Estrazione a ultrasuoni dai residui di spremitura – Recupero sostenibile di composti bioattivi

I sottoprodotti della lavorazione della frutta, in particolare i residui di spremitura, rappresentano una riserva inesplorata di composti bioattivi con potenziali applicazioni nella nutraceutica, nell’arricchimento degli alimenti e nel settore farmaceutico. Tuttavia, il recupero efficiente e sostenibile di questi composti rimane una sfida tecnica. Tra le tecnologie emergenti di estrazione ecologica, l’estrazione assistita da ultrasuoni mediante sonicatori a sonda consente di ottenere rese di recupero eccezionali. La sonicazione permette un’estrazione rapida ed efficiente in termini di consumo di solventi di composti fenolici, acidi triterpenici e altri composti bioattivi da matrici vegetali come i residui di spremitura delle mele.

Valorizzazione efficiente dei sottoprodotti della frutta mediante estrazione a ultrasuoni

L’estrazione a ultrasuoni dai residui di spremitura è un metodo efficiente per valorizzare il sottoprodotto della produzione di succhi, vino e sidro – è una soluzione scientificamente validata, scalabile e già adottata a livello industriale, oltre che economica, per la valorizzazione degli scarti della frutta. Grazie alla sua efficienza e versatilità, la sonicazione offre una strategia di estrazione ecologica per sfruttare il potenziale dei sottoprodotti agroalimentari, come i residui di spremitura delle mele.
Come dimostrato da ricerche recenti, la combinazione di tempi di sonicazione brevi, concentrazioni moderate di etanolo e ampiezza controllata consente un recupero selettivo ed efficiente di composti benefici per la salute.
Nel perseguire la circolarità, la sonicazione non è soltanto uno strumento – la sonicazione significa intensificazione ed efficienza dei processi.

Valorizzazione dei residui di spremitura mediante estrazione a ultrasuoni

I residui di spremitura della frutta, sottoprodotto della produzione di succhi e vino, comprendono bucce, polpa, semi e piccioli. Tradizionalmente poco utilizzati o destinati ad applicazioni di scarso valore, come mangimi per il bestiame o biomassa, questi residui sono ora riconosciuti come una preziosa fonte di polifenoli (ad esempio, glicosidi della quercetina e florizina), flavonoidi, diidrocalconi e acidi triterpenici (in particolare l’acido ursolico). A queste molecole sono associate proprietà antiossidanti, antinfiammatorie e antimicrobiche.
L’estrazione a ultrasuoni offre un approccio innovativo alla valorizzazione dei residui di spremitura, consentendo il rilascio efficiente di questi composti bioattivi. Rispetto ai metodi di estrazione convenzionali, l’estrazione a ultrasuoni offre:

• Tempi di trattamento più brevi
• Minore consumo di solventi
• Rese più elevate
• Condizioni di estrazione più blande, che preservano i composti termosensibili

Cosa dice la scienza sull’estrazione a ultrasuoni dai residui di spremitura

Due studi esemplificativi dimostrano scientificamente i vantaggi dell’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) per i residui di spremitura delle mele.

Studio 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Utilizzando un disegno composito centrale, i ricercatori hanno ottimizzato l’estrazione simultanea di polifenoli totali e acido ursolico dai residui di spremitura dell’industria del sidro mediante un sonicatore Hielscher UP200Ht. In condizioni ottimizzate (5,1 min, 68% di etanolo, 90% di ampiezza), i residui integrali di spremitura delle mele hanno fornito:

• ~1300 µg/g di flavonoli
• ~1200 µg/g di diidrocalconi
• ~4200 µg/g di acido ursolico

In particolare, la frazione costituita dalle bucce di mela ha mostrato concentrazioni ancora più elevate, con l’acido ursolico che ha raggiunto 8500 µg/g di sostanza secca. L’attività antiossidante degli estratti era fortemente correlata al contenuto di polifenoli e la modellazione matematica ha confermato l’efficienza dell’estrazione.

