A törköly ultrahangos extrakciója – Bioaktív vegyületek fenntartható kinyerése

A gyümölcsfeldolgozás melléktermékei, különösen a törköly, a bioaktív vegyületek kiaknázatlan forrását jelentik, amelyek potenciálisan felhasználhatók nutraceutikumokban, élelmiszerek dúsítására és gyógyszerkészítményekben. E vegyületek hatékony és fenntartható kinyerése azonban továbbra is műszaki kihívást jelent. A feltörekvő környezetbarát extrakciós technológiák közül a szondás ultrahangos készülékekkel végzett, ultrahanggal segített extrakció kiemelkedő kinyerési hozamokat ér el. Az ultrahangos kezelés lehetővé teszi a fenolos vegyületek, triterpénsavak és más bioaktív vegyületek gyors, oldószer-takarékos extrakcióját növényi mátrixokból, például almatörkölyből.

A gyümölcsfeldolgozási melléktermékek hatékony értéknövelő hasznosítása ultrahangos extrakcióval

A törköly ultrahangos extrakciója hatékony módszer a gyümölcslé-, bor- és almaborgyártás melléktermékének értéknövelő hasznosítására – tudományosan igazolt, ipari léptékre bővíthető és iparilag alkalmazott, gazdaságos megoldást kínál a gyümölcshulladék értéknövelő hasznosítására. Mivel az ultrahangos kezelés hatékony és sokoldalú, környezetbarát extrakciós stratégiát kínál az agrár-élelmiszeripari melléktermékekben, például az almatörkölyben rejlő lehetőségek kiaknázására.
Amint azt a legújabb kutatások igazolják, a rövid ultrahangos kezelési idők, a mérsékelt etanolkoncentrációk és a szabályozott amplitúdó kombinálása lehetővé teszi az egészséget támogató vegyületek szelektív és hatékony kinyerését.
A körforgásosságra való törekvésben az ultrahangos kezelés nem csupán eszköz – az ultrahangos kezelés folyamatintenzifikálást és hatékonyságot jelent.

A törköly értéknövelő hasznosítása ultrahangos extrakcióval

A gyümölcstörköly a gyümölcslé- és borgyártás mellékterméke, amely héjból, gyümölcshúsból, magokból és szárakból áll. A hagyományosan nem kellően hasznosított vagy alacsony értékű felhasználásra, például állati takarmányként vagy biomasszaként való alkalmazásra szánt törkölyt ma már a polifenolok (például kvercetin-glikozidok, floridzin), flavonoidok, dihidrokalkonok és triterpénsavak (különösen az urzolsav) értékes forrásának tekintik. Ezekhez a molekulákhoz antioxidáns, gyulladáscsökkentő és antimikrobiális tulajdonságokat társítanak.
Az ultrahangos extrakció alapvetően új megközelítést kínál a törköly értéknövelő hasznosításához, mivel lehetővé teszi e bioaktív vegyületek hatékony felszabadítását. A hagyományos extrakciós módszerekhez képest az ultrahangos extrakció a következőket biztosítja:

• Rövidebb feldolgozási idők
• Alacsonyabb oldószer-felhasználás
• Nagyobb hozamok
• Kíméletesebb extrakciós körülmények, amelyek megőrzik a hőérzékeny vegyületeket

Mit mond a tudomány a törköly ultrahangos extrakciójáról?

Két szemléltető tanulmány tudományosan igazolja az ultrahanggal segített extrakció (UAE) előnyeit az almatörköly esetében.

1. tanulmány: Pando Bedriñana et al., 2024
Centrális kompozit kísérletterv alkalmazásával a kutatók optimalizálták az összes polifenol és az urzolsav egyidejű extrakcióját az almaboripari törkölyből, Hielscher UP200Ht ultrahangos készülék segítségével. Optimalizált körülmények között (5,1 min, 68% etanol, 90% amplitúdó) a teljes almatörkölyből a következő hozamokat érték el:

• ~1300 µg/g flavonol
• ~1200 µg/g dihidrokalkon
• ~4200 µg/g urzolsav

Az almahéjfrakció még magasabb koncentrációkat mutatott, az urzolsav mennyisége elérte a 8500 µg/g szárazanyag értéket. A kivonatok antioxidáns aktivitása szorosan korrelált a polifenoltartalommal, és a matematikai modellezés megerősítette az extrakció hatékonyságát.

2. tanulmány: Razola-Díaz et al., 2022
Ez a munka a floretin és a floridzin – két erős antioxidáns hatású dihidrokalkon – extrakciójának optimalizálására összpontosított. Hielscher UP400St szondás ultrahangos készülék alkalmazásával a következő extrakciós hozamokat érték el:

• ~13 µg/g floretin
• ~67 µg/g floridzin
• ~1878 µg/g száraz tömeg összes fenolos vegyület
• Antioxidáns aktivitás (FRAP): akár 3,58 mg TE/g

Sokoldalúság – Ultrahangos kezelés törkölyhöz, gyümölcslevekhez és smoothie-khoz

Az ultrahangos extrakció nem korlátozódik az almatörkölyre; számos különböző gyümölcsmátrix esetében sikeresen alkalmazták. Az olyan gyümölcsök húsában, mint a narancs, az ultrahangos kezelés fokozza a polifenolok, flavonoidok és antioxidánsok felszabadulását, miközben megőrzi funkcionális integritásukat. Hasonlóképpen a citrusfélék – köztük a grapefruit, a citrom és a narancs – héja gazdag pektinekben és fenolos vegyületekben, amelyek a sejtfal kavitáció által kiváltott feltárásával hatékonyan felszabadíthatók. Még a magas polifenoltartalmáról (például katechinekről és proantocianidinekről) ismert szőlőmag is jól reagál az ultrahangos kezelésre, és magas antioxidáns-koncentrációt eredményez. Ez a különféle növényi szövetek esetében megmutatkozó sokoldalúság az ultrahangos kezelést a különböző agráripari melléktermékekből történő környezetbarát bioaktívanyag-extrakció megbízható eszközévé teszi.

A Hielscher ultrahangos készülékek sokoldalúsága emellett különböző termékekre és alkalmazásokra is kiterjed:

• Folyadékfázisú extrakció gyümölcslevekben és pürékben
• Növényi alapú italok és emulziók homogenizálása
• Mikroorganizmusok és enzimek inaktiválása az eltarthatóság meghosszabbítására, hőkárosodás nélkül

A gyümölcslevek és smoothie-k előállítása során a nagy teljesítményű ultrahangos kezelés biztosítja:

• A rostok és szilárd anyagok stabil diszperzióját
• A jobb szájérzetet
• A fenolos vegyületek fokozott biológiai hozzáférhetőségét
• Az érzékszervi és táplálkozási tulajdonságok megőrzését

A Hielscher ultrahangos készülékek sokoldalú felhasználása könnyen áthidalja a törkölyfeldolgozás és a gyümölcslé-feldolgozás közötti különbségeket – lehetővé téve az extrakciót, a homogenizálást és a pasztőrözést ugyanazzal az ultrahangos berendezéssel.

A fenntarthatóság középpontban

Az ultrahangos kezelés jelentősen hozzájárul a fenntarthatósághoz azáltal, hogy lehetővé teszi a bioaktív vegyületek nagy értékű kinyerését a gyümölcsfeldolgozás olyan melléktermékeiből, amelyek egyébként növelnék a globális élelmiszerhulladék mennyiségét. A gyümölcsléiparban, ahol a gyümölcsök és zöldségek akár 25%-át is kidobják a betakarítás után vagy a feldolgozás során, az ultrahangos kezelés célzott, hatékony megoldást kínál. Kimutatták például, hogy a narancshús–narancshéj keverékek ultrahangos kezelése javítja az élelmi rostok fontos tulajdonságait, elősegítve új élelmiszer-összetevőként történő újrafelhasználásukat. Ez az értéknövelő hasznosítási út nemcsak csökkenti az agrár-élelmiszeripari hulladék környezeti terhét, hanem összhangban áll az ENSZ 12. fenntartható fejlődési céljával is – előmozdítva a felelős fogyasztást és termelést.
Az ultrahangos kezelés emellett energiahatékony és környezetbarát technológia – alacsony energiafelhasználást igényel, és csökkenti az agresszív extrakciós oldószerek használatát, mivel vízzel, vizes etanollal és NADES-szel működik.
A hulladékáramok funkcionális összetevőkké alakításával az ultrahangos kezelés hozzájárul a körforgásos gazdasághoz, és javítja az élelmiszer-feldolgozó ágazat ökológiai és gazdasági fenntarthatóságát egyaránt.

Fejlessze törkölyfeldolgozási eljárását Hielscher ultrahangos készülékekkel

A Hielscher Ultrasonics a laboratóriumi és ipari alkalmazásokra egyaránt tervezett, nagy teljesítményű ultrahangos rendszerek egyik vezető gyártója. Ipari ultrahangos készülékei – például a UIP2000hdT, a UIP4000hdT, a UIP6000hdT és a UIP16000hdT – a következőket kínálják:

• Skálázható feldolgozási kapacitás (óránkénti literektől tonnákig)
• Precíz amplitúdószabályozás
• 24/7 üzemelés igényes környezetben
• Nyomás alá helyezhető ultrahangos reaktorok
• Kompatibilitás a gyártósorba integrált folyamatos feldolgozással
• Egyszerű integrálás a (meglévő) gyártósorokba

Publikált kutatások már igazolták a Hielscher ultrahangos készülékek alkalmazhatóságát polifenolok, antioxidánsok és más bioaktív vegyületek extrakciójára, bizonyított hatékonysággal és reprodukálhatósággal.

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség

A Hielscher ultrahangos készülékek a legmagasabb minőségi és tervezési színvonalukról ismertek. Robusztusságuk és egyszerű kezelésük lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását az ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos készülékek könnyedén megbirkóznak a zord körülményekkel és az igényes környezettel.

A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, és különös hangsúlyt helyez a legkorszerűbb technológiát és felhasználóbarát működést kínáló, nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre. A Hielscher ultrahangos készülékek természetesen megfelelnek a CE-előírásoknak, valamint az UL, a CSA és a RoHs követelményeinek.

Szakirodalom / Hivatkozások

• 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.