Puristusjäännöksen ultraääniuutto – bioaktiivisten yhdisteiden kestävä talteenotto

Hedelmien jalostuksen sivutuotteet, erityisesti puristusjäännös, ovat hyödyntämätön bioaktiivisten yhdisteiden varanto, jolla on mahdollisia käyttökohteita terveysvaikutteisissa ravintovalmisteissa, elintarvikkeiden täydentämisessä ja lääkkeissä. Näiden yhdisteiden tehokas ja kestävä talteenotto on kuitenkin edelleen tekninen haaste. Kehittyvien ympäristöystävällisten uuttoteknologioiden joukossa sauvatyyppisillä ultraäänilaitteilla tehtävä ultraääniavusteinen uutto saavuttaa erinomaiset talteenottosaannot. Ultraäänikäsittely mahdollistaa fenolisten yhdisteiden, triterpeenihappojen ja muiden bioaktiivisten yhdisteiden nopean, liuotinta tehokkaasti hyödyntävän uuton kasvimatriiseista, kuten omenan puristusjäännöksestä.

Hedelmäsivutuotteiden tehokas hyödyntäminen ultraääniuutolla

Puristusjäännöksen ultraääniuutto on tehokas tapa hyödyntää mehun, viinin ja siiderin tuotannon sivutuotetta – se on tieteellisesti validoitu, teolliseen mittakaavaan skaalattava ja teollisuudessa käyttöön otettu sekä taloudellinen ratkaisu hedelmäjätteen hyödyntämiseen. Tehokkaana ja monipuolisena menetelmänä ultraäänikäsittely tarjoaa ympäristöystävällisen uuttostrategian maatalous- ja elintarvikealan sivutuotteiden, kuten omenan puristusjäännöksen, potentiaalin hyödyntämiseen.
Tuoreet tutkimukset osoittavat, että lyhyiden ultraäänikäsittelyaikojen, kohtuullisten etanolipitoisuuksien ja hallitun amplitudin yhdistäminen mahdollistaa terveyttä edistävien yhdisteiden selektiivisen ja tehokkaan talteenoton.
Kiertotaloutta tavoiteltaessa ultraäänikäsittely on enemmän kuin pelkkä työkalu – ultraäänikäsittely merkitsee prosessien tehostamista ja tehokkuutta.

Puristusjäännöksen hyödyntäminen ultraääniuutolla

Hedelmien puristusjäännös, joka on mehun ja viinin tuotannon sivutuote, koostuu kuorista, hedelmälihasta, siemenistä ja kannoista. Puristusjäännöstä on perinteisesti hyödynnetty vain vähän tai käytetty vähäarvoisissa sovelluksissa, kuten karjanrehuna tai biomassana, mutta nykyään se tunnistetaan arvokkaaksi polyfenolien (esim. kversetiiniglykosidien ja floritsiinin), flavonoidien, dihydrokalkonien ja triterpeenihappojen (erityisesti ursolihapon) lähteeksi. Näihin molekyyleihin liittyy antioksidatiivisia, tulehdusta ehkäiseviä ja antimikrobisia ominaisuuksia.
Ultraääniuutto tarjoaa puristusjäännöksen hyödyntämiseen uudistavan lähestymistavan mahdollistamalla näiden bioaktiivisten yhdisteiden tehokkaan vapautumisen. Tavanomaisiin uuttomenetelmiin verrattuna ultraääniuutto tarjoaa:

• Lyhyemmät käsittelyajat
• Pienemmän liuottimenkulutuksen
• Suuremmat saannot
• Miedommat uutto-olosuhteet, jotka säilyttävät lämpöherkät yhdisteet

Mitä tiede kertoo puristusjäännöksen ultraääniuutosta

Kaksi esimerkkitutkimusta osoittavat tieteellisesti ultraääniavusteisen uuton (UAE) hyödyt omenan puristusjäännöksen käsittelyssä.

Tutkimus 1: Pando Bedriñana ym., 2024
Tutkijat optimoivat kokonaispolyfenolien ja ursolihapon samanaikaisen uuton siideriteollisuuden puristusjäännöksestä Hielscher UP200Ht -ultraäänilaitteella käyttäen keskitettyä yhdistelmäkoesuunnitelmaa. Optimoiduissa olosuhteissa (5,1 min, 68 % etanolia, 90 % amplitudi) omenan koko puristusjäännöksestä saatiin:

• ~1 300 µg/g flavonoleja
• ~1 200 µg/g dihydrokalkoneja
• ~4 200 µg/g ursolihappoa

Erityisesti omenan kuorijakeessa havaittiin vielä suurempia pitoisuuksia: ursolihapon pitoisuus saavutti 8 500 µg/g kuiva-ainetta. Uutteiden antioksidatiivinen aktiivisuus korreloi voimakkaasti polyfenolipitoisuuden kanssa, ja matemaattinen mallinnus vahvisti uuton tehokkuuden.

