Ultraskaņas metode polifenolu ekstrakcijai no olīveļļas blakusproduktiem: veiksmes stāsts

Olīvu izspiedumi vairs nav tikai lauksaimniecības rūpniecības blakusprodukts – tie ir vērtīgs augstas kvalitātes dabisko antioksidantu avots. Šajā pētījumā Natural Phenolics optimizēja hidroksitirosola bagātu polifenolu ekstrakciju ūdenī, izmantojot Hielscher ultraskaņas iekārtu UP400St. Rezultāti liecina par stabilu, reproducējamu un mērogojamu procesu, kas optimizētos ultraskaņas apstākļos sasniedz prognozēto hidroksitirosola koncentrāciju 1609,5 mg/l. Šis darbs parāda, kā precīzijas ultraskaņas tehnoloģija var pārvērst olīveļļas atkritumus par augstākās kvalitātes bioloģiskas izcelsmes izejvielām pārtikas, lauksaimniecības un ilgtspējīgās rūpniecības vajadzībām.

Olīvu izspiedumi – Ne blakusprodukts, bet gan antioksidantu bagāts resurss

Olīvu izspiedumi (alperujo) ir galvenais olīveļļas ieguves blakusprodukts; to ikgadējais ražošanas apjoms pasaulē sasniedz 13–18 miljonus tonnu. Polifenoli ir sekundārie metabolīti, kas šajos lauksaimniecības un rūpniecības atkritumos ir sastopami augstās koncentrācijās. Lai gan šiem savienojumiem piemīt izcila antioksidantu iedarbība, to neapstrādāta klātbūtne vidē rada nopietnu toksikoloģisku problēmu. Kā pionieris atkritumu pārstrādē, uzņēmums Natural Phenolics iesaistās šīs problēmas risināšanā, pārvēršot šo vides apdraudējumu par ilgtspējīgu ekonomisko resursu. Ekstrahējot šos augstvērtīgos metabolītus, Spānijas uzņēmums Natural Phenolics ražo augstākās kvalitātes bioloģiskas izejvielas. Pašlaik R&Uzņēmums „D of Natural Phenolics“ ir līderis modernu augu biostimulantu un „clean-label“ antioksidantu pārtikas konservantu ražošanā.

Uzņēmums „Natural Phenolics“, kas atrodas Katalonijā, Spānijā, ražo augstas kvalitātes biostimulantus no lauksaimniecības blakusproduktiem

Vai esat gatavs pārstrādāt savas olīvu izspiedumu atliekas?
Dalieties ar mums ar informāciju par savu olīveļļas ražošanas procesu un olīvu izspiedumu pārstrādi. Mēs palīdzēsim jums izvēlēties piemērotāko ultraskaņas ekstrakcijas iekārtu, lai efektīvi un ilgtspējīgi iegūtu vērtīgos polifenolus.

Nepieciešamība pēc efektīvām un standartizētām ekstrakcijas tehnoloģijām

Ņemot vērā iepriekš minēto, pareizas ekstrakcijas tehnoloģijas izvēle ir izšķiroša, lai iegūtu standartizētus ekstraktus. Ultraskaņas palīdzības ekstrakcija (UAE) ir kļuvusi par efektīvu metodi, kas nodrošina reproducējamus rezultātus, samazina ekstrakcijas laiku un šķīdinātāju patēriņu, kā arī sniedz citas darbības priekšrocības.
Šeit uzņēmums „Natural Phenolics“ iepazīstina ar optimizācijas rezultātiem, kas iegūti, lai ražotu standartizētus ūdens ekstraktus ar augstu hidroksitirosola (HT) un citu polifenolu saturu. Kā eksperimentālais modelis tika izvēlēts centrālais kompozītiskais plānojums. Novērtētie parametri bija ekstrakcijas amplitūda un laiks, savukārt reakcija tika mērīta hidroksitirosola koncentrācijas izteiksmē. Šim nolūkam tika izmantots Hielscher Ultrasonics ultraskaņas ģenerators UP400St, kas tika izvēlēts tā lietotājam draudzīgās darbības un augstās precizitātes amplitūdas kontroles dēļ.

Ultraskaņas ekstrakcijas eksperimentālā izstrāde: amplitūdas un ekstrakcijas laika optimizācija

Šī precīzā kontrole bija būtiska, lai nošķirtu akustiskās enerģijas ietekmi no izejvielas variabilitātes. Visas ekstrakcijas tika veiktas, izmantojot žāvētas olīvu izspiedumu atliekas (mitruma saturs 20 %, daļiņu izmērs 1 mm) un ūdeni kā šķīdinātāju. Šķidrumu pagatavoja ar 40 % cietvielas un šķidruma attiecību, un visi eksperimenti tika veikti nemainīgā 35 °C temperatūrā. 1. tabulā apkopoti eksperimentālie apstākļi, kas novērtēti, izmantojot 12 ciklu CCD matricu.

