Polyfenoleja mangonkuoresta – uuttomenetelmällä on merkitystä

Terveellisempää elämää tavoiteltaessa tutkijat etsivät jatkuvasti uusia ympäristöystävällisiä lähteitä ja tehokkaita menetelmiä hyödyllisten yhdisteiden uuttamiseen luonnon raaka-aineista. Ruokajäte, kuten hedelmien sivutuotteet, esimerkiksi mangonkuoret, sisältää runsaasti polyfenoleja, ja sitä voidaan käyttää korkealaatuisten fenoliyhdisteiden lähteenä. Yksi viime vuosina suosiota saavuttanut tekniikka on ultraääniuutto, jossa suuritaajuisilla ääniaalloilla uutetaan tehokkaasti bioaktiivisia yhdisteitä kasvimateriaaleista. Näistä yhdisteistä polyfenolit ovat nousseet keskeiseen asemaan lukuisten terveyshyötyjensä, kuten antioksidatiivisten ja tulehdusta ehkäisevien ominaisuuksiensa, ansiosta. Perehdy kanssamme polyfenolien uuttamiseen mangonkuorista ja siihen, miten erilaiset ultraäänilaitteet vaikuttavat merkittävästi uuttotehokkuuteen ja polyfenolisaantoon.

Mitä polyfenolit ovat?

Polyfenolit ovat monimuotoinen ryhmä luonnossa esiintyviä yhdisteitä, joita on hedelmissä, vihanneksissa, teessä, kahvissa, viinissä ja muissa kasviperäisissä elintarvikkeissa. Ne tunnetaan antioksidatiivisista ominaisuuksistaan, jotka auttavat torjumaan elimistön oksidatiivista stressiä ja vähentävät kroonisten sairauksien, kuten sydän- ja verisuonitautien, syövän ja hermoston rappeumasairauksien, riskiä. Lisäksi polyfenoleilla on tulehdusta, mikrobeja ja syöpää ehkäiseviä vaikutuksia, minkä vuoksi ne ovat terveellisen ruokavalion arvokkaita osatekijöitä. Kasviperäisten elintarvikkeiden sivutuotteista saatavat fenoliyhdisteet ovat edullinen lähde elintarvikkeiden lisäaineille tai ravintolisille, jotka edistävät terveellisempää ruokavaliota.
Mangonkuoret ovat erinomainen fenoliyhdisteiden lähde (14,85–127,6 mg/gDW). Lisäksi ne sisältävät runsaasti kuitua (36–78 g/100 g kuiva-ainetta); vitamiineja (C ja E); sekä karotenoideja (0,1–51 mg/gDW).

Aznar-Ramosin ja hänen kollegoidensa tieteellinen tutkimus tarjoaa vakuuttavia näkemyksiä fenoliyhdisteiden uuttamisen kiehtovaan maailmaan mangonkuorisivutuotteista sekä oikean uuttolaitteiston merkitykseen. Tutkimuksen tulokset osoittavat sondilla tehtävän ultraäänikäsittelyn paremman suorituskyvyn fenoliyhdisteiden uuttamisessa perinteisiin ultraäänihauteisiin verrattuna.

Vakuuttavia tuloksia: tehokkuutta ja tarkkuutta

Tulosten karttuessa kävi ilmeiseksi, että sondilla tehtävä ultraäänikäsittely oli avain luonnon antien hyödyntämiseen vertaansa vailla olevalla tehokkuudella ja tarkkuudella. Fenoliyhdisteiden kokonaispitoisuudelle (TPC) saadut arvot osoittivat huomattavan eron näiden kahden uuttomenetelmän välillä. Ultraäänihauteella saadut TPC-arvot vaihtelivat välillä 1,6–8,7 mg GAE/g dw, kun taas sonotrodiuutolla saatiin suurempia arvoja, jotka vaihtelivat välillä 3,9–9,4 mg GAE/g dw. Nämä tulokset korostivat sondilla varustettujen ultraäänilaitteiden tehokkuutta fenoliyhdisteiden uuton maksimoinnissa mangonkuorisivutuotteista.

Sondilla tehtävän ultraäänikäsittelyn edut eivät kuitenkaan päättyneet tähän. Syventäessään analyysia tutkijat havaitsivat kiehtovan suuntauksen – sondilla tehtävällä ultraäänikäsittelyllä uutettiin monipuolisempi joukko yhdisteitä kuin ultraäänihauteella. Sonotrodiuutteista määritettiin yhteensä 22 yhdisteen pitoisuudet, kun taas ultraäänihauteella käsitellyistä näytteistä määritettiin 15 yhdisteen pitoisuudet, mikä korosti entisestään sondilla tehtävän ultraäänikäsittelyn paremmuutta.

Fenoliyhdisteiden vapauttaminen hedelmäjätteestä: sondilla tehtävän ultraäänikäsittelyn voitto

Lukuisten löydettyjen yhdisteiden joukosta flavonoidit nousivat pääosaan. Sondilla tehdyllä ultraäänikäsittelyllä saadussa uutteessa todettiin suurimmat flavonoidimäärät, mikä osoitti menetelmän vertaansa vailla olevan kyvyn vapauttaa luonnon lääkeainevaranto koko loistossaan. Erityisesti sonotrodiuutteissa havaittiin suurempi metyyligallaattipitoisuus – yli kahdeksan kertaa suurempi kuin ultraäänihauteella saaduissa uutteissa – ja galloyyliglukoosin isomeerien ja metyyligallaatin yhteenlaskettu pitoisuus oli merkittävästi suurempi sonotrodilla käsitellyissä näytteissä.

