초음파 착즙박 추출 – 생리활성 화합물의 지속 가능한 회수

과일 가공 부산물, 특히 착즙박은 기능성 식품, 식품 영양 강화 및 의약품에 잠재적으로 활용할 수 있는 생리활성 화합물의 미개발 자원입니다. 그러나 이러한 화합물을 효율적이고 지속 가능한 방식으로 회수하는 것은 여전히 기술적 과제입니다. 새롭게 부상하는 친환경 추출 기술 중에서 프로브형 초음파 처리기를 이용한 초음파 보조 추출은 탁월한 회수 수율을 달성합니다. 초음파 처리는 사과 착즙박과 같은 식물 매트릭스에서 페놀성 화합물, 트리테르펜산 및 기타 생리활성 화합물을 신속하게 추출하면서 용매를 효율적으로 사용할 수 있게 합니다.

초음파 추출을 통한 과일 부산물의 효율적인 고부가가치화

초음파 착즙박 추출은 주스, 와인 및 사과주 생산 부산물을 고부가가치화하는 효율적인 방법입니다. 이는 과학적으로 검증되었으며 산업 규모로 확장할 수 있고 실제로 도입된, 과일 폐기물의 고부가가치화를 위한 경제적인 솔루션입니다. 초음파 처리는 효율적이고 활용 범위가 넓어 사과 착즙박과 같은 농식품 부산물의 잠재력을 활용하는 친환경 추출 전략을 제공합니다.
최근 연구에서 입증된 바와 같이, 짧은 초음파 처리 시간, 적정 수준의 에탄올 농도 및 제어된 진폭을 조합하면 건강 증진 화합물을 선택적이고 효율적으로 회수할 수 있습니다.
자원 순환을 추구하는 과정에서 초음파 처리는 단순한 도구 이상의 역할을 합니다. 초음파 처리는 공정 강화와 효율성을 의미합니다.

초음파 추출을 이용한 착즙박의 고부가가치화

주스 및 와인 생산의 부산물인 과일 착즙박은 껍질, 과육, 씨앗 및 줄기로 구성됩니다. 전통적으로 충분히 활용되지 못하거나 가축 사료 또는 바이오매스와 같은 저부가가치 용도로 사용되던 착즙박은 이제 폴리페놀(예: 케르세틴 배당체, 플로리진), 플라보노이드, 디하이드로칼콘 및 트리테르펜산(특히 우르솔산)의 귀중한 공급원으로 인정받고 있습니다. 이러한 분자들은 항산화, 항염증 및 항미생물 특성과 관련이 있습니다.
초음파 추출은 이러한 생리활성 물질을 효율적으로 방출할 수 있게 하여 착즙박의 고부가가치화에 혁신적인 접근법을 제공합니다. 기존 추출 방법과 비교할 때 초음파 추출은 다음과 같은 이점을 제공합니다:

• 더 짧은 처리 시간
• 더 적은 용매 소비량
• 더 높은 수율
• 열에 민감한 화합물을 보존하는 더 온화한 추출 조건

초음파 착즙박 추출에 관한 과학적 연구 결과

두 가지 대표적인 연구는 사과 착즙박에 대한 초음파 보조 추출(UAE)의 이점을 과학적으로 입증합니다.

연구 1: Pando Bedriñana et al., 2024
연구진은 중심합성계획법을 적용하여 Hielscher UP200Ht 초음파 처리기로 사과주 산업의 착즙박에서 총 폴리페놀과 우르솔산을 동시에 추출하는 공정을 최적화했습니다. 최적화된 조건(5.1 min, 에탄올 68%, 진폭 90%)에서 사과 착즙박 전체로부터 다음과 같은 수율을 얻었습니다:

• 플라보놀 ~1300 µg/g
• 디하이드로칼콘 ~1200 µg/g
• 우르솔산 ~4200 µg/g

특히 사과 껍질 분획은 이보다 더 높은 농도를 나타냈으며, 우르솔산은 건물 기준 8500 µg/g에 도달했습니다. 추출물의 항산화 활성은 폴리페놀 함량과 강한 상관관계를 보였으며, 수학적 모델링을 통해 추출 효율이 확인되었습니다.

연구 2: Razola-Díaz et al., 2022
이 연구는 강력한 항산화 작용을 하는 두 가지 디하이드로칼콘인 플로레틴과 플로리진의 추출 최적화에 중점을 두었습니다. Hielscher UP400St 프로브형 초음파 처리기를 사용하여 다음과 같은 추출 수율을 얻었습니다:

• 플로레틴 ~13 µg/g
• 플로리진 ~67 µg/g
• 총 페놀성 물질 건조 중량 기준 ~1878 µg/g
• 항산화 활성(FRAP): 최대 3.58 mg TE/g

다양한 활용 – 착즙박, 주스 및 스무디를 위한 초음파 처리

초음파 추출은 사과 착즙박에만 국한되지 않으며, 다양한 과일 매트릭스에 성공적으로 적용되어 왔습니다. 오렌지와 같은 과일의 과육에서 초음파 처리는 폴리페놀, 플라보노이드 및 항산화 물질의 기능적 온전성을 유지하면서 이들의 방출을 촉진합니다. 마찬가지로 자몽, 레몬, 오렌지를 비롯한 감귤류의 껍질에는 펙틴과 페놀 화합물이 풍부하며, 이들은 캐비테이션에 의한 세포벽 파쇄를 통해 효율적으로 방출될 수 있습니다. 폴리페놀 성분(예: 카테킨과 프로안토시아니딘)이 고밀도로 함유된 것으로 알려진 포도씨도 초음파 처리에 잘 반응하여 고농도의 항산화 물질을 얻을 수 있습니다. 다양한 식물 조직에 걸친 이러한 범용성은 초음파 처리가 여러 농산업 부산물에서 생리활성 물질을 친환경적으로 추출하는 데 효과적인 도구임을 보여줍니다.

또한 Hielscher 초음파 처리기의 범용성은 다양한 제품과 응용 분야로 확장됩니다:

• 주스 및 퓌레에서의 액상 추출
• 식물성 음료 및 에멀젼의 균질화
• 열 손상 없이 저장 수명을 연장하기 위한 미생물 및 효소 불활성화

주스 및 스무디 생산에서 고성능 초음파 처리는 다음을 보장합니다:

• 섬유질 및 고형물의 안정적인 분산
• 향상된 구강 촉감
• 페놀 화합물의 생체이용률 향상
• 관능적 및 영양적 특성 보존

Hielscher 초음파 처리기를 다목적으로 활용하면 착즙박 처리와 주스 가공을 손쉽게 연계할 수 있으며, 동일한 초음파 장치 구성으로 추출, 균질화 및 저온살균이 가능합니다.

지속가능성 집중 조명

초음파 처리는 그렇지 않으면 전 세계 식품 폐기물 증가의 원인이 될 과일 가공 부산물에서 생리활성 화합물을 고부가가치로 회수할 수 있게 하여 지속가능성에 크게 기여합니다. 과일과 채소의 최대 25%가 수확 후 또는 가공 중에 폐기되는 주스 산업에서 초음파 처리는 목적에 맞는 효율적인 해결책을 제공합니다. 예를 들어, 오렌지 과육–껍질 혼합물의 초음파 처리는 식이섬유의 주요 특성을 향상시키는 것으로 나타났으며, 이는 새로운 식품 원료로 재사용하는 데 도움이 됩니다. 이러한 고부가가치화 경로는 농식품 폐기물의 환경 부담을 줄일 뿐 아니라 책임 있는 소비와 생산을 촉진하는 UN 지속가능발전목표 12에도 부합합니다.
특히 초음파 처리는 에너지 효율적이고 친환경적인 기술로, 에너지 소비가 적으며 물, 에탄올 수용액 및 NADES를 사용하므로 자극성이 강한 추출 용매의 사용을 줄입니다.
초음파 처리는 폐기물 흐름을 기능성 원료로 전환함으로써 순환경제에 기여하고 식품 가공 부문의 생태적·경제적 지속가능성을 모두 향상시킵니다.

Hielscher 초음파 처리기로 착즙박 공정을 개선하세요

Hielscher Ultrasonics는 실험실 및 산업 응용 분야 모두를 위해 설계된 고성능 초음파 시스템의 선도적인 제조업체입니다. 해당 산업용 초음파 처리기 – UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT 및 UIP16000hdT 등 – 는 다음을 제공합니다:

• 확장 가능한 처리량(시간당 리터 단위부터 톤 단위까지)
• 정밀한 진폭 제어
• 까다로운 환경에서의 24/7 운전
• 가압 가능한 초음파 반응기
• 인라인 연속 처리와의 호환성
• (기존) 생산 라인에 간편하게 통합

Hielscher 초음파 처리기는 폴리페놀, 항산화 물질 및 기타 생리활성 화합물의 추출에 대해 이미 발표된 연구에서 검증되었으며, 효율성과 재현성이 입증되었습니다.

아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다:

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파 처리기는 최고 수준의 품질과 설계 기준으로 잘 알려져 있습니다. 견고성과 간편한 조작 덕분에 당사의 초음파 처리기를 산업 시설에 원활하게 통합할 수 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 거친 조건과 까다로운 환경에도 쉽게 대응합니다.

Hielscher Ultrasonics는 ISO 인증 기업으로, 최첨단 기술과 사용자 편의성을 갖춘 고성능 초음파 처리기에 특히 중점을 둡니다. 물론 Hielscher 초음파 처리기는 CE 기준을 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.

문헌 / 참고 자료

• 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.