Polifenolu ekstrakcija ar ultraskaņu no olīveļļas ražošanas blakusproduktiem: veiksmes stāsts

Olīvu izspaidas vairs nav tikai agrorūpniecības blakusprodukts – tās ir vērtīgs augstas efektivitātes dabisko antioksidantu avots. Šajā pētījumā Natural Phenolics optimizēja ar hidroksitirozolu bagātu polifenolu ekstrakciju ūdenī, izmantojot Hielscher ultraskaņas procesoru UP400St. Rezultāti apliecina stabilu, reproducējamu un mērogojamu procesu, kurā optimizētos apstrādes ar ultraskaņu apstākļos sasniegta prognozētā hidroksitirozola koncentrācija 1609,5 mg/L. Šis darbs parāda, kā precīza ultraskaņas tehnoloģija var pārvērst olīveļļas ražošanas atkritumus augstākās kvalitātes bioloģiskas izcelsmes izejvielās pārtikas ražošanai, lauksaimniecībai un ilgtspējīgai rūpniecībai.

Olīvu izspaidas – nevis blakusprodukts, bet ar antioksidantiem bagāts resurss

Olīvu izspaidas (alperujo) ir galvenais olīveļļas ieguves blakusprodukts; to ikgadējais apjoms pasaulē sasniedz 13 līdz 18 miljonus tonnu. Polifenoli ir sekundārie metabolīti, kas šajā agrorūpniecības atlikumproduktā ir sastopami augstā koncentrācijā. Lai gan šiem savienojumiem piemīt izcila antioksidatīvā aktivitāte, to klātbūtne vidē bez iepriekšējas apstrādes rada būtisku toksikoloģisku problēmu. Būdams pionieris atkritumu pārvēršanā vērtīgos produktos, Natural Phenolics iesaistās šīs problēmas risināšanā, pārvēršot šo vides apgrūtinājumu ilgtspējīgā ekonomiskā resursā. Ekstrahējot šos augstvērtīgos metabolītus, Spānijas uzņēmums Natural Phenolics ražo augstākās kvalitātes bioloģiskas izcelsmes izejvielas. Pašlaik Natural Phenolics pētniecības un izstrādes darbs ir vadošajās pozīcijās progresīvu augu biostimulatoru un antioksidatīvu pārtikas konservantu ar vienkāršu un saprotamu sastāvu izstrādē.

 
Par Natural Phenolics
Natural Phenolics ir zaļās ķīmijas uzņēmums aprites ekonomikas priekšgalā, kas specializējas olīvu izspaidu (alperujo) pilna mēroga pārstrādē vērtīgos produktos. Izmantojot progresīvus, ilgtspējīgus ekstrakcijas procesus, mēs pārvēršam šo sarežģīto agrorūpniecības atlikumproduktu augstākās kvalitātes bioloģiskas izcelsmes ķīmiskajās izejvielās.
 

Natural Phenolics, uzņēmums Katalonijā, Spānijā, ražo augstas kvalitātes biostimulatorus no lauksaimniecības blakusproduktiem

Nepieciešamība pēc efektīvām un standartizētām ekstrakcijas tehnoloģijām

Šajā kontekstā piemērotas ekstrakcijas tehnoloģijas izvēle ir izšķiroša standartizētu ekstraktu iegūšanai. Ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību (UAE) ir kļuvusi par iedarbīgu metodi, kas līdztekus citām ekspluatācijas priekšrocībām nodrošina reproducējamus rezultātus, saīsina ekstrakcijas laiku un samazina šķīdinātāja patēriņu.
Šeit Natural Phenolics iepazīstina ar optimizācijas rezultātiem standartizētu ūdens ekstraktu iegūšanai, kas ir bagāti ar hidroksitirozolu (HT) un citiem polifenoliem. Par eksperimentālo modeli tika izvēlēts centrālais kompozītais plāns. Vērtētie parametri bija ekstrakcijas amplitūda un laiks, savukārt atbildes reakcija tika mērīta kā hidroksitirozola koncentrācija. Šim nolūkam tika izmantots Hielscher Ultrasonics ultraskaņas procesors UP400St, kas tika izvēlēts tā ērtās lietošanas un ļoti precīzās amplitūdas regulēšanas dēļ.

