Ultrazvučna ekstrakcija komine – održivo izdvajanje bioaktivnih spojeva

Nusproizvodi prerade voća, osobito komina, predstavljaju neiskorišten izvor bioaktivnih spojeva s potencijalnom primjenom u nutraceuticima, obogaćivanju hrane i farmaceutskim proizvodima. Ipak, učinkovito i održivo izdvajanje tih spojeva ostaje tehnički izazov. Među novim zelenim tehnologijama ekstrakcije, ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom uz uporabu sonikatora sa sondom postiže iznimne prinose izdvajanja. Obrada ultrazvukom omogućuje brzu ekstrakciju fenolnih spojeva, triterpenskih kiselina i drugih bioaktivnih spojeva iz biljnih matrica poput jabučne komine uz učinkovitu uporabu otapala.

Učinkovita valorizacija nusproizvoda voća ultrazvučnom ekstrakcijom

Ultrazvučna ekstrakcija komine učinkovit je način valorizacije nusproizvoda proizvodnje sokova, vina i jabukovače – ona je znanstveno potvrđeno, industrijski skalabilno i primijenjeno te ekonomično rješenje za valorizaciju voćnog otpada. Budući da je sonikacija učinkovita i svestrana, nudi zelenu strategiju ekstrakcije za iskorištavanje potencijala poljoprivredno-prehrambenih nusproizvoda poput jabučne komine.
Kako pokazuju nedavna istraživanja, kombiniranje kratkog trajanja sonikacije, umjerenih koncentracija etanola i kontrolirane amplitude omogućuje selektivno i učinkovito izdvajanje spojeva koji povoljno djeluju na zdravlje.
U nastojanju da se postigne kružnost, sonikacija nije samo alat – sonikacija znači intenzifikaciju i učinkovitost procesa.

Valorizacija komine ultrazvučnom ekstrakcijom

Voćna komina, nusproizvod proizvodnje sokova i vina, sastoji se od kore, pulpe, sjemenki i peteljki. Komina, koja se tradicionalno nedovoljno iskorištavala ili se koristila za namjene niske vrijednosti poput stočne hrane ili biomase, danas je prepoznata kao vrijedan izvor polifenola (npr. kvercetinskih glikozida, florizina), flavonoida, dihidrohalkona i triterpenskih kiselina (osobito ursolne kiseline). Te se molekule povezuju s antioksidacijskim, protuupalnim i antimikrobnim svojstvima.
Ultrazvučna ekstrakcija nudi transformativan pristup valorizaciji komine omogućujući učinkovito oslobađanje tih bioaktivnih spojeva. U usporedbi s konvencionalnim metodama ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija omogućuje:

• Kraće vrijeme obrade
• Manju potrošnju otapala
• Veće prinose
• Blaže uvjete ekstrakcije uz očuvanje spojeva osjetljivih na toplinu

Što znanost kaže o ultrazvučnoj ekstrakciji komine

Dvije ogledne studije znanstveno dokazuju prednosti ekstrakcije potpomognute ultrazvukom (UAE) za jabučnu kominu.

Studija 1: Pando Bedriñana i sur., 2024
Primjenom centralnog kompozitnog plana pokusa istraživači su optimizirali istodobnu ekstrakciju ukupnih polifenola i ursolne kiseline iz komine iz industrije jabukovače pomoću sonikatora Hielscher UP200Ht. U optimiziranim uvjetima (5,1 min, 68% etanola, 90% amplitude), iz cjelovite jabučne komine dobiveno je:

• ~1300 µg/g flavonola
• ~1200 µg/g dihidrohalkona
• ~4200 µg/g ursolne kiseline

Posebno valja istaknuti da je frakcija kore jabuke pokazala još više koncentracije, pri čemu je koncentracija ursolne kiseline dosegnula 8500 µg/g suhe tvari. Antioksidacijska aktivnost ekstrakata snažno je korelirala sa sadržajem polifenola, a matematičko modeliranje potvrdilo je učinkovitost ekstrakcije.

