Պոլիֆենոլների ուլտրաձայնային էքստրակցիա ձիթապտղի յուղի արտադրության կողմնակի արտադրանքներից. հաջողության պատմություն

Ձիթապտղի քուսպն այլևս պարզապես ագրոարդյունաբերական կողմնակի արտադրանք չէ. այն բարձր արդյունավետությամբ բնական հակաօքսիդանտների արժեքավոր աղբյուր է։ Այս հետազոտության ընթացքում Natural Phenolics ընկերությունն օպտիմալացրել է հիդրօքսիթիրոզոլով հարուստ պոլիֆենոլների ջրային էքստրակցիան՝ օգտագործելով Hielscher արտադրության UP400St ուլտրաձայնային մշակման սարքը։ Արդյունքները ցույց են տալիս կայուն, վերարտադրելի և մասշտաբի մեծացման ենթակա գործընթաց, որի դեպքում ուլտրաձայնային մշակման օպտիմալացված պայմաններում հիդրօքսիթիրոզոլի կանխատեսված կոնցենտրացիան հասնում է 1609,5 mg/L։ Այս աշխատանքը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարող է ճշգրիտ ուլտրաձայնային տեխնոլոգիան ձիթապտղի յուղի արտադրության թափոնները վերածել բարձրակարգ կենսահիմքով հումքի՝ սննդի, գյուղատնտեսության և կայուն արդյունաբերության համար։

Ձիթապտղի քուսպը՝ ոչ թե կողմնակի արտադրանք, այլ հակաօքսիդանտներով հարուստ պաշար

Ձիթապտղի քուսպը (ալպերուխո) ձիթապտղի յուղի ստացման հիմնական կողմնակի արտադրանքն է. դրա տարեկան համաշխարհային արտադրությունը հասնում է 13–18 միլիոն տոննայի։ Պոլիֆենոլները երկրորդային մետաբոլիտներ են, որոնք բարձր կոնցենտրացիաներով առկա են այս ագրոարդյունաբերական մնացորդում։ Թեև այս միացություններն ունեն բացառիկ հակաօքսիդանտային ակտիվություն, շրջակա միջավայրում դրանց չմշակված վիճակում առկայությունը զգալի թունաբանական խնդիր է առաջացնում։ Որպես թափոնների արժևորման առաջամարտիկ՝ Natural Phenolics ընկերությունը ձեռնամուխ է լինում այս խնդրի լուծմանը՝ բնապահպանական այս բեռը վերածելով կայուն տնտեսական ակտիվի։ Այս բարձրարժեք մետաբոլիտներն էքստրակցիայի ենթարկելով՝ իսպանական Natural Phenolics ընկերությունն արտադրում է բարձրակարգ կենսահիմքով հումք։ Ներկայումս Natural Phenolics ընկերության հետազոտությունների և մշակումների գործունեությունն առաջատար դիրք է զբաղեցնում բույսերի առաջադեմ կենսախթանիչների և «մաքուր պիտակով» հակաօքսիդանտային սննդային կոնսերվանտների արտադրության ոլորտում։

 
Natural Phenolics ընկերության մասին
Natural Phenolics ընկերությունը կանաչ քիմիայի ոլորտում գործունեություն է ծավալում շրջանաձև տնտեսության առաջատար դիրքերում՝ մասնագիտանալով ձիթապտղի քուսպի (ալպերուխոյի) լիամասշտաբ արժևորման մեջ։ Էքստրակցիայի առաջադեմ կայուն գործընթացների միջոցով մենք այս բարդ ագրոարդյունաբերական մնացորդը վերածում ենք բարձրակարգ կենսահիմքով քիմիական հումքի։
 

Իսպանիայի Կատալոնիա շրջանում տեղակայված Natural Phenolics ընկերությունը գյուղատնտեսական կողմնակի արտադրանքներից արտադրում է բարձրորակ կենսախթանիչներ

Էքստրակցիայի արդյունավետ և ստանդարտացված տեխնոլոգիաների անհրաժեշտությունը

Այս համատեքստում էքստրակցիայի ճիշտ տեխնոլոգիայի ընտրությունը վճռորոշ է ստանդարտացված էքստրակտներ ստանալու համար։ Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ էքստրակցիան (UAE) դարձել է հզոր մեթոդ, որը, շահագործման այլ առավելությունների հետ մեկտեղ, ապահովում է վերարտադրելի արդյունքներ, կրճատում է էքստրակցիայի տևողությունը և նվազեցնում լուծիչի սպառումը։
Այստեղ Natural Phenolics ընկերությունը ներկայացնում է հիդրօքսիթիրոզոլով (HT) և այլ պոլիֆենոլներով հարուստ ստանդարտացված ջրային էքստրակտների ստացման օպտիմալացման արդյունքները։ Որպես փորձարարական մոդել ընտրվել է կենտրոնական կոմպոզիտային պլանը։ Գնահատվող պարամետրերն էին էքստրակցիայի ամպլիտուդն ու տևողությունը, իսկ արձագանքը չափվել է հիդրօքսիթիրոզոլի կոնցենտրացիայով։ Այդ նպատակով օգտագործվել է Hielscher Ultrasonics արտադրության UP400St ուլտրաձայնային մշակման սարքը, որն ընտրվել է օգտագործման հարմարավետության և ամպլիտուդի կառավարման բարձր ճշգրտության համար։