Parametru	Maksimums	Minimums	Aksiālais punkts	Aksiālais punkts
Amplitūda %	70	30	78	22
Laiks min	30	10	34.1	5,9

Šajā demonstrācijā mēs demonstrējam zondes tipa ultraskaņas precizitāti un efektivitāti bioaktīvo komponentu ekstrakcijai no olīvu lapām. Videoklipā mēs izmantojam sonikatoru UP400St, lai iegūtu bioaktīvus savienojumus, piemēram, polifenolus un flavonoīdus, tostarp oleuropeīnu, hidroksitirosolu, luteolīnu, starp daudzām citām fitoķīmiskām vielām. Ultraskaņas apstrāde ekstrahē augstas kvalitātes bioaktīvo savienojumu augstu ražu, izmantojot vieglus, netoksiskus šķīdinātājus, piemēram, ūdeni, paskābinātu ūdeni vai ūdens etanolu.

2. tabulā ir parādīti optimizācijas modeļa kvalitātes novērtējumi. Matemātiskais modelis izskaidroja 72,02 % no kopējās variabilitātes (R² = 0,7202), kas, ņemot vērā olīvu izspiedumu matricas sarežģīto un būtiski heterogēno raksturu, liecina par ļoti apmierinošu atbilstību. Lai gan modeļa nozīmīgums (P = 0,101) ir nedaudz virs tradicionālās 95 % ticamības robežas, kas saistīts ar stingri ierobežotajām brīvības pakāpēm 12 izmēģinājumu matricā, spēcīgie negatīvie kvadrātiskie koeficienti b11 = -61,61 un b22 = -71,61 apstiprina fizikāli pamatotu parabolisko ekstrakcijas kinētiku.

Parametru
Amplitūda b2	67,6604
Laiks b2	59,6054
Amplitūda2 (b11)	-61,6139
Laiks	-71,6058
R2 (b11)	0.7202
R2 (koriģētais)	0.4871
F-statistika	3,0892
p-vērtība	1,011790 mīnus 1
Atlikuma standarta kļūda	67,05 mg/l

Ultraskaņas metode hidroksitirosola un polifenolu ekstrakcijai no olīvu izspaidām: optimizēts process, izmantojot ultraskaņas iekārtu UP400St

Ultraskaņas metode polifenolu ekstrakcijai no olīvu izspaidām: pa kreisi – Metodes atbildes virsmas modelis; labajā pusē – Kontūru diagramma

Efektīva hidroksitirosola izdalīšana ar ultraskaņas ekstrakciju

1.A attēlā parādīts optimizētā modeļa reakcijas virsmas grafiks. Plašā sarkanā zona plato maksimumā apstiprina procesa stabilitāti, jo amplitūdas svārstības 50–60 % diapazonā neizraisa būtiskas hidroksitirosola koncentrācijas svārstības. Analizējot atsevišķu faktoru ietekmi, amplitūdas palielināšana no 22 % līdz 50 % rada būtisku ietekmi, izraisot ievērojamu ekstrakcijas iznākuma uzlabojumu. Savukārt ekstrakcijas laiks, kas pārsniedz 20 minūtes, stabilizē iznākumu, liecinot par šķīdinātāja piesātinājumu šajā posmā. Galarezultātā šī arhitektūra veiksmīgi identificēja galīgo darbības optimumu pie 61,5 % amplitūdas un 24,2 minūšu ultraskaņas apstrādes, nodrošinot maksimālo prognozēto hidroksitirosola koncentrāciju 1609,5 mg/l.

Kopumā var secināt, ka Hielscher Ultrasonics tehnoloģijas izmantošana bija pamats, lai panāktu ļoti reproducējamu un enerģētiski optimizētu hidroksitirosola ekstrakcijas procesu. Izcilā precizitāte amplitūdas kontrolē un UP400St sonotroda izturīgā mehāniskā veiktspēja garantē, ka šos laboratorijas mēroga sasniegumus var nevainojami pārnest uz nepārtrauktas plūsmas rūpnieciskajām sistēmām. Turklāt šīs optimizācijas fāzes panākumus ievērojami paātrināja izcilā tehniskā palīdzība un vietējais atbalsts, ko sniedza Jover Labtech, Hielscher pārstāvji Katalonijā, Spānijā. Šī sinerģija starp modernāko akustisko aparatūru un ekspertu tiešo inženiertehnisko atbalstu izveido noteiktu, dzīvotspējīgu ceļu uz ilgtspējīgu, pilna mēroga lauksaimniecības un rūpnieciskās biomasas komerciālu izmantošanu.

