Izspaidu ekstrakcija ar ultraskaņu – ilgtspējīga bioaktīvo savienojumu atgūšana

Augļu pārstrādes blakusprodukti, jo īpaši izspaidas, ir neizmantots bioaktīvo savienojumu avots ar potenciālu pielietojumu nutraceitisko līdzekļu ražošanā, pārtikas bagātināšanā un farmācijā. Tomēr šo savienojumu efektīva un ilgtspējīga atgūšana joprojām ir tehnisks izaicinājums. Starp jaunajām videi draudzīgajām ekstrakcijas tehnoloģijām ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību, izmantojot zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces, nodrošina izcilu atgūšanas iznākumu. Apstrāde ar ultraskaņu ļauj ātri un ar efektīvu šķīdinātāja izmantošanu ekstrahēt fenolu savienojumus, triterpēnskābes un citus bioaktīvos savienojumus no augu matricām, piemēram, ābolu izspaidām.

Efektīva augļu pārstrādes blakusproduktu valorizācija ar ultraskaņas ekstrakciju

Izspaidu ekstrakcija ar ultraskaņu ir efektīvs veids, kā valorizēt sulas, vīna un sidra ražošanas blakusproduktus – tas ir zinātniski apstiprināts, rūpnieciskam mērogam pielāgojams un rūpniecībā ieviests, kā arī ekonomisks risinājums augļu atkritumu valorizācijai. Tā kā apstrāde ar ultraskaņu ir efektīva un daudzpusīga, tā piedāvā videi draudzīgu ekstrakcijas stratēģiju, lai izmantotu lauksaimniecības un pārtikas ražošanas blakusproduktu, piemēram, ābolu izspaidu, potenciālu.
Kā liecina jaunākie pētījumi, īsa apstrādes laika ar ultraskaņu, mērenas etanola koncentrācijas un kontrolētas amplitūdas apvienojums ļauj selektīvi un efektīvi atgūt veselību veicinošus savienojumus.
Tiecoties uz apritīgumu, apstrāde ar ultraskaņu nav tikai rīks – tā nozīmē procesa intensifikāciju un efektivitāti.

Izspaidu valorizācija, izmantojot ultraskaņas ekstrakciju

Augļu izspaidas, kas ir sulas un vīna ražošanas blakusprodukts, sastāv no mizām, mīkstuma, sēklām un kātiņiem. Izspaidas, kuras tradicionāli izmantotas nepietiekami vai novirzītas mazvērtīgiem izmantošanas veidiem, piemēram, lopbarībai vai biomasai, tagad tiek atzītas par vērtīgu polifenolu (piemēram, kvercetīna glikozīdu, floridzīna), flavonoīdu, dihidrohalkonu un triterpēnskābju (īpaši ursolskābes) avotu. Šīs molekulas ir saistītas ar antioksidatīvām, pretiekaisuma un pretmikrobu īpašībām.
Ultraskaņas ekstrakcija piedāvā būtiski jaunu pieeju izspaidu valorizācijai, nodrošinot šo bioaktīvo savienojumu efektīvu atbrīvošanu. Salīdzinājumā ar tradicionālajām ekstrakcijas metodēm ultraskaņas ekstrakcija nodrošina:

• Īsāku apstrādes laiku
• Mazāku šķīdinātāja patēriņu
• Lielāku iznākumu
• Saudzīgākus ekstrakcijas apstākļus, saglabājot siltumjutīgos savienojumus

Ko zinātne saka par izspaidu ekstrakciju ar ultraskaņu

Divi pētījumi, kas minēti kā piemēri, zinātniski pierāda ekstrakcijas ar ultraskaņas palīdzību (UAE) priekšrocības ābolu izspaidu apstrādē.

1. pētījums: Pando Bedriñana et al., 2024
Izmantojot centrālo kompozīto eksperimentu plānu, pētnieki optimizēja vienlaicīgu kopējo polifenolu un ursolskābes ekstrakciju no sidra ražošanas izspaidām ar Hielscher UP200Ht ultraskaņas apstrādes ierīci. Optimizētos apstākļos (5,1 min, 68% etanola, 90% amplitūdas) no nesadalītām ābolu izspaidām ieguva:

• ~1300 µg/g flavonolu
• ~1200 µg/g dihidrohalkonu
• ~4200 µg/g ursolskābes

Jāatzīmē, ka ābolu mizu frakcijā bija vēl augstākas koncentrