Ultrazvučna ekstrakcija polifenola iz nusproizvoda proizvodnje maslinova ulja: priča o uspjehu

Komina maslina više nije samo agroindustrijski nusproizvod – ona je vrijedan izvor visokoučinkovitih prirodnih antioksidansa. U ovoj je studiji tvrtka Natural Phenolics optimirala vodenu ekstrakciju polifenola bogatih hidroksitirozolom pomoću sonikatora Hielscher UP400St. Rezultati pokazuju robustan i ponovljiv proces koji se može skalirati, uz postizanje predviđene koncentracije hidroksitirozola od 1609,5 mg/L u optimiranim uvjetima sonikacije. Ovaj rad ističe kako precizna ultrazvučna tehnologija može pretvoriti otpad iz proizvodnje maslinova ulja u vrhunske sirovine biološkog podrijetla za prehrambeni sektor, poljoprivredu i održivu industriju.

Komina maslina – nije nusproizvod, nego resurs bogat antioksidansima

Komina maslina (alperujo) glavni je nusproizvod ekstrakcije maslinova ulja; njezina godišnja svjetska proizvodnja doseže između 13 i 18 milijuna tona. Polifenoli su sekundarni metaboliti prisutni u visokim koncentracijama u ovom agroindustrijskom ostatku. Iako ti spojevi pokazuju izvanredno antioksidacijsko djelovanje, njihova prisutnost u okolišu bez prethodne obrade predstavlja znatan toksikološki izazov. Kao predvodnik u valorizaciji otpada, Natural Phenolics djeluje kako bi riješio taj problem, pretvarajući ovo opterećenje za okoliš u održiv gospodarski resurs. Ekstrakcijom tih visokovrijednih metabolita španjolska tvrtka Natural Phenolics proizvodi vrhunske sirovine biološkog podrijetla. Trenutačno je istraživačko-razvojni odjel tvrtke Natural Phenolics na čelu proizvodnje naprednih biljnih biostimulatora i antioksidacijskih konzervansa za hranu s jednostavnim i transparentnim sastavom.

O tvrtki Natural Phenolics
Natural Phenolics je tvrtka zelene kemije na čelu kružnoga gospodarstva, specijalizirana za valorizaciju komine maslina (alperujo) u punom opsegu. Naprednim održivim postupcima ekstrakcije pretvaramo ovaj složeni agroindustrijski ostatak u vrhunske kemijske sirovine biološkog podrijetla.

Natural Phenolics, tvrtka sa sjedištem u Kataloniji u Španjolskoj, proizvodi visokokvalitetne biostimulatore iz poljoprivrednih nusproizvoda

Spremni ste valorizirati svoju kominu maslina?
Podijelite s nama pojedinosti o svojem procesu proizvodnje maslinova ulja i toku komine. Pomoći ćemo vam odabrati odgovarajuću opremu za ultrazvučnu ekstrakciju kako biste učinkovito i održivo izdvojili visokovrijedne polifenole.

Potreba za učinkovitim i standardiziranim tehnologijama ekstrakcije

U tom je kontekstu odabir odgovarajuće tehnologije ekstrakcije ključan za dobivanje standardiziranih ekstrakata. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) pokazala se kao učinkovita tehnika koja, među ostalim operativnim prednostima, daje ponovljive rezultate, skraćuje vrijeme ekstrakcije i smanjuje potrošnju otapala.
Ovdje Natural Phenolics predstavlja rezultate optimiranja za dobivanje standardiziranih vodenih ekstrakata bogatih hidroksitirozolom (HT) i drugim polifenolima. Kao eksperimentalni model odabran je središnji kompozitni plan. Procjenjivani parametri bili su amplituda i vrijeme ekstrakcije, dok je odziv mjeren kao koncentracija hidroksitirozola. U tu su svrhu upotrijebili sonikator UP400St tvrtke Hielscher Ultrasonics, odabran zbog jednostavnog rukovanja i visoke preciznosti regulacije amplitude.

