מיצוי פוליפנולים באמצעות אולטרסאונד מתוצרי לוואי של שמן זית: סיפור הצלחה

תוצרי לוואי של זיתים אינם עוד רק תוצר לוואי של התעשייה החקלאית – הם מהווים מקור יקר ערך לנוגדי חמצון טבעיים בעלי יעילות גבוהה. במחקר זה, Natural Phenolics ביצעה אופטימיזציה של מיצוי מימי של פוליפנולים עשירים בהידרוקסיטירוסול באמצעות מכשיר הסוניקציה UP400St של Hielscher. התוצאות מדגימות תהליך יציב, ניתן לשחזור וניתן להרחבה, המשיג ריכוז צפוי של הידרוקסיטירוסול של 1609.5 מ"ג/ל' בתנאי סוניקציה מיטביים. עבודה זו מדגישה כיצד טכנולוגיית אולטרסאונד מדויקת יכולה להפוך פסולת שמן זית לחומרי גלם ביולוגיים מובחרים לתעשיית המזון, החקלאות והתעשייה בת-קיימא.

תוצרי לוואי של זית – לא תוצר לוואי, אלא משאב עשיר בנוגדי חמצון

תוצרי לוואי של זיתים (אלפרוחו) הם התוצר העיקרי של תהליך הפקת שמן זית; הייצור השנתי העולמי שלהם מגיע ל-13 עד 18 מיליון טון. פוליפנולים הם מטבוליטים משניים הנמצאים בריכוזים גבוהים בשאריות חקלאיות-תעשייתיות אלה. אף על פי שתרכובות אלו מפגינות פעילות נוגדת חמצון יוצאת דופן, נוכחותן בסביבה ללא טיפול מהווה אתגר טוקסיקולוגי משמעותי. כחלוצה בתחום מיצוי הפסולת, חברת Natural Phenolics נכנסת לתמונה כדי לטפל בבעיה זו, והופכת את הנטל הסביבתי הזה לנכס כלכלי בר-קיימא. באמצעות מיצוי המטבוליטים בעלי הערך הגבוה הללו, החברה הספרדית Natural Phenolics מייצרת חומרי גלם ביולוגיים מובחרים. כיום, ה-R&חברת D of Natural Phenolics עומדת בחזית הייצור של ביו-ממריצים צמחיים מתקדמים וחומרים משמרים נוגדי חמצון למזון בעלי תווית נקייה.

חברת Natural Phenolics, שממוקמת בקטלוניה, ספרד, מייצרת ביו-ממריצים באיכות גבוהה מתוצרי לוואי חקלאיים

מוכנים להפיק ערך מוסף מגריסי הזיתים שלכם?
שתפו אותנו בפרטים על תהליך ייצור שמן הזית שלכם ועל זרם הגפת. אנו נעזור לכם לבחור את מערכת החילוץ הקולית המתאימה ביותר, כדי להפיק פוליפנולים בעלי ערך גבוה בצורה יעילה ובת-קיימא.

הצורך בטכנולוגיות מיצוי יעילות ואחידות

על רקע זה, בחירת טכנולוגיית החילוץ הנכונה היא גורם מכריע בהפקת תמציות סטנדרטיות. חילוץ בסיוע אולטרסאונד (UAE) התגלה כטכניקה יעילה המספקת תוצאות שניתן לשחזר, מקצרת את משך החילוץ ומפחיתה את צריכת הממס, בין יתרונות תפעוליים נוספים.
במאמר זה, Natural Phenolics מציגה את תוצאות האופטימיזציה להשגת תמציות מימיות סטנדרטיות העשירות בהידרוקסיטירוסול (HT) ובפוליפנולים אחרים. כמודל הניסויי נבחר תכנון מרוכב מרכזי. הפרמטרים שהוערכו היו משרעת החילוץ ומשך הזמן, בעוד שהתגובה נמדדה במונחים של ריכוז הידרוקסיטירוסול. למטרה זו, נעשה שימוש במכשיר האולטרסוניק UP400St של Hielscher Ultrasonics, שנבחר בזכות תפעולו הידידותי למשתמש ודיוקו הגבוה בבקרת המשרעת.

תכנון ניסויי של מיצוי באמצעות גלי קול: אופטימיזציה של משרעת ומשך המיצוי

בקרה מדויקת זו הייתה חיונית להפרדת השפעות האנרגיה האקוסטית מהשונות בחומר הגלם. כל תהליכי החילוץ בוצעו באמצעות גרעיני זית מיובשים (תכולת לחות של 20%, גודל חלקיקים של 1 מ"מ) ומים כממס. התערובת הוכנה ביחס של 40% מוצק לנוזל, וכל הניסויים בוצעו בטמפרטורה קבועה של 35°C. טבלה 1 מסכמת את תנאי הניסוי שהוערכו באמצעות מטריצת CCD של 12 ריצות.