Studio 2: Razola-Díaz et al., 2022
Questo lavoro si è concentrato sull’ottimizzazione dell’estrazione di floretina e florizina – due diidrocalconi con potente attività antiossidante. Utilizzando un sonicatore a sonda Hielscher UP400St, sono state ottenute le seguenti rese di estrazione:

• ~13 µg/g di floretina
• ~67 µg/g di florizina
• ~1878 µg/g di peso secco di composti fenolici totali
• Attività antiossidante (FRAP): fino a 3,58 mg TE/g

Versatilità – Sonicazione per residui di spremitura, succhi e frullati

L’estrazione a ultrasuoni non si limita ai residui di spremitura delle mele; è stata applicata con successo a un’ampia gamma di matrici di frutta. Nella polpa di frutti come l’arancia, la sonicazione favorisce il rilascio di polifenoli, flavonoidi e antiossidanti, preservandone l’integrità funzionale. Analogamente, le bucce degli agrumi – tra cui pompelmo, limone e arancia – sono ricche di pectine e composti fenolici, che possono essere liberati efficacemente mediante la disgregazione delle pareti cellulari indotta dalla cavitazione. Anche i semi d’uva, noti per l’elevato contenuto di polifenoli (ad esempio, catechine e proantocianidine), rispondono bene al trattamento a ultrasuoni, fornendo elevate concentrazioni di antiossidanti. Questa versatilità nei diversi tessuti vegetali evidenzia il ruolo della sonicazione come strumento affidabile per l’estrazione ecologica di composti bioattivi da vari sottoprodotti agroindustriali.

Inoltre, la versatilità dei sonicatori Hielscher si estende a diversi prodotti e applicazioni:

• Estrazione in fase liquida in succhi e puree
• Omogeneizzazione di bevande vegetali ed emulsioni
• Inattivazione microbica ed enzimatica per prolungare la durata di conservazione senza danni termici

Nella produzione di succhi e frullati, la sonicazione ad alte prestazioni garantisce:

• Dispersione stabile di fibre e solidi
• Migliore sensazione in bocca
• Maggiore biodisponibilità dei composti fenolici
• Conservazione delle proprietà sensoriali e nutrizionali

L’impiego versatile dei sonicatori Hielscher permette di collegare facilmente il trattamento dei residui di spremitura e quello dei succhi – consentendo estrazione, omogeneizzazione e pastorizzazione con la stessa configurazione a ultrasuoni.

Focus sulla sostenibilità

La sonicazione contribuisce significativamente alla sostenibilità, consentendo il recupero di composti bioattivi di alto valore dai sottoprodotti della lavorazione della frutta che altrimenti contribuirebbero allo spreco alimentare globale. Nel contesto dell’industria dei succhi, in cui fino al 25% della frutta e della verdura viene scartato dopo la raccolta o durante la lavorazione, la sonicazione offre una soluzione mirata ed efficiente. Ad esempio, è stato dimostrato che il trattamento a ultrasuoni di miscele di polpa e bucce d’arancia migliora proprietà fondamentali delle fibre alimentari, favorendone il riutilizzo come nuovi ingredienti alimentari. Questo percorso di valorizzazione non solo riduce l’impatto ambientale degli scarti agroalimentari, ma è anche in linea con l’Obiettivo di sviluppo sostenibile 12 delle Nazioni Unite – promuovendo un consumo e una produzione responsabili.
Un aspetto importante è che la sonicazione è una tecnologia ecologica ed efficiente dal punto di vista energetico – richiede un basso consumo energetico e riduce l’impiego di solventi di estrazione aggressivi, poiché funziona con acqua, etanolo acquoso e NADES.
Trasformando i flussi di scarto in ingredienti funzionali, la sonicazione contribuisce a un’economia circolare e migliora la sostenibilità sia ecologica sia economica nel settore della trasformazione alimentare.

Migliorate il trattamento dei residui di spremitura con i sonicatori Hielscher

Hielscher Ultrasonics è un produttore leader di sistemi a ultrasuoni ad alte prestazioni progettati per applicazioni sia di laboratorio sia industriali. I suoi sonicatori industriali – come UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT e UIP16000hdT – offrono:

• Capacità di trattamento scalabile (da litri a tonnellate all’ora)
• Controllo preciso dell’ampiezza
• Funzionamento 24/7 in ambienti impegnativi
• Reattori a ultrasuoni pressurizzabili
• Compatibilità con il trattamento continuo in linea
• Facile integrazione nelle linee di produzione (esistenti)

I sonicatori Hielscher sono già stati validati in ricerche pubblicate per l’estrazione di polifenoli, antiossidanti e altri composti bioattivi, con efficienza e riproducibilità comprovate.

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:

Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany

I sonicatori Hielscher sono rinomati per i loro elevatissimi standard di qualità e progettazione. La robustezza e la facilità d’uso consentono un’integrazione agevole dei nostri sonicatori negli impianti industriali. I sonicatori Hielscher affrontano facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.

Hielscher Ultrasonics è un’azienda certificata ISO e pone particolare attenzione ai sonicatori ad alte prestazioni caratterizzati da tecnologia all’avanguardia e facilità d’uso. Naturalmente, i sonicatori Hielscher sono conformi alle norme CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoHs.

Bibliografia / Riferimenti

• 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.