Eksperimentalni plan ultrazvučne ekstrakcije: optimiranje amplitude i vremena ekstrakcije

Ta je precizna regulacija bila ključna za razlučivanje učinaka akustičke energije od varijabilnosti sirovine. Sve su ekstrakcije provedene uz uporabu osušene komine maslina (udio vlage 20%, veličina čestica 1 mm) i vode kao otapala. Suspenzija je pripremljena uz omjer čvrste i tekuće faze od 40%, a svi su pokusi provedeni pri stalnoj temperaturi od 35°C. Tablica 1 sažeto prikazuje eksperimentalne uvjete procijenjene matricom CCD s 12 pokusa.

Parametar	Maksimum	Minimum	Aksijalna točka	Aksijalna točka
Amplituda %	70	30	78	22
Vrijeme min	30	10	34,1	5,9

U ovoj demonstraciji prikazujemo preciznost i učinkovitost ultrazvučne obrade sondom za ekstrakciju bioaktivnih sastojaka iz maslinova lišća. U videozapisu upotrebljavamo ultrazvučni uređaj UP400St za ekstrakciju bioaktivnih spojeva kao što su polifenoli i flavonoidi, uključujući oleuropein, hidroksitirozol, luteolin i brojne druge fitokemikalije. Ultrazvučna obrada omogućuje visok prinos visokokvalitetnih bioaktivnih spojeva uz primjenu blagih, netoksičnih otapala kao što su voda, zakiseljena voda ili vodena otopina etanola.

Tablica 2 prikazuje procjene kvalitete modela za optimizaciju. Matematički model objasnio je 72,02% ukupne varijabilnosti (R2 = 0,7202), što predstavlja vrlo zadovoljavajuću prilagodbu s obzirom na složenu i inherentno heterogenu prirodu matrice komine maslina. Iako je značajnost modela (P = 0,101) nešto iznad tradicionalnog praga pouzdanosti od 95% zbog strogo ograničenih stupnjeva slobode u matrici s 12 pokusa, izraženi negativni kvadratni koeficijenti b11 = -61,61 i b22 = -71,61 potvrđuju fizikalno utemeljenu paraboličnu kinetiku ekstrakcije.

Parametar
Amplituda b2	67,6604
Vrijeme b2	59,6054
Amplituda2 (b11)	-61,6139
Vrijeme2 (b22)	-71,6058
R2 (b11)	0,7202
Prilagođeni R2	0,4871
F-statistika	3,0892
p-vrijednost	1,011179 x 10-1
Rezidualna standardna pogreška	67,05 mg/L

Ultrazvučna ekstrakcija hidroksitirozola i polifenola iz komine masline: optimizirani proces sa sonikatorom UP400St

Ultrazvučna ekstrakcija polifenola iz komine maslina: lijevo – model odzivne površine metode; desno – konturni dijagram

Pouzdano izdvajanje hidroksitirosola ultrazvučnom ekstrakcijom

Slika 1A prikazuje dijagram odzivne površine optimiziranog modela. Široko crveno područje na maksimalnom platou potvrđuje robusnost procesa jer promjene amplitude unutar raspona 50– 60% ne uzrokuju velike oscilacije koncentracije hidroksitirozola. Pri analizi učinaka pojedinih čimbenika povećanje amplitude s 22% na 50% ima presudan utjecaj, dovodeći do naglog poboljšanja prinosa ekstrakcije. S druge strane, pri vremenima ekstrakcije duljima od 20 minuta prinos se stabilizira, što upućuje na zasićenje otapala u toj fazi. U konačnici je ovim ustrojem uspješno utvrđen konačni operativni optimum pri amplitudi od 61,5% i 24,2 minute sonikacije, uz maksimalnu predviđenu koncentraciju hidroksitirozola od 1609,5 mg/L.

