat, reprodutseeritavat ja skaleeritavat protsessi, mille puhul saavutati optimeeritud ultraheli töötluse (sonikeerimise) tingimustel hüdroksütürosooli prognoositav kontsentratsioon 1609,5 mg/L. See töö toob esile, kuidas täppisultraheli tehnoloogia võib muuta oliiviõli tootmisjäätmed kvaliteetseks biopõhiseks tooraineks toidu-, põllumajandus- ja jätkusuutliku tööstuse tarbeks.

Oliivipress – mitte kõrvalsaadus, vaid antioksüdantiderikas ressurss

Oliivipress (alperujo) on oliiviõli ekstraheerimise peamine kõrvalsaadus; selle aastane ülemaailmne toodang ulatub 13–18 miljoni tonnini. Polüfenoolid on sekundaarsed metaboliidid, mida esineb selles agrotööstuslikus jäägis suurtes kontsentratsioonides. Kuigi need ühendid avaldavad silmapaistvat antioksüdantset toimet, kujutab nende töötlemata kujul keskkonda sattumine endast olulist toksikoloogilist probleemi. Jäätmete väärtustamise teerajajana asub Natural Phenolics seda probleemi lahendama, muutes selle keskkonnakoormuse jätkusuutlikuks majanduslikuks väärtuseks. Neid kõrge väärtusega metaboliite ekstraheerides toodab Hispaania ettevõte Natural Phenolics kvaliteetset biopõhist toorainet. Praegu on Natural Phenolicsi teadus- ja arendustegevus esirinnas täiustatud taimsete biostimulaatorite ja puhta koostisega (clean-label) antioksüdantsete toidusäilitusainete tootmisel.

Natural Phenolicsist
Natural Phenolics on rohelise keemia ettevõte ringmajanduse eesliinil, mis on spetsialiseerunud oliivipressi (alperujo) täismahulisele väärtustamisele. Täiustatud jätkusuutlike ekstraktsiooniprotsesside abil muudame selle keeruka agrotööstusliku jäägi kvaliteetseks biopõhiseks keemiliseks tooraineks.

Natural Phenolics, Hispaanias Kataloonias asuv ettevõte, toodab põllumajanduslikest kõrvalsaadustest kvaliteetseid biostimulaatoreid

Valmis oma oliivipressi väärtustama?
Jagage meiega üksikasju oma oliiviõli tootmisprotsessi ja oliivipressivoo kohta. Aitame teil leida sobiva ultraheliekstraktsiooni lahenduse, et kõrge väärtusega polüfenoole tõhusalt ja jätkusuutlikult kätte saada.

Vajadus tõhusate ja standarditud ekstraktsioonitehnoloogiate järele

Selle taustal on õige ekstraktsioonitehnoloogia valimine standarditud ekstraktide saamisel ülioluline. Ultraheli abil ekstraheerimine (UAE) on kujunenud võimsaks meetodiks, mis annab reprodutseeritavaid tulemusi, lühendab ekstraktsiooniaega ja vähendab lahusti tarbimist, lisaks teistele tööpõhistele eelistele.
Siin esitab Natural Phenolics optimeerimistulemused hüdroksütürosoolirikaste (HT) ja teisi polüfenoole sisaldavate standarditud vesiekstraktide saamiseks. Katsemudeliks valiti tsentraalne kompositsioonplaan. Hinnatud parameetrid olid ekstraktsiooni amplituud ja aeg, vastust mõõdeti hüdroksütürosooli kontsentratsiooni kaudu. Selleks kasutasid nad Hielscher Ultrasonicsi sonikaatorit UP400St, mis valiti selle kasutajasõbraliku töö ja amplituudi juhtimise suure täpsuse tõttu.

Ultraheliekstraktsiooni katseplaan: amplituudi ja ekstraktsiooniaja optimeerimine

See täpne juhtimine oli oluline, et eristada akustilise energia mõju tooraine varieeruvusest. Kõik ekstraktsioonid viidi läbi kuivatatud oliivipressiga (niiskusesisaldus 20%, osakeste suurus 1 mm), lahustina kasutati vett. Suspensioon valmistati tahke aine ja vedeliku suhtega 40% ning kõik katsed tehti püsival temperatuuril 35°C. Tabelis 1 on kokku võetud katsetingimused, mida hinnati 12-katselise CCD maatriksi kaudu.