Šajā videoklipā mēs parādīsim 2x UIP4000hdt ultraskaņas instalāciju intensificētai ekstra neapstrādātas olīveļļas, kas bagāta ar polifenoliem, ekstrakcijai. Parādītā instalācija darbojas Sicīlijas Frantoio. Videoklipā nenogatavojušās Biancolilla šķirnes tika apstrādātas neapstrādātas augstākā labuma olīveļļas ražošanai. Hielscher rūpnieciskie sonikatori ir uzstādīti olīveļļas spiestuvēs, lai palielinātu neapstrādātas augstākā labuma olīveļļas ekstrakcijas ražu un kvalitāti. Kavitācija, ko rada jaudas ultraskaņa, noārda šūnu sienas un palielina olīvu augļu audu caurlaidību. Tas noved pie labākas eļļas ekstrakcijas no olīvu pastas, kā rezultātā palielinās eļļas raža.

Saistītās tēmas

FAQ: Polifenolu ekstrakcija no olīvu izspaidām ar ultraskaņas palīdzību

Kas ir olīvu izspaidas?

Olīvu izspiedumi, kas pazīstami arī kā alperujo, ir galvenais blakusprodukts, kas rodas olīveļļas ieguves procesā. Tie sastāv no olīvu mīkstuma, miziņām, kauliņiem, kā arī atlikušā ūdens un eļļas. Lai gan olīvu izspiedumus bieži uzskata par atkritumiem, tie satur vērtīgus bioaktīvos savienojumus, jo īpaši polifenolus, piemēram, hidroksitirosolu.

Kāpēc olīvu izspiedumi ir vērtīgs polifenolu avots?

Olīvu izspaidumos ir augsta fenola savienojumu koncentrācija, kuriem piemīt spēcīgas antioksidanta īpašības. Šos savienojumus var atdalīt un pārvērst augstas kvalitātes dabiskos ekstraktos, ko izmanto pārtikas konservēšanai, augu biostimulantu ražošanai, uztura bagātinātāju sastāvdaļu izgatavošanai, kosmētikas ražošanai un citām bioloģiskas izcelsmes lietojumiem.

Kas ir hidroksitirosols?

Hidroksitirosols ir viens no svarīgākajiem polifenoliem, kas sastopams olīvās un no olīvām iegūtajos blakusproduktos. Tas ir pazīstams ar spēcīgu antioksidantu iedarbību un tiek augsti novērtēts funkcionālajos pārtikas produktos, dabiskajos konservantos, kosmētikas sastāvā un lauksaimniecības biostimulantu produktos.

Kāpēc polifenoli būtu jāiegūst no olīvu izspaidām?

Polifenolu ieguve no olīvu izspaidām palīdz pārvērst lauksaimniecības un rūpniecības atliekas vērtīgā izejvielā. Tas veicina aprites ekonomikas stratēģijas, samazina olīveļļas ražošanas ietekmi uz vidi un rada jaunas ieņēmumu iespējas no blakusproduktiem, kurus citādi būtu jāutilizē vai jāapstrādā.

Kas ir ultraskaņas palīdzība zobu ekstrakcijā?

Ultraskaņas palīdzības ekstrakcija ir moderns ekstrakcijas paņēmiens, kurā izmanto akustisko enerģiju, lai pastiprinātu vērtīgo savienojumu atbrīvošanos no augu materiāliem. Ultraskaņas kavitācija uzlabo masas pārnesi starp cietu biomasu un šķīdinātāju, nodrošinot ātrāku, efektīvāku un reproducējamāku ekstrakciju salīdzinājumā ar daudzām tradicionālajām metodēm.

Kā ultraskaņa uzlabo polifenolu ekstrakciju no olīvu izspaidām?

Ultraskaņa šķidrajā vidē rada kavitācijas spēkus, kas palīdz izjaukt augu šūnu struktūras un uzlabo šķīdinātāja iekļūšanu biomasā. Tas paātrina tādu polifenolu kā hidroksitirosola atbrīvošanos un var samazināt ekstrakcijas laiku, šķīdinātāja patēriņu un procesa svārstības.