Skaalaus kaupalliseen tuotantoon: laboratoriosta teollisuuteen

On tärkeää huomata, että sondilla tehtävän ultraäänikäsittelyn edut ulottuvat laboratorion seinien ulkopuolelle. Koska sondilla tehtävä ultraäänikäsittely on skaalattavissa sekä pilotti- että teolliseen mittakaavaan, se avaa oven moniin mahdollisuuksiin. Pienimuotoisista kokeista laajamittaiseen tuotantoon sondilla varustettujen ultraäänilaitteiden tehokkuus ja luotettavuus luovat perustan uuttoteollisuutta mullistaville innovaatioille.

Uuttotieteen alalla, jossa jokainen pisara on tärkeä, sondilla varustetut ultraäänilaitteet ovat tehokkuuden ja tarkkuuden suunnannäyttäjiä. Nämä ultraäänen ihmelaitteet ovat huomattavalla suorituskyvyllään fenoliyhdisteiden uuttamisessa mangonkuorisivutuotteista muovanneet uudelleen käsitystämme uuttomenetelmistä. Tulevaisuuteen katsottaessa sondilla tehtävän ultraäänikäsittelyn käynnistämä ultraäänivallankumous lupaa avata tieteellisille löydöille uusia näköaloja, yksi ääniaalto kerrallaan.

Perinteiset uuttomenetelmät verrattuna ultraääniuuttoon

Polyfenoleja on perinteisesti uutettu esimerkiksi maseroimalla, Soxhlet-uutolla ja höyrytislauksella. Vaikka nämä tekniikat ovat tehokkaita, ne vaativat usein pitkiä uuttoaikoja, korkeita lämpötiloja ja orgaanisten liuottimien käyttöä, mikä voi hajottaa herkkiä yhdisteitä ja heikentää uutteen laatua.

Vaihtoehdoksi tulee ultraääniuutto – ei-terminen, ympäristöystävällinen ja erittäin tehokas menetelmä. Tässä menetelmässä hyödynnetään tyypillisesti taajuusalueella 20 kHz–100 kHz olevien ultraääniaaltojen voimaa soluseinien hajottamiseen ja bioaktiivisten yhdisteiden vapauttamiseen kasvimatriiseista. Prosessissa kasvimateriaali upotetaan liuottimeen (yleensä veteen tai vesi-etanoliseokseen) ja altistetaan ultraääniaalloille, jotka synnyttävät kavitaatiokuplia. Nämä kuplat luhistuvat kasvisolujen lähellä ja synnyttävät voimakkaita leikkausvoimia ja mikrosuihkuja, jotka helpottavat uuttamista. Näin ultraääniuutto tarjoaa useita etuja perinteisiin menetelmiin verrattuna, kuten lyhyemmät uuttoajat, pienemmän liuottimenkulutuksen ja suuremmat uuttosaannot.

Polyfenolien ultraääniuuton edut:

Ultraääniuuton käyttäminen polyfenolien eristämiseen tarjoaa lukuisia etuja:

1. Parempi uuttotehokkuus: Ultraääniaallot tunkeutuvat kasvikudoksiin tehokkaammin kuin mekaaniset menetelmät, mikä parantaa uuttotehokkuutta ja lisää polyfenolisaantoa.
2. Lyhyempi käsittelyaika: Perinteisiin tekniikoihin verrattuna ultraääniuutto lyhentää uuttoaikoja merkittävästi, mikä mahdollistaa nopeamman tuotannon ja suuremman käsittelykapasiteetin.
3. Bioaktiivisuuden säilyminen: Ultraääniuuton hellävaraisuus minimoi polyfenolien lämpöhajoamisen ja hapettumisen, säilyttää niiden bioaktiiviset ominaisuudet ja parantaa uutteen laatua.
4. Ympäristöystävällisyys: Toisin kuin runsaasti liuottimia kuluttavat menetelmät, ultraääniuutto edellyttää vain vähäistä liuottimien käyttöä ja poistaa myrkyllisten orgaanisten liuottimien tarpeen, mikä tekee siitä ympäristön kannalta kestävän ja taloudellisesti kannattavan.

Polyfenolien ultraääniuuton sovellukset:

Ultraääniuuton monipuolisuus on johtanut sen laajaan käyttöönottoon eri aloilla, kuten lääke-, ravintovalmiste-, elintarvike-, juoma- ja kosmetiikkateollisuudessa sekä kasvilääkinnässä. Yleisiä sovelluksia ovat esimerkiksi:

• Runsaasti polyfenoleja sisältävien uutteiden tuotanto ravintolisiin ja funktionaalisiin elintarvikkeisiin
• Luonnollisten antioksidanttien kehittäminen elintarvikkeiden säilöntään ja kosmetiikkaan
• Bioaktiivisten yhdisteiden uuttaminen lääkekasveista lääkevalmisteita varten
• Uuttoprosessien optimointi polyfenolien tietyille alaryhmille, kuten flavonoideille, fenolihapoille ja tanniineille

 
Lähteet:

• Aznar-Ramos, M.J.; Razola-Díaz, M.d.C.; Verardo, V.; Gómez-Caravaca, A.M. (2022): Ultraäänihaudeuuton ja sonotrodiuuton vertailu fenoliyhdisteiden uuttamisessa mangonkuorisivutuotteista. Horticulturae 2022, 8, 1014.
• Sara Marçal, Manuela Pintado (2021): Mangonkuoret elintarvikkeiden ainesosana / lisäaineena: ravintoarvo, käsittely, turvallisuus ja sovellukset. Trends in Food Science & Technology, vuosikerta 114, 2021. 472–489.