Ultraskaņas ekstrakcijas eksperimentālais plāns: amplitūdas un ekstrakcijas laika optimizācija

Šī precīzā regulēšana bija būtiska, lai nošķirtu akustiskās enerģijas ietekmi no izejvielu mainīguma ietekmes. Visas ekstrakcijas tika veiktas, izmantojot žāvētas olīvu izspaidas (mitruma saturs 20%, daļiņu izmērs 1 mm) un ūdeni kā šķīdinātāju. Suspensija tika sagatavota ar cietās un šķidrās fāzes attiecību 40%, un visi eksperimenti tika veikti nemainīgā 35°C temperatūrā. 1. tabulā apkopoti eksperimentālie apstākļi, kas tika izvērtēti, izmantojot CCD matricu ar 12 eksperimentiem.

2. tabulā parādīti optimizācijai izmantotā modeļa kvalitātes novērtējumi. Matemātiskais modelis izskaidroja 72,02% no kopējās variabilitātes (R2 = 0,7202), kas liecina par ļoti apmierinošu atbilstību, ņemot vērā olīvu izspaidu matricas sarežģīto un pēc būtības heterogēno raksturu. Lai gan modeļa nozīmīgums (P = 0,101) ir nedaudz virs tradicionālā 95% ticamības sliekšņa stingri ierobežotā brīvības pakāpju skaita dēļ 12 eksperimentu matricā, izteikti negatīvie kvadrātiskie koeficienti b11 = -61,61 un b22 = -71,61 apstiprina fizikāli pamatotu parabolisku ekstrakcijas kinētiku.

Polifenolu ekstrakcija no olīvu izspaidām ar ultraskaņu: pa kreisi – metodes atbildes virsmas modelis; pa labi – kontūrgrafiks

Stabila hidroksitirozola atgūšana ar ultraskaņas ekstrakciju

1.A attēlā parādīts optimizētā modeļa atbildes virsmas grafiks. Plašā sarkanā zona plato maksimumā apstiprina procesa stabilitāti, jo amplitūdas izmaiņas 50–60% diapazonā neizraisa būtiskas hidroksitirozola koncentrācijas svārstības. Analizējot atsevišķu faktoru ietekmi, amplitūdas palielināšanai no 22% līdz 50% ir izšķiroša nozīme, jo tā strauji palielina ekstrakcijas iznākumu. Savukārt ekstrakcijas ilgums, kas pārsniedz 20 minūtes, stabilizē iznākumu, liecinot par šķīdinātāja piesātinājumu šajā posmā. Galu galā šī struktūra ļāva sekmīgi noteikt skaidru darbības optimumu pie 61,5% amplitūdas un 24,2 minūšu ilgas apstrādes ar ultraskaņu, nodrošinot maksimālo prognozēto hidroksitirozola koncentrāciju 1609,5 mg/L.

Noslēgumā jāsecina, ka Hielscher Ultrasonics tehnoloģijas izmantošana bija stūrakmens ļoti labi reproducējama un enerģētiski optimizēta hidroksitirozola ekstrakcijas procesa izveidē. Izcilā amplitūdas regulēšanas precizitāte un UP400St sonotrodes izturīgā mehāniskā darbība garantē, ka šos laboratorijas mērogā sasniegtos rezultātus var bez grūtībām pārnest uz rūpnieciskām nepārtrauktas plūsmas sistēmām. Turklāt šī optimizācijas posma sekmīgu norisi ievērojami paātrināja izcilā tehniskā palīdzība un vietējais atbalsts, ko sniedza Jover Labtech, Hielscher pārstāvji Katalonijā, Spānijā. Šī progresīvas akustiskās aparatūras un tuvumā pieejama profesionāla inženiertehniskā atbalsta sinerģija paver skaidru, īstenojamu ceļu uz ilgtspējīgu agrorūpnieciskās biomasas pilna mēroga komerciālu izmantošanu pievienotās vērtības radīšanai.

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).