Parameeter	Maksimum	Miinimum	Aksiaalpunkt	Aksiaalpunkt
Amplituud %	70	30	78	22
Aeg min	30	10	34,1	5,9

Selles demonstratsioonis näitame sondiga ultrahelitöötluse täpsust ja tõhusust bioaktiivsete koostisosade ekstraheerimisel oliivilehtedest. Videos kasutame ultraheliseadet UP400St bioaktiivsete ühendite, näiteks polüfenoolide ja flavonoidide, sealhulgas oleuropeiini, hüdroksütürosooli ja luteoliini ning paljude teiste fütokemikaalide ekstraheerimiseks. Ultrahelitöötlus võimaldab saada suure saagisega kvaliteetseid bioaktiivseid ühendeid, kasutades leebeid, mittetoksilisi lahusteid, nagu vesi, hapestatud vesi või etanooli vesilahus.

Tabel 2 esitab optimeerimise mudeli kvaliteedihinnangud. Matemaatiline mudel selgitas 72,02% kogu varieeruvusest (R2 = 0,7202), mis on väga rahuldav sobivus, arvestades oliivipressimisjääkide maatriksi keerukat ja olemuselt heterogeenset iseloomu. Kuigi mudeli olulisus (P = 0,101) jääb 12-katselise maatriksi tugevalt piiratud vabadusastmete tõttu veidi üle traditsioonilise 95% usaldusläve, kinnitavad tugevad negatiivsed ruutkoefitsiendid b11 = -61,61 ja b22 = -71,61 füüsikaliselt põhjendatud parabooli kujulist ekstraheerimiskineetikat.

Parameeter
Amplituud b2	67,6604
Aeg b2	59,6054
Amplituud2 (b11)	-61,6139
Aeg2 (b22)	-71,6058
R2 (b11)	0,7202
R2 korrigeeritud	0,4871
F-statistik	3,0892
p-väärtus	1,011179 x 10-1
Jääkide standardviga	67,05 mg/L

Hüdroksütürosooli ja polüfenoolide ultraheliekstraktsioon oliivipresskoogist: optimeeritud protsess sonikaatoriga UP400St

Oliivipressimisjääkide ultraheliekstraktsioon polüfenoolidele: vasakul – meetodi tulemuspinna mudel; paremal – kontuurgraafik

Töökindel hüdroksütürosooli kättesaamine ultraheliekstraktsiooniga

Joonis 1A illustreerib optimeeritud mudeli tulemuspinna graafikut. Lai punane ala platoo maksimumil kinnitab protsessi töökindlust, kuna amplituudi muutused vahemikus 50– 60% ei põhjusta hüdroksütürosooli kontsentratsioonis olulisi kõikumisi. Üksikute tegurite mõju analüüsimisel avaldab amplituudi suurendamine 22%-lt 50%-ni kriitilist mõju, tuues kaasa ekstraktsioonisaagise järsu paranemise. Seevastu üle 20 minuti kestvad ekstraktsiooniajad stabiliseerivad saagise, mis viitab lahusti küllastumisele selles etapis. Lõpuks tuvastas see lahendus edukalt selge töötingimuste optimumi amplituudil 61,5% ja 24,2 minuti pikkuse ultraheli töötlusega (sonikeerimisega), andes maksimaalseks prognoositud hüdroksütürosooli kontsentratsiooniks 1609,5 mg/L.

Kokkuvõttes oli Hielscher Ultrasonicsi tehnoloogia kasutamine nurgakivi hüdroksütürosooli ekstraktsiooni väga korratava ja energeetiliselt optimeeritud protsessi saavutamisel. Suurepärane amplituudi juhtimise täpsus ja UP400St sonotroodi töökindel mehaaniline jõudlus tagavad, et need laboriskaala saavutused on sujuvalt ülekantavad pidevvoolulistesse tööstussüsteemidesse. Lisaks kiirendas selle optimeerimisfaasi edu oluliselt erakordne tehniline abi ja kohalik tugi, mida pakkus Jover Labtech, Hielscheri esindaja Kataloonias, Hispaanias. See sünergia tipptasemel akustilise riistvara ja asjatundliku lähedase inseneritoe vahel loob selge ja teostatava tee agrotööstusliku biomassi jätkusuutliku, täismahulise kommertsväärindamiseni.