Ուլտրաձայնային էքստրակցիայի փորձարարական պլան. ամպլիտուդի և էքստրակցիայի տևողության օպտիմալացում

Այս ճշգրիտ կառավարումը հիմնարար նշանակություն ուներ ակուստիկ էներգիայի ազդեցությունները հումքի փոփոխականությունից տարանջատելու համար։ Բոլոր էքստրակցիաներն իրականացվել են չորացրած ձիթապտղի քուսպով (20% խոնավության պարունակություն, 1 mm մասնիկների չափ)՝ որպես լուծիչ օգտագործելով ջուրը։ Կախույթը պատրաստվել է պինդ նյութի և հեղուկի 40% հարաբերակցությամբ, և բոլոր փորձերն իրականացվել են 35°C հաստատուն ջերմաստիճանում։ Աղյուսակ 1-ում ամփոփված են 12 փորձից բաղկացած CCD մատրիցով գնահատված փորձարարական պայմանները։

Աղյուսակ 2-ում ներկայացված են օպտիմալացման համար մոդելի որակի գնահատականները։ Մաթեմատիկական մոդելը բացատրել է ընդհանուր փոփոխականության 72,02%-ը (R2 = 0,7202), ինչը վկայում է խիստ բավարար համապատասխանության մասին՝ հաշվի առնելով ձիթապտղի մամլման մնացորդի մատրիցի բարդ և ի բնե տարասեռ բնույթը։ Թեև մոդելի նշանակալիությունը (P = 0,101) փոքր-ինչ գերազանցում է ավանդական 95% վստահության շեմը՝ 12 փորձից բաղկացած մատրիցում ազատության աստիճանների խիստ սահմանափակ լինելու պատճառով, մեծ բացարձակ արժեքներով բացասական քառակուսային գործակիցները՝ b11 = -61,61 և b22 = -71,61, հաստատում են էքստրակցիայի ֆիզիկապես հիմնավոր պարաբոլական կինետիկան։

Պոլիֆենոլների ուլտրաձայնային էքստրակցիա ձիթապտղի մամլման մնացորդից. ձախում՝ մեթոդի արձագանքի մակերևույթի մոդելը, աջում՝ հավասարագծերի գրաֆիկը

Հիդրօքսիթիրոզոլի կայուն կորզում ուլտրաձայնային էքստրակցիայի միջոցով

Նկար 1A-ում պատկերված է օպտիմալացված մոդելի արձագանքի մակերևույթի գրաֆիկը։ Հարթակի առավելագույն մակարդակում գտնվող լայն կարմիր գոտին հաստատում է գործընթացի կայունությունը, քանի որ ամպլիտուդի փոփոխությունները 50– 60% միջակայքում հիդրօքսիթիրոզոլի կոնցենտրացիայի մեծ տատանումներ չեն առաջացնում։ Առանձին գործոնների ազդեցությունները վերլուծելիս պարզվում է, որ ամպլիտուդի բարձրացումը 22%-ից մինչև 50% վճռորոշ ազդեցություն է ունենում՝ հանգեցնելով էքստրակցիայի ելքի կտրուկ բարելավման։ Մինչդեռ 20 րոպեն գերազանցող էքստրակցիայի տևողությունների դեպքում ելքը կայունանում է, ինչը ենթադրում է լուծիչի հագեցում այս փուլում։ Ի վերջո, այս կառուցվածքի շնորհիվ հաջողությամբ որոշվել է աշխատանքի հստակ օպտիմալ ռեժիմը՝ 61,5% ամպլիտուդ և 24,2 րոպե ուլտրաձայնային մշակում, որի դեպքում հիդրօքսիթիրոզոլի կանխատեսված առավելագույն կոնցենտրացիան կազմել է 1609,5 mg/L։

Եզրափակելով՝ Hielscher Ultrasonics տեխնոլոգիայի կիրառումը հիմնաքար էր հիդրօքսիթիրոզոլի էքստրակցիայի բարձր վերարտադրելիությամբ և էներգետիկ առումով օպտիմալացված գործընթաց ստանալու համար։ Ամպլիտուդի կառավարման բացառիկ ճշգրտությունը և UP400St սոնոտրոդի հուսալի մեխանիկական աշխատանքը երաշխավորում են, որ լաբորատոր մասշտաբով ձեռք բերված այս արդյունքները կարող են անխափան ներդրվել անընդհատ հոսքով աշխատող արդյունաբերական համակարգերում։ Ավելին, օպտիմալացման այս փուլի հաջող ընթացքը զգալիորեն արագացվել է բացառիկ տեխնիկական օգնության և տեղական աջակցության շնորհիվ, որոնք տրամադրել է Jover Labtech ընկերությունը՝ Իսպանիայի Կատալոնիա տարածաշրջանում Hielscher ընկերության ներկայացուցիչը։ Առաջադեմ ակուստիկական սարքավորումների և տեղում տրամադրվող մասնագիտական ինժեներական աջակցության այս համատեղ ազդեցությունը հստակ և կենսունակ ուղի է ձևավորում դեպի ագրոարդյունաբերական կենսազանգվածի կայուն, լիամասշտաբ առևտրային արժևորումը։

Գրականություն / Հղումներ

• 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).