Tutkimus 2: Razola-Díaz ym., 2022
Tässä työssä keskityttiin floretiinin ja floritsiinin – kahden voimakkaan antioksidatiivisen dihydrokalkonin – uuton optimointiin. Sauvatyyppisellä Hielscher UP400St -ultraäänilaitteella saavutettiin seuraavat uuttosaannot:

• ~13 µg/g floretiinia
• ~67 µg/g floritsiinia
• ~1 878 µg/g kuiva-ainetta fenolisia yhdisteitä yhteensä
• Antioksidatiivinen aktiivisuus (FRAP): jopa 3,58 mg TE/g

Monipuolisuus – ultraäänikäsittely puristusjäännöksille, mehuille ja smoothieille

Ultraääniuutto ei rajoitu omenan puristusjäännökseen, vaan sitä on sovellettu menestyksekkäästi monenlaisiin hedelmämatriiseihin. Esimerkiksi appelsiinin hedelmälihassa ultraäänikäsittely tehostaa polyfenolien, flavonoidien ja antioksidanttien vapautumista säilyttäen niiden toiminnalliset ominaisuudet. Myös sitrushedelmien – kuten greipin, sitruunan ja appelsiinin – kuoret sisältävät runsaasti pektiinejä ja fenolisia yhdisteitä, jotka voidaan vapauttaa tehokkaasti kavitaation aiheuttaman soluseinämien hajotuksen avulla. Jopa rypäleen siemenet, jotka tunnetaan runsaasta polyfenolipitoisuudestaan (esim. katekiinit ja proantosyanidiinit), reagoivat hyvin ultraäänikäsittelyyn ja tuottavat suuria antioksidanttipitoisuuksia. Tämä monipuolinen soveltuvuus eri kasvikudoksiin korostaa ultraäänikäsittelyn asemaa luotettavana työkaluna bioaktiivisten yhdisteiden ympäristöystävällisessä uutossa erilaisista maatalousteollisuuden sivutuotteista.

Lisäksi valmistajan Hielscher ultraäänilaitteiden monipuolisuus ulottuu erilaisiin tuotteisiin ja sovelluksiin:

• Nestefaasissa tapahtuva uutto mehuissa ja soseissa
• Kasvipohjaisten juomien ja emulsioiden homogenointi
• Mikrobien ja entsyymien inaktivointi säilyvyyden pidentämiseksi ilman lämpövaurioita

Mehujen ja smoothieiden tuotannossa suuritehoinen ultraäänikäsittely varmistaa:

• Kuitujen ja kiintoaineiden vakaan dispersion
• Paremman suutuntuman
• Fenolisten yhdisteiden paremman biologisen hyötyosuuden
• Aistinvaraisten ja ravitsemuksellisten ominaisuuksien säilymisen

Valmistajan Hielscher ultraäänilaitteiden monipuolinen käyttö yhdistää helposti puristusjäännöksen ja mehun käsittelyn – uutto, homogenointi ja pastörointi onnistuvat samalla ultraäänilaitteistolla.

Kestävyys keskiössä

Ultraäänikäsittely edistää merkittävästi kestävyyttä mahdollistamalla bioaktiivisten yhdisteiden talteenoton arvokkaina tuotteina hedelmien jalostuksen sivutuotteista, jotka muutoin lisäisivät maailmanlaajuista ruokahävikkiä. Mehuteollisuudessa, jossa jopa 25 % hedelmistä ja vihanneksista hylätään sadonkorjuun jälkeen tai jalostuksen aikana, ultraäänikäsittely tarjoaa kohdennetun ja tehokkaan ratkaisun. Esimerkiksi appelsiinin hedelmälihan ja kuoren seosten ultraäänikäsittelyn on osoitettu parantavan ravintokuitujen keskeisiä ominaisuuksia, mikä tukee niiden uudelleenkäyttöä uudenlaisina elintarvikkeiden ainesosina. Tämä hyödyntämistapa vähentää maatalous- ja elintarvikejätteen ympäristökuormitusta ja on myös YK:n kestävän kehityksen tavoitteen 12 mukainen – se edistää vastuullista kulutusta ja tuotantoa.
Ultraäänikäsittely on energiatehokas ja ympäristöystävällinen teknologia – se kuluttaa vähän energiaa ja vähentää voimakkaiden uuttoliuottimien käyttöä, sillä se toimii veden, etanolin vesiliuosten ja NADES-liuottimien kanssa.
Muuttamalla jätevirtoja toiminnallisiksi ainesosiksi ultraäänikäsittely edistää kiertotaloutta ja parantaa elintarvikkeiden jalostusalan ekologista ja taloudellista kestävyyttä.

Paranna puristusjäännöksen käsittelyprosessiasi valmistajan Hielscher ultraäänilaitteilla

Hielscher Ultrasonics on johtava suuritehoisten, laboratorio- ja teollisuussovelluksiin suunniteltujen ultraäänijärjestelmien valmistaja. Sen teolliset ultraäänilaitteet – kuten UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT ja UIP16000hdT – tarjoavat:

• Skaalattavan käsittelykapasiteetin (litroista tonneihin tunnissa)
• Tarkan amplitudin säädön
• Ympärivuorokautisen käytön viikon jokaisena päivänä (24/7) vaativissa ympäristöissä
• Paineistettavat ultraäänireaktorit
• Yhteensopivuuden jatkuvan, suoraan prosessivirrassa tapahtuvan käsittelyn kanssa
• Helpon integroinnin (olemassa oleviin) tuotantolinjoihin

Hielscher-ultraäänilaitteet on jo validoitu julkaistuissa tutkimuksissa polyfenolien, antioksidanttien ja muiden bioaktiivisten yhdisteiden uuttoon, ja niiden tehokkuus ja toistettavuus on osoitettu.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua

Hielscher-ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti suuritehoisia ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät uusinta tekniikkaa edustava teknologia ja käyttäjäystävällisyys. Hielscher-ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL-, CSA- ja RoHs-vaatimukset.

Kirjallisuus / viitteet

• 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.