Selles videoklipis näitame 2x UIP4000hdt ultraheliseadmetest koosnevat paigaldist polüfenoolirikka ekstra neitsioliiviõli tõhustatud ekstraheerimiseks. Näidatud paigaldis töötab Sitsiilia oliiviõliveskis. Videos töödeldi ekstra neitsioliiviõli tootmiseks sordi Biancolilla tooreid oliive. Hielscher tööstuslikud ultraheliseadmed paigaldatakse oliiviõliveskitesse, et suurendada ekstra neitsioliiviõli saagist ja parandada selle kvaliteeti. Võimsa ultraheli tekitatud kavitatsioon lõhub rakuseinu ja suurendab oliivide viljakoe läbilaskvust. See parandab õli ekstraheerimist oliivipastast ja suurendab õlisaagist.

Seotud teemad

KKK: oliivipressimisjääkide polüfenoolide ultraheliekstraktsioon

Mis on oliivipressimisjääk?

Oliivipressimisjääk, tuntud ka kui alperujo, on oliiviõli ekstraheerimisel tekkiv peamine kõrvalsaadus. See koosneb oliivimassist, koortest, kividest ning jääkveest ja -õlist. Kuigi seda koheldakse sageli jäätmena, sisaldab oliivipressimisjääk väärtuslikke bioaktiivseid ühendeid, eriti polüfenoole, nagu hüdroksütürosool.

Miks on oliivipressimisjääk väärtuslik polüfenoolide allikas?

Oliivipressimisjääk sisaldab suures kontsentratsioonis fenoolseid ühendeid, millel on tugevad antioksüdantsed omadused. Neid ühendeid saab kätte saada ja muuta kõrge lisandväärtusega looduslikeks ekstraktideks, mida kasutatakse toidu säilitamisel, taimede biostimulaatorites, toidulisandite koostisosadena, kosmeetikas ja muudes biopõhistes rakendustes.

Mis on hüdroksütürosool?

Hüdroksütürosool on üks olulisemaid polüfenoole, mida leidub oliivides ja oliividest saadud kõrvalsaadustes. See on tuntud oma võimsa antioksüdantse toime poolest ning seda hinnatakse kõrgelt funktsionaalsetes toitudes, looduslikes säilitusainetes, kosmeetilistes koostistes ja põllumajanduslikes biostimulaatortoodetes.

Miks tuleks oliivipressimisjäägist polüfenoole ekstraheerida?

Polüfenoolide taaskasutamine oliivipressimisjäägist aitab muuta agrotööstusliku jäägi väärtuslikuks tooraineks. See toetab ringmajanduse strateegiaid, vähendab oliiviõli tootmise keskkonnakoormust ja loob uusi tulevõimalusi kõrvalsaadustest, mis vajaksid muidu kõrvaldamist või töötlemist.

Mis on ultraheliabil toimuv ekstraheerimine?

Ultraheli abil toimuv ekstraheerimine on täiustatud ekstraheerimismeetod, mis kasutab akustilist energiat väärtuslike ühendite vabanemise intensiivistamiseks taimsetest materjalidest. Ultraheli kavitatsioon parandab massiülekannet tahke biomassi ja lahusti vahel, võimaldades kiiremat, tõhusamat ja paremini reprodutseeritavat ekstraheerimist võrreldes paljude tavapäraste meetoditega.

Kuidas ultraheli parandab polüfenoolide ekstraheerimist oliivipressimisjääkidest?

Ultraheli tekitab vedelas keskkonnas kavitatsioonijõude, mis aitavad lõhkuda taimerakkude struktuure ja parandavad lahusti tungimist biomassi. See kiirendab polüfenoolide, näiteks hüdroksütürosooli, vabanemist ning võib vähendada ekstraheerimisaega, lahusti tarbimist ja protsessi varieeruvust.

Kas oliivipressimisjääkide ultraheliekstraktsioonil saab lahustina kasutada vett?

Jah. Uuring demonstreerib vee kasutamist ekstraheerimislahustina hüdroksütürosoolirikaste polüfenoolide eraldamiseks kuivatatud oliivipressimisjääkidest. See muudab protsessi eriti atraktiivseks puhta koostisega (clean-label), toidukvaliteediga ja keskkonnasõbralike ekstraheerimisrakenduste jaoks.

Millist ultraheliseadet uuringus kasutati?

Uuringus kasutati Hielscher Ultrasonics UP400St sonotroodi. See ultraheliprotsessor valiti selle täpse amplituudijuhtimise, töökindla jõudluse ja sobivuse tõttu oliivipressimisjääkidest polüfenoolide ekstraheerimise kontrollitud laboriskaala optimeerimiseks.

Milliseid protsessiparameetreid optimeeriti?