Vai ūdeni var izmantot kā šķīdinātāju olīvu izspiedumu ultraskaņas ekstrakcijai?

Jā. Pētījumā parādīts, ka ūdeni var izmantot kā ekstrahēšanas šķīdinātāju, lai no žāvētiem olīvu izspaidumiem iegūtu polifenolus, kas bagāti ar hidroksitirosolu. Tas padara šo procesu īpaši pievilcīgu „clean-label” produktu ražošanai, pārtikas nozarei un videi draudzīgiem ekstrahēšanas risinājumiem.

Kādas ultraskaņas iekārtas tika izmantotas pētījumā?

Pētījumā tika izmantota Hielscher Ultrasonics UP400St sonotrode. Šis ultraskaņas procesors tika izvēlēts tā precīzās amplitūdas regulēšanas, stabilās darbības un piemērotības dēļ, lai laboratorijas apstākļos kontrolēti optimizētu polifenolu ekstrakciju no olīvu izspaidām.

Kādi procesa parametri tika optimizēti?

Pētījumā tika optimizēti divi galvenie ultraskaņas ekstrakcijas parametri: ultraskaņas amplitūda un ekstrakcijas laiks. Šie parametri tika novērtēti, izmantojot centrālo kompozītplānu, lai noteiktu to ietekmi uz hidroksitirosola koncentrāciju ūdens ekstraktā.

Kādi bija optimālie apstākļi hidroksitirosola ekstrakcijai?

Pētījumā noteiktie optimizētie ekstrakcijas apstākļi bija 61,5 % amplitūda un 24,2 minūtes ultraskaņas apstrādes. Šādos apstākļos modelis prognozēja maksimālo hidroksitirosola koncentrāciju 1609,5 mg/l.

Kāpēc ultraskaņas ekstrakcijā ir svarīga amplitūdas regulēšana?

Amplitūdas regulēšanai ir izšķiroša nozīme, jo tā nosaka ultraskaņas kavitācijas intensitāti. Precīza amplitūdas regulēšana ļauj lietotājiem optimizēt ekstrakcijas efektivitāti, izvairīties no nevajadzīga enerģijas patēriņa un iegūt labāk reproducējamus ekstraktus, neraugoties uz dabisko variabilitāti biomasas izejvielās, piemēram, olīvu izspiedumos.

Vai olīvu izspiedumu ekstrakcija ar ultraskaņu ir mērogojama?

Jā. Ultraskaņas ekstrakcija ir ļoti labi pielāgojama, ja tiek pareizi kontrolēti tādi procesa parametri kā amplitūda, enerģijas patēriņš, plūsmas ātrums, temperatūra un uzturēšanās laiks. Pētījumā ir uzsvērta Hielscher ultraskaņas tehnoloģijas nozīme, lai laboratorijas mēroga optimizāciju pārnestu uz nepārtrauktas plūsmas rūpniecisko pārstrādi.

Kādus produktus var ražot no olīvu izspiedumu polifenolu ekstraktiem?

Olīvu izspiedumu ekstrakti, kas bagāti ar polifenoliem, var tikt izmantoti dažādos augstas pievienotās vērtības pielietojumos, tostarp kā dabīgi antioksidanti pārtikas konservanti, augu biostimulanti, kosmētikas sastāvdaļas, uztura bagātinātāju preparāti un bioloģiskas izcelsmes speciālās sastāvdaļas.

Kā ultraskaņas ekstrakcija veicina ilgtspējīgu olīveļļas ražošanu?

Ultraskaņas ekstrakcija veicina ilgtspējīgu olīveļļas ražošanu, jo olīvu izspiedumi tiek izmantoti vērtīgam mērķim, nevis uzskatīti vienīgi par atkritumiem. Iegūstot no šī blakusprodukta vērtīgos antioksidantus, ražotāji var samazināt ietekmi uz vidi, uzlabot resursu izmantošanas efektivitāti un radīt papildu vērtības plūsmas.

Vai Hielscher ultraskaņas sistēmas var izmantot rūpnieciskai olīvu izspiedumu pārstrādei?

Jā. Hielscher ultraskaņas sistēmas ir piemērotas procesu izstrādei, eksperimentālajai testēšanai un ekstrakcijai rūpnieciskā mērogā. Precīzā ultraskaņas parametru kontrole un iespēja izmantot tās dažādās konfigurācijās padara šīs sistēmas īpaši piemērotas olīvu izspiedumu un citu lauksaimniecības un rūpniecības biomasas plūsmu nepārtrauktai pārstrādei.

Literatūra / Atsauces

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).