מיצוי אולטרסוני של גפת – הפקה בת־קיימה של תרכובות פעילות ביולוגית

תוצרי לוואי של עיבוד פירות, ובמיוחד גפת, מהווים מאגר בלתי מנוצל של תרכובות פעילות ביולוגית בעלות יישומים פוטנציאליים בנוטרצבטיקה, בהעשרת מזון ובתעשיית התרופות. עם זאת, הפקה יעילה ובת־קיימה של תרכובות אלה נותרת אתגר טכני. מבין טכנולוגיות המיצוי הירוק המתפתחות, מיצוי בסיוע אולטרסאונד באמצעות סוניקטורים מסוג גשושית משיג נצולות הפקה יוצאות דופן. סוניקציה מאפשרת מיצוי מהיר וחסכוני בממסים של תרכובות פנוליות, חומצות טריטרפניות ותרכובות פעילות ביולוגית אחרות ממטריצות צמחיות כגון גפת תפוחים.

השבחה יעילה של תוצרי לוואי של פירות באמצעות מיצוי אולטרסוני

מיצוי אולטרסוני של גפת הוא דרך יעילה להשבחת תוצר הלוואי של ייצור מיץ, יין וסיידר – זהו פתרון מאומת מדעית, שניתן להרחבה לקנה מידה תעשייתי, שכבר מיושם בתעשייה ושהוא כלכלי להשבחת פסולת פירות. מכיוון שסוניקציה היא יעילה ורב־תכליתית, היא מציעה אסטרטגיית מיצוי ירוקה לניצול הפוטנציאל של תוצרי לוואי מענפי החקלאות והמזון, כגון גפת תפוחים.
כפי שעולה ממחקרים עדכניים, שילוב של זמני סוניקציה קצרים, ריכוזי אתנול מתונים ואמפליטודה מבוקרת מאפשר הפקה בררנית ויעילה של תרכובות המקדמות בריאות.
בחתירה למעגליות, סוניקציה אינה רק כלי – סוניקציה פירושה הגברת עוצמת התהליך ויעילותו.

השבחת גפת באמצעות מיצוי אולטרסוני

גפת פירות, תוצר לוואי של ייצור מיץ ויין, מורכבת מקליפות, ציפה, זרעים וגבעולים. בעבר נעשה בגפת שימוש מועט או שהיא יועדה ליישומים בעלי ערך נמוך, כגון מזון לבעלי חיים או ביומסה; כיום היא מוכרת כמקור בעל ערך לפוליפנולים (למשל, גליקוזידים של קוורצטין, פלורידזין), פלבונואידים, דיהידרוכלקונים וחומצות טריטרפניות (בפרט חומצה אורסולית). מולקולות אלה קשורות לתכונות נוגדות חמצון, נוגדות דלקת ואנטימיקרוביאליות.
מיצוי אולטרסוני מציע גישה המשנה מהותית את השבחת הגפת בכך שהוא מאפשר שחרור יעיל של חומרים פעילים ביולוגית אלה. בהשוואה לשיטות מיצוי קונבנציונליות, מיצוי אולטרסוני מספק:

• זמני עיבוד קצרים יותר
• צריכת ממסים נמוכה יותר
• נצולות גבוהות יותר
• תנאי מיצוי מתונים יותר, המשמרים תרכובות רגישות לחום

מה אומר המדע על מיצוי אולטרסוני של גפת

שני מחקרים לדוגמה מדגימים באופן מדעי את היתרונות של מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE) עבור גפת תפוחים.

מחקר 1: Pando Bedriñana ועמיתיו, 2024
באמצעות תכנון ניסויים מרוכב מרכזי, החוקרים מיטבו את המיצוי הבו־זמני של כלל הפוליפנולים ושל חומצה אורסולית מגפת מתעשיית הסיידר באמצעות סוניקטור Hielscher UP200Ht. בתנאים המיטביים (5.1 min, אתנול בריכוז 68%, אמפליטודה של 90%), גפת תפוחים שלמה הניבה:

• ~1300 µg/g של פלבונולים
• ~1200 µg/g של דיהידרוכלקונים
• ~4200 µg/g של חומצה אורסולית

בפרט, מקטע קליפות התפוחים הציג ריכוזים גבוהים אף יותר, כאשר ריכוז החומצה האורסולית הגיע ל־8500 µg/g חומר יבש. הפעילות נוגדת החמצון של המיצויים נמצאה במתאם חזק עם תכולת הפוליפנולים, ומידול מתמטי אישר את יעילות המיצוי.

מחקר 2: Razola-Díaz ועמיתיו, 2022
עבודה זו התמקדה במיטוב המיצוי של פלורטין ופלורידזין – שני דיהידרוכלקונים בעלי פעילות נוגדת חמצון חזקה. באמצעות סוניקטור מסוג גשושית Hielscher UP400St, החוקרים השיגו את נצולות המיצוי הבאות:

• ~13 µg/g של פלורטין
• ~67 µg/g של פלורידזין
• כלל התרכובות הפנוליות: ~1878 µg/g משקל יבש
• פעילות נוגדת חמצון (FRAP): עד 3.58 mg TE/g