Uuringus optimeeriti kaht olulist ultraheliekstraktsiooni parameetrit: sonikeerimise amplituudi ja ekstraheerimisaega. Neid parameetreid hinnati kesksel kompleksplaanil (central composite design) põhineva katseplaaniga, et määrata nende mõju hüdroksütürosooli kontsentratsioonile vesiekstraktis.

Millised olid hüdroksütürosooli ekstraheerimise optimeeritud tingimused?

Uuringus tuvastatud optimeeritud ekstraheerimistingimused olid 61,5% amplituud ja 24,2 minutit sonikeerimist. Nendes tingimustes prognoosis mudel hüdroksütürosooli maksimaalseks kontsentratsiooniks 1609,5 mg/L.

Miks on amplituudi juhtimine ultraheliekstraktsioonil oluline?

Amplituudi juhtimine on kriitilise tähtsusega, kuna see määrab ultraheli kavitatsiooni intensiivsuse. Täpne amplituudi reguleerimine võimaldab kasutajatel optimeerida ekstraheerimise efektiivsust, vältida tarbetut energiasisendit ja saada paremini reprodutseeritavaid ekstrakte hoolimata biomassi toorainete, näiteks oliivipressimisjääkide, loomulikust varieeruvusest.

Kas oliivipressimisjääkide ultraheliekstraktsioon on skaleeritav?

Jah. Ultraheliekstraktsioon on hästi skaleeritav, kui protsessiparameetreid, näiteks amplituudi, energiasisendit, vooluhulka, temperatuuri ja viibeaega, on nõuetekohaselt kontrollitud. Uuring toob esile Hielscheri ultrahelitehnoloogia olulisuse laboriskaala optimeerimise ülekandmisel pidevvoolulisele tööstuslikule töötlemisele.

Milliseid tooteid saab valmistada oliivipressimisjääkide polüfenoolekstraktidest?

Polüfenoolirikkaid ekstrakte oliivipressimisjääkidest saab kasutada mitmesugustes kõrge lisandväärtusega rakendustes, sealhulgas looduslikes antioksüdantsetes toidusäilitusainetes, taimede biostimulaatorites, kosmeetika koostisosades, toidulisandite (nutraseutikumide) koostistes ja biopõhistes spetsiaalsetes koostisosades.

Kuidas toetab ultraheliekstraktsioon jätkusuutlikku oliiviõli tootmist?

Ultraheliekstraktsioon toetab jätkusuutlikku oliiviõli tootmist, väärtustades oliivipressimisjääke, selle asemel et käsitleda neid üksnes jäätmena. Taaskasutades sellest kõrvalsaadusest väärtuslikke antioksüdante, saavad tootjad vähendada keskkonnamõju, parandada ressursitõhusust ja luua täiendavaid väärtusvooge.

Kas Hielscheri ultraheli süsteeme saab kasutada oliivipressimisjääkide tööstuslikuks väärtustamiseks?

Jah. Hielscheri ultraheli süsteemid sobivad protsessi arendamiseks, pilootkatsetuseks ja tööstusliku skaala ekstraheerimiseks. Nende ultraheliparameetrite täpne juhtimine ja saadavus skaleeritavates konfiguratsioonides muudavad need hästi sobivaks oliivipressimisjääkide ja teiste agrotööstuslike biomassivoogude pidevaks töötlemiseks.

Kirjandus / viited

Cánovas, Jaime; Barrajón-Catalán, Enrique; Micol, Vicente; Cárcel, J.; Garcia-Perez, Jose V. (2013): Kinetic and compositional study of phenolic extraction from olive leaves (var. Serrana) by using power ultrasound. Innovative Food Science & Emerging Technologies 17, 2013. 120–129.
M. Rashidipour and R. Heydari (2018): Ultrasonic-Assisted Matrix Solid-Phase Dispersion and High-Performance Liquid Chromatography as an Improved Methodology for Determination of Oleuropein from Olive Leaves. Analytical and Bioanalytical Chemistry Research 52, 2018. 307-316.
Rodríguez, Ó.; Bona, S.; Stäbler, A.; Rodríguez-Turienzo, L. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Polyphenols from Olive Pomace: Scale Up from Laboratory to Pilot Scenario. Processes 2022, 10, 2481.
Tamborrino, A., Romaniello, R., Perone, C. et al. (2021): Development of a Pressure Control System According to Paste Rheology for Ultrasound Processing in Industrial Olive Oil Extraction. Food Bioprocess Technol 14, 1897–1908 (2021).