פרמטר	מקסימום	מינימום	נקודה צירית	נקודה צירית
אמפליטודה %	70	30	78	22
דקה	30	10	34.1	5.9

בהדגמה זו, אנו מציגים את הדיוק והיעילות של סוניקציה מסוג בדיקה למיצוי מרכיבים ביו-אקטיביים מעלי זית. בסרטון, אנו משתמשים בסוניקטור UP400St כדי לחלץ תרכובות ביו-אקטיביות כגון פוליפנולים ופלבנואידים כולל אולאורופאין, הידרוקסיטירוסול, לוטאולין, בין פיטוכימיקלים רבים אחרים. סוניקציה מחלצת תפוקות גבוהות של תרכובות ביו-אקטיביות באיכות גבוהה באמצעות ממיסים עדינים ולא רעילים כגון מים, מים חומציים או אתנול מימי.

טבלה 2 מציגה את הערכות איכות המודל עבור תהליך האופטימיזציה. המודל המתמטי הסביר 72.02% מהשונות הכוללת (R² = 0.7202), מה שמעיד על התאמה משביעת רצון ביותר בהתחשב באופי המורכב וההטרוגני מטבעו של מטריצת שאריות הזיתים. למרות שמשמעות המודל (P = 0.101) נמצאת מעט מעל לסף הביטחון המסורתי של 95% בשל דרגות החופש המוגבלות מאוד במטריצה בת 12 הריצות, המקדמים הריבועיים השליליים החזקים b11 = -61.61 ו-b22 = -71.61 מאשרים קינטיקה פרבולית של מיצוי, התואמת את החוקים הפיזיקליים.

פרמטר
משרעת b2	67.6604
זמן b2	59.6054
Amplitude2 (b11)	-61.6139
הגיע הזמן	-71.6058
R2 (b11)	0.7202
R2 מותאם	0.4871
הערך הסטטיסטי F	3.0892
ערך p	1.01117910 בחזקת מינוס 1
שגיאת תקן שיורית	67.05 מ"ג/ל'

מיצוי הידרוקסיטירוסול ופוליפנולים באמצעות אולטרסאונד מתוצרי לוואי של זיתים: תהליך משופר באמצעות מכשיר האולטרסאונד UP400St

מיצוי פוליפנולים באמצעות אולטרסאונד מתוצרי לוואי של זיתים: משמאל – מודל משטח התגובה של השיטה; מימין – תרשים קווי גובה

הפקת הידרוקסיטירוסול ביעילות גבוהה באמצעות מיצוי קולי

איור 1A מציג את תרשים משטח התגובה של המודל המותאם. האזור האדום הרחב בשיא המישור מאשר את חוסן התהליך, שכן שינויים במשרעת בטווח של 50–60% אינם גורמים לתנודות משמעותיות בריכוז ההידרוקסיטירוסול. בניתוח השפעות הגורמים הבודדים, הגדלת המשרעת מ-22% ל-50% משפיעה באופן קריטי ומביאה לשיפור חד בתפוקת החילוץ. לעומת זאת, זמני מיצוי העולים על 20 דקות מייצבים את התפוקה, מה שמרמז על רוויה של הממס בשלב זה. בסופו של דבר, מבנה זה זיהה בהצלחה אופטימום תפעולי מובהק בעוצמה של 61.5% ובמשך 24.2 דקות של טיפול קולי, מה שמניב ריכוז הידרוקסיטירוסול צפוי מרבי של 1609.5 מ"ג/ל'.

לסיכום, השימוש בטכנולוגיית Hielscher Ultrasonics היווה אבן דרך בהשגת תהליך בעל יכולת שחזור גבוהה ומותאם אנרגטית למיצוי הידרוקסיטירוסול. הדיוק יוצא הדופן בבקרת המשרעת והביצועים המכניים החזקים של הסונוטרוד UP400St מבטיחים כי אבני דרך בקנה מידה מעבדתי אלו ניתנות לתרגום חלק למערכות תעשייתיות בעלות זרימה רציפה. יתר על כן, הצלחתו של שלב האופטימיזציה הזה הואצה באופן משמעותי הודות לסיוע הטכני יוצא הדופן ולתמיכה המקומית שסיפקה Jover Labtech, נציגי Hielscher בקטלוניה, ספרד. הסינרגיה הזו בין חומרה אקוסטית מתקדמת לבין תמיכה הנדסית מומחית מקומית יוצרת נתיב מובהק ובר-קיימא לקראת מיצוי מסחרי בר-קיימא ובקנה מידה מלא של ביומסה חקלאית-תעשייתית.