Zaključno, primjena tehnologije Hielscher Ultrasonics bila je temelj za postizanje vrlo ponovljivog i energetski optimiziranog procesa ekstrakcije hidroksitirozola. Iznimna preciznost regulacije amplitude i robusne mehaničke performanse sonotrode UP400St jamče da se ova postignuća u laboratorijskom mjerilu mogu bez poteškoća prenijeti na industrijske sustave s kontinuiranim protokom. Nadalje, uspjeh ove faze optimizacije znatno su ubrzale iznimna tehnička pomoć i lokalna podrška koje je pružio Jover Labtech, zastupnik tvrtke Hielscher u Kataloniji u Španjolskoj. Ova sinergija najsuvremenije akustičke opreme i stručne lokalne inženjerske podrške uspostavlja jasan, izvediv put prema održivoj komercijalnoj valorizaciji agroindustrijske biomase u punom opsegu.

U ovom videu prikazujemo instalaciju sonikatora 2x UIP4000hdt za intenziviranje ekstrakcije ekstra djevičanskog maslinova ulja bogatog polifenolima. Prikazana instalacija radi u sicilijanskoj uljari. U videu se za proizvodnju ekstra djevičanskog maslinova ulja obrađuju nezrele masline sorte Biancolilla. Industrijski sonikatori Hielscher ugrađuju se u uljare radi povećanja prinosa ekstrakcije i kvalitete ekstra djevičanskog maslinova ulja. Kavitacija koju stvara ultrazvuk velike snage razara stanične stijenke i povećava propusnost tkiva ploda masline. To omogućuje bolju ekstrakciju ulja iz maslinova tijesta i veći prinos ulja.

Povezane teme

Česta pitanja: ultrazvučna ekstrakcija polifenola iz komine maslina

Što je komina maslina?

Komina maslina, poznata i kao alperujo, glavni je nusproizvod koji nastaje tijekom ekstrakcije maslinova ulja. Sastoji se od pulpe, kožica i koštica maslina te preostale vode i ulja. Iako se često smatra otpadom, komina maslina sadrži vrijedne bioaktivne spojeve, osobito polifenole poput hidroksitirosola.

Zašto je komina maslina vrijedan izvor polifenola?

Komina maslina sadrži visoke koncentracije fenolnih spojeva sa snažnim antioksidacijskim svojstvima. Ti se spojevi mogu izdvojiti i pretvoriti u prirodne ekstrakte visoke vrijednosti za primjenu u konzerviranju hrane, biljnim biostimulatorima, nutraceutskim sastojcima, kozmetici i drugim primjenama na biološkoj osnovi.

Što je hidroksitirosol?

Hidroksitirosol je jedan od najvažnijih polifenola prisutnih u maslinama i nusproizvodima dobivenima od maslina. Poznat je po snažnom antioksidacijskom djelovanju i vrlo je cijenjen u funkcionalnoj hrani, prirodnim konzervansima, kozmetičkim formulacijama i biostimulacijskim proizvodima za poljoprivredu.

Zašto bi trebalo ekstrahirati polifenole iz komine maslina?

Izdvajanje polifenola iz komine maslina pomaže pretvoriti agroindustrijski ostatak u vrijednu sirovinu. Time se podupiru strategije kružnoga gospodarstva, smanjuje opterećenje okoliša uzrokovano proizvodnjom maslinova ulja i stvaraju nove mogućnosti ostvarivanja prihoda od nusproizvoda koji bi inače zahtijevali zbrinjavanje ili obradu.

Što je ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom?

Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom napredna je tehnika ekstrakcije koja upotrebljava akustičnu energiju za intenziviranje oslobađanja vrijednih spojeva iz biljnih materijala. Ultrazvučna kavitacija poboljšava prijenos tvari između čvrste biomase i otapala, omogućujući bržu, učinkovitiju i reproducibilniju ekstrakciju u usporedbi s mnogim konvencionalnim metodama.

Kako ultrazvuk poboljšava ekstrakciju polifenola iz komine maslina?

Ultrazvuk stvara kavitacijske sile u tekućem mediju, koje pomažu u razaranju biljnih staničnih struktura i poboljšavaju prodiranje otapala u biomasu. To ubrzava oslobađanje polifenola poput hidroksitirozola i može smanjiti vrijeme ekstrakcije, potrošnju otapala i varijabilnost procesa.

Može li se voda upotrebljavati kao otapalo za ultrazvučnu ekstrakciju komine maslina?

Da. Istraživanje pokazuje uporabu vode kao ekstrakcijskog otapala za izdvajanje polifenola bogatih hidroksitirozolom iz osušene komine maslina. To čini proces posebno privlačnim za primjene ekstrakcije koje zadovoljavaju zahtjeve čiste deklaracije, prikladnosti za prehrambenu uporabu i prihvatljivosti za okoliš.

Koja je ultrazvučna oprema upotrijebljena u istraživanju?

U istraživanju je upotrijebljena sonotroda Hielscher Ultrasonics UP400St. Ovaj ultrazvučni procesor odabran je zbog precizne kontrole amplitude, robusnog rada i prikladnosti za kontroliranu optimizaciju ekstrakcije polifenola iz komine maslina u laboratorijskom mjerilu.

Koji su procesni parametri optimizirani?

U istraživanju su optimizirana dva ključna parametra ultrazvučne ekstrakcije: amplituda sonikacije i vrijeme ekstrakcije. Ti su parametri procijenjeni primjenom centralnog kompozitnog plana pokusa kako bi se utvrdio njihov utjecaj na koncentraciju hidroksitirozola u vodenom ekstraktu.

Koji su bili optimizirani uvjeti za ekstrakciju hidroksitirozola?

Optimizirani uvjeti ekstrakcije utvrđeni u istraživanju bili su amplituda od 61,5% i 24,2 minute sonikacije. U tim je uvjetima model predvidio maksimalnu koncentraciju hidroksitirozola od 1609,5 mg/L.

Zašto je kontrola amplitude važna u ultrazvučnoj ekstrakciji?

Kontrola amplitude ključna je jer određuje intenzitet ultrazvučne kavitacije. Precizno podešavanje amplitude omogućuje korisnicima optimizaciju učinkovitosti ekstrakcije, izbjegavanje nepotrebnog unosa energije i proizvodnju reproducibilnijih ekstrakata unatoč prirodnoj varijabilnosti sirovinske biomase poput komine maslina.

Može li se ultrazvučna ekstrakcija komine maslina skalirati?

Da. Ultrazvučna ekstrakcija vrlo je skalabilna kada se procesni parametri poput amplitude, unosa energije, protoka, temperature i vremena zadržavanja pravilno kontroliraju. Istraživanje ističe važnost ultrazvučne tehnologije Hielscher za prijenos optimizacije iz laboratorijskog mjerila u industrijsku obradu s kontinuiranim protokom.

Koji se proizvodi mogu izraditi od polifenolnih ekstrakata komine maslina?

Ekstrakti komine maslina bogati polifenolima mogu se upotrebljavati u raznim primjenama visoke vrijednosti, uključujući prirodne antioksidacijske konzervanse za hranu, biljne biostimulanse, kozmetičke sastojke, nutraceutske formulacije i specijalne sastojke na biološkoj osnovi.

Kako ultrazvučna ekstrakcija podupire održivu proizvodnju maslinova ulja?

Ultrazvučna ekstrakcija podupire održivu proizvodnju maslinova ulja valorizacijom komine maslina umjesto postupanja s njom isključivo kao s otpadom. Izdvajanjem vrijednih antioksidansa iz tog nusproizvoda proizvođači mogu smanjiti utjecaj na okoliš, poboljšati učinkovitost uporabe resursa i stvoriti dodatne tokove vrijednosti.

Mogu li se ultrazvučni sustavi Hielscher upotrebljavati za industrijsku valorizaciju komine maslina?

Da. Ultrazvučni sustavi Hielscher prikladni su za razvoj procesa, ispitivanja u pilot-mjerilu i ekstrakciju u industrijskom mjerilu. Precizna kontrola ultrazvučnih parametara i dostupnost u skalabilnim konfiguracijama čine ih vrlo prikladnima za kontinuiranu obradu komine maslina i drugih tokova agroindustrijske biomase.

Literatura / Reference

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).