רב־תכליתיות – סוניקציה לגפת, למיצים ולשייקים

מיצוי אולטרסוני אינו מוגבל לגפת תפוחים; הוא יושם בהצלחה במגוון רחב של מטריצות פרי. בציפת פירות כגון תפוז, סוניקציה מגבירה את שחרורם של פוליפנולים, פלבונואידים ונוגדי חמצון, תוך שמירה על שלמותם התפקודית. בדומה לכך, קליפות של פירות הדר – ובהם אשכולית, לימון ותפוז – עשירות בפקטינים ובתרכובות פנוליות, שניתן לשחרר ביעילות באמצעות פירוק דופן התא הנגרם מקוויטציה. אפילו זרעי ענבים, הידועים בתכולת הפוליפנולים הגבוהה שלהם (למשל קטכינים ופרואנתוציאנידינים), מגיבים היטב לטיפול אולטרסוני ומניבים ריכוזים גבוהים של נוגדי חמצון. רב־תכליתיות זו במגוון רקמות צמחיות מדגישה את מעמדה של הסוניקציה ככלי רב־עוצמה למיצוי ירוק של חומרים פעילים ביולוגית מתוצרי לוואי מגוונים של התעשייה החקלאית.

יתר על כן, הרב־תכליתיות של מכשירי הסוניקציה של Hielscher באה לידי ביטוי במגוון מוצרים ויישומים:

• מיצוי בפאזה נוזלית במיצים ובמחיות
• הומוגניזציה של משקאות על בסיס צמחי ושל תחליבים
• השבתת מיקרואורגניזמים ואנזימים להארכת חיי המדף ללא נזק תרמי

בייצור מיצים ושייקים, סוניקציה בעלת ביצועים גבוהים מבטיחה:

• פיזור יציב של סיבים ומוצקים
• תחושת פה משופרת
• זמינות ביולוגית מוגברת של תרכובות פנוליות
• שימור תכונות חושיות ותזונתיות

השימוש הרב־תכליתי במכשירי הסוניקציה של Hielscher מגשר בקלות על הפער בין עיבוד גפת לעיבוד מיצים – ומאפשר מיצוי, הומוגניזציה ופסטור באמצעות אותה מערכת אולטרסונית.

זרקור על קיימות

טיפול אולטרסוני תורם תרומה משמעותית לקיימות בכך שהוא מאפשר הפקה בעלת ערך גבוה של תרכובות פעילות ביולוגית מתוצרי לוואי של עיבוד פירות, שאחרת היו תורמים לפסולת המזון העולמית. בתעשיית המיצים, שבה עד 25% מהפירות והירקות מושלכים לאחר הקטיף או במהלך העיבוד, סוניקציה מציעה פתרון ממוקד ויעיל. לדוגמה, הוכח שטיפול אולטרסוני בתערובות של ציפת תפוז וקליפתו משפר תכונות מרכזיות של סיבים תזונתיים, ובכך תומך בשימוש חוזר בהם כרכיבי מזון חדשניים. מסלול זה להשבחת תוצרי לוואי לא רק מפחית את הנטל הסביבתי של פסולת מתעשיית החקלאות והמזון, אלא גם עולה בקנה אחד עם יעד 12 של האו״ם לפיתוח בר־קיימא – קידום צריכה וייצור אחראיים.
חשוב לציין שסוניקציה היא טכנולוגיה ירוקה ויעילה מבחינה אנרגטית – היא דורשת צריכת אנרגיה נמוכה ומפחיתה את השימוש בממסי מיצוי אגרסיביים, שכן היא פועלת עם מים, אתנול מימי ו-NADES.
באמצעות הפיכת זרמי פסולת לרכיבים פונקציונליים, סוניקציה תורמת לכלכלה מעגלית ומשפרת הן את הקיימות האקולוגית והן את הקיימות הכלכלית בענף עיבוד המזון.

שפרו את תהליך עיבוד הגפת שלכם באמצעות מכשירי הסוניקציה של Hielscher

Hielscher Ultrasonics היא יצרנית מובילה של מערכות אולטרסוניות בעלות ביצועים גבוהים, המיועדות ליישומים מעבדתיים ותעשייתיים כאחד. מכשירי הסוניקציה התעשייתיים שלה – כגון UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT ו-UIP16000hdT – מציעים:

• תפוקה הניתנת להגדלה בקנה מידה (מליטרים ועד טונות לשעה)
• בקרה מדויקת על המשרעת
• פעולה 24/7 בסביבות תובעניות
• ריאקטורים אולטרסוניים הניתנים להפעלה בלחץ
• התאמה לעיבוד רציף בקו
• שילוב פשוט בקווי ייצור (קיימים)

מכשירי הסוניקציה של Hielscher כבר תוקפו במחקרים שפורסמו למיצוי פוליפנולים, נוגדי חמצון ותרכובות פעילות ביולוגית אחרות, עם יעילות והדירות מוכחות.

הטבלה שלהלן מספקת אינדיקציה לקיבולת העיבוד המשוערת של המכשירים האולטרסוניים שלנו:

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

מכשירי האולטרסאונד של Hielscher ידועים בסטנדרטים הגבוהים ביותר שלהם לאיכות ולתכנון. עמידות ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של מכשירי האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. מכשירי האולטרסאונד של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.

Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירי אולטרסאונד בעלי ביצועים גבוהים, המצוידים בטכנולוגיה מתקדמת ביותר ומציעים נוחות שימוש. כמובן, מכשירי האולטרסאונד של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.

ספרות / מקורות

• 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.