בסרטון זה, אנו מראים לכם התקנה של 2x UIP4000hdt sonicators למיצוי מוגבר של שמן זית כתית מעולה עשיר בפוליפנולים. המיצב המוצג מופעל בפרנטויו סיציליאני. בסרטון, זן ביאנקולייה בוסר עובדו לייצור שמן זית כתית מעולה. הסוניקטורים התעשייתיים של Hielscher מותקנים בטחנות שמן זית כדי להגדיל את תשואת המיצוי ואת האיכות של שמן זית כתית מעולה. קביטציה הנוצרת על ידי אולטרסאונד כוח מפרקת את דפנות התאים ומגדילה את החדירות של רקמת פרי הזית. זה מוביל למיצוי טוב יותר של שמן ממשחת הזית, וכתוצאה מכך יבולים גבוהים יותר של שמן.

נושאים קשורים

שאלות נפוצות: מיצוי פוליפנולים באמצעות אולטרסאונד מתוצרי לוואי של זיתים

מהו זית גרוס?

תוצרי לוואי של זיתים, הידועים גם בשם "אלפרוחו", הם התוצר העיקרי הנוצר בתהליך הפקת שמן זית. הם מורכבים מבשר הזית, הקליפות, הגרעינים, וכן משאריות מים ושמן. אף שלעתים קרובות הם נחשבים לפסולת, תוצרי לוואי של זיתים מכילים תרכובות ביו-אקטיביות בעלות ערך, ובמיוחד פוליפנולים כגון הידרוקסיטירוסול.

מדוע גפת זיתים מהווה מקור חשוב לפוליפנולים?

תוצרי לוואי של זיתים מכילים ריכוזים גבוהים של תרכובות פנוליות בעלות תכונות נוגדות חמצון חזקות. ניתן להפיק תרכובות אלה ולהפוך אותן לתמציות טבעיות בעלות ערך גבוה, המשמשות לשימור מזון, כביו-ממריצים לצמחים, כמרכיבים בתוספי תזונה, בתעשיית הקוסמטיקה וביישומים ביולוגיים אחרים.

מהו הידרוקסיטירוסול?

הידרוקסיטירוסול הוא אחד הפוליפנולים החשובים ביותר הנמצאים בזיתים ובתוצרי לוואי המופקים מזיתים. הוא ידוע בפעילותו האנטי-חמצונית העוצמתית, והוא מוערך מאוד בתעשיית המזון הפונקציונלי, בחומרים משמרים טבעיים, בתכשירים קוסמטיים ובמוצרים ביו-ממריצים לחקלאות.

מדוע כדאי להפיק פוליפנולים מגפת זיתים?

הפקת פוליפנולים מתוצרי לוואי של זיתים מסייעת בהפיכת פסולת חקלאית-תעשייתית לחומר גלם בעל ערך. הדבר תומך באסטרטגיות של כלכלה מעגלית, מפחית את העומס הסביבתי הכרוך בייצור שמן זית, ויוצר הזדמנויות הכנסה חדשות מתוצרי לוואי שאחרת היה צורך לסלקם או לטפל בהם.

מהי עקירת שן בסיוע אולטרסאונד?

מיצוי בסיוע אולטרסאונד הוא טכניקת מיצוי מתקדמת המשתמשת באנרגיה אקוסטית כדי להגביר את שחרורם של תרכובות בעלות ערך מחומרי צמחים. תופעת הקוויטציה האולטרסונית משפרת את העברת המסה בין הביומסה המוצקה לממס, ומאפשרת מיצוי מהיר, יעיל וניתן לשחזור יותר בהשוואה לשיטות קונבנציונליות רבות.

כיצד משפר האולטרסאונד את מיצוי הפוליפנולים מתוצרי לוואי של זיתים?

אולטרסאונד יוצר כוחות קוויטציה במדיום הנוזלי, המסייעים בפירוק מבני התאים הצמחיים ומשפרים את חדירת הממס לתוך הביומסה. תהליך זה מאיץ את שחרורם של פוליפנולים כגון הידרוקסיטירוסול, ויכול לקצר את משך המיצוי, להפחית את צריכת הממס ולהפחית את השונות בתהליך.

האם ניתן להשתמש במים כממס לצורך מיצוי אולטראסוני של שאריות זיתים?

כן. המחקר מדגים את השימוש במים כממס מיצוי לשם הפקת פוליפנולים עשירים בהידרוקסיטירוסול מגריסי זיתים מיובשים. דבר זה הופך את התהליך לאטרקטיבי במיוחד ליישומים של מיצוי המתאימים לתוויות "נקי", למזון ולסביבה.

איזה ציוד אולטראסוני שימש במחקר?

במחקר נעשה שימוש בסונוטרוד UP400St של חברת Hielscher Ultrasonics. מעבד הקול האולטראסוני הזה נבחר בזכות בקרת המשרעת המדויקת שלו, הביצועים האמינים וההתאמה שלו לאופטימיזציה מבוקרת בקנה מידה מעבדתי של מיצוי פוליפנולים מתוצרי לוואי של זיתים.

אילו פרמטרים בתהליך עברו אופטימיזציה?

במחקר אופטימיזציה של שני פרמטרים מרכזיים של מיצוי באמצעות אולטרסאונד: משרעת האולטרסאונד ומשך המיצוי. פרמטרים אלה נבדקו באמצעות תכנון מרוכב מרכזי כדי לקבוע את השפעתם על ריכוז ההידרוקסיטירוסול בתמצית המימית.

מה היו התנאים האופטימליים להפקת הידרוקסיטירוסול?

תנאי החילוץ האופטימליים שזוהו במחקר היו משרעת של 61.5% ומשך של 24.2 דקות של טיפול באולטרסאונד. בתנאים אלה, המודל חזה ריכוז מקסימלי של הידרוקסיטירוסול של 1609.5 מ"ג/ל'.

מדוע בקרת המשרעת חשובה בחילוץ באמצעות גלי קול?

בקרת המשרעת היא קריטית, שכן היא קובעת את עוצמת הקוויטציה האולטראסונית. כוונון מדויק של המשרעת מאפשר למשתמשים לייעל את יעילות החילוץ, להימנע מצריכת אנרגיה מיותרת, ולהפיק תמציות בעלות רמת שעתוק גבוהה יותר, למרות השונות הטבעית בחומרי הגלם הביולוגיים, כגון גרעיני זית.

האם ניתן להגדיל את היקף הייצור של מיצוי באמצעות אולטרסאונד של שאריות זיתים?

כן. מיצוי באמצעות אולטרסאונד הוא תהליך בעל יכולת הרחבה רבה, כאשר פרמטרים כגון משרעת, צריכת אנרגיה, קצב זרימה, טמפרטורה וזמן שהייה נשלטים כראוי. המחקר מדגיש את הרלוונטיות של טכנולוגיית האולטרסאונד של Hielscher בהפיכת אופטימיזציה בקנה מידה מעבדתי לעיבוד תעשייתי בזרימה רציפה.

אילו מוצרים ניתן לייצר מתמציות פוליפנולים של גפת זיתים?

תמציות עשירות בפוליפנולים המופקות מגפת זיתים יכולות לשמש במגוון יישומים בעלי ערך גבוה, בהם חומרים משמרים טבעיים בעלי פעילות נוגדת חמצון למזון, חומרים ביו-ממריצים לצמחים, מרכיבים קוסמטיים, תרכובות תזונתיות ומרכיבים מיוחדים על בסיס ביולוגי.

כיצד תורמת מיצוי באמצעות אולטרסאונד לייצור שמן זית בר-קיימא?

מיצוי באמצעות גלי קול תורם לייצור שמן זית בר-קיימא, בכך שהוא מאפשר ניצול של גפת הזיתים במקום להתייחס אליה כאל פסולת בלבד. באמצעות מיצוי נוגדי חמצון בעלי ערך מתוצר לוואי זה, היצרנים יכולים לצמצם את ההשפעה הסביבתית, לשפר את היעילות במשאבים וליצור מקורות ערך נוספים.

האם ניתן להשתמש במערכות האולטראסוניות של Hielscher לצורך מיצוי ערך של גפת זיתים בתעשייה?

כן. מערכות האולטראסאונד של Hielscher מתאימות לפיתוח תהליכים, לניסויים פיילוט ולמיצוי בקנה מידה תעשייתי. השליטה המדויקת בפרמטרים האולטראסוניים והזמינות בתצורות הניתנות להרחבה הופכות אותן למתאימות במיוחד לעיבוד רציף של שאריות זיתים וזרמי ביומסה חקלאיים-תעשייתיים אחרים.

ספרות / מקורות

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).