Studija 2: Razola-Díaz i sur., 2022
Ovaj je rad bio usmjeren na optimizaciju ekstrakcije floretina i florizina – dvaju dihidrohalkona sa snažnim antioksidacijskim djelovanjem. Uporabom sonikatora sa sondom Hielscher UP400St dobiveni su sljedeći prinosi ekstrakcije:

• ~13 µg/g floretina
• ~67 µg/g florizina
• Ukupni fenolni spojevi: ~1878 µg/g suhe mase
• Antioksidacijska aktivnost (FRAP): do 3,58 mg TE/g

Svestranost – sonikacija za kominu, sokove i smoothieje

Ultrazvučna ekstrakcija nije ograničena na kominu jabuke; uspješno je primijenjena na širok raspon voćnih matriksa. U pulpi voća poput naranče sonikacija pospješuje oslobađanje polifenola, flavonoida i antioksidansa, uz očuvanje njihove funkcionalne cjelovitosti. Slično tome, kore agruma – uključujući grejp, limun i naranču – bogate su pektinima i fenolnim spojevima koji se mogu učinkovito osloboditi razaranjem staničnih stijenki izazvanim kavitacijom. Čak i sjemenke grožđa, poznate po visokom sadržaju polifenola (npr. katehina i proantocijanidina), dobro reagiraju na ultrazvučnu obradu, pri čemu se dobivaju visoke koncentracije antioksidansa. Ova svestrana primjenjivost na različita biljna tkiva ističe sonikaciju kao pouzdan alat za zelenu ekstrakciju bioaktivnih spojeva iz raznovrsnih agroindustrijskih nusproizvoda.

Nadalje, svestranost Hielscher sonikatora obuhvaća različite proizvode i primjene:

• Ekstrakcija u tekućoj fazi u sokovima i pireima
• Homogenizacija biljnih napitaka i emulzija
• Inaktivacija mikroorganizama i enzima radi produljenja roka trajanja bez toplinskog oštećenja

U proizvodnji sokova i smoothieja visokoučinkovita sonikacija osigurava:

• Stabilnu disperziju vlakana i krutih tvari
• Poboljšan osjet u ustima
• Povećanu bioraspoloživost fenolnih spojeva
• Očuvanje senzorskih i nutritivnih svojstava

Svestrana primjena Hielscher sonikatora lako povezuje obradu komine i obradu sokova – omogućujući ekstrakciju, homogenizaciju i pasterizaciju istim ultrazvučnim sustavom.

Održivost u središtu pozornosti

Ultrazvučna obrada znatno doprinosi održivosti omogućujući dobivanje visokovrijednih bioaktivnih spojeva iz nusproizvoda prerade voća koji bi inače doprinosili globalnom otpadu od hrane. U industriji sokova, u kojoj se do 25% voća i povrća odbacuje nakon berbe ili tijekom prerade, sonikacija nudi ciljano, učinkovito rješenje. Primjerice, pokazalo se da ultrazvučna obrada mješavina pulpe i kore naranče poboljšava ključna svojstva prehrambenih vlakana, čime podupire njihovu ponovnu uporabu kao novih prehrambenih sastojaka. Ovaj način valorizacije ne samo da smanjuje opterećenje okoliša poljoprivredno-prehrambenim otpadom nego je i usklađen s UN-ovim ciljem održivog razvoja 12 – promicanjem odgovorne potrošnje i proizvodnje.
Važno je istaknuti da je sonikacija energetski učinkovita i zelena tehnologija – zahtijeva malu potrošnju energije i smanjuje uporabu agresivnih ekstrakcijskih otapala jer se može provoditi s vodom, vodenom otopinom etanola i otapalima NADES.
Pretvaranjem tokova otpada u funkcionalne sastojke sonikacija doprinosi kružnom gospodarstvu te poboljšava ekološku i ekonomsku održivost u sektoru prerade hrane.

Unaprijedite svoj postupak obrade komine Hielscher sonikatorima

Hielscher Ultrasonics vodeći je proizvođač visokoučinkovitih ultrazvučnih sustava namijenjenih laboratorijskim i industrijskim primjenama. Njihovi industrijski sonikatori – poput uređaja UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT i UIP16000hdT – nude:

• Skalabilan kapacitet obrade (od litara do tona na sat)
• Preciznu kontrolu amplitude
• Rad 24/7 u zahtjevnim okruženjima
• Ultrazvučne reaktore koji mogu raditi pod tlakom
• Kompatibilnost s kontinuiranom obradom u protočnom sustavu
• Jednostavnu integraciju u (postojeće) proizvodne linije

Hielscher sonikatori već su potvrđeni u objavljenim istraživanjima za ekstrakciju polifenola, antioksidansa i drugih bioaktivnih spojeva, uz dokazanu učinkovitost i ponovljivost.

Tablica u nastavku daje okvirni pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Hielscher ultrazvučni uređaji lako podnose teške uvjete i zahtjevna okruženja.

Hielscher Ultrasonics tvrtka je s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnim rukovanjem. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji sukladni su zahtjevima oznake CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Literatura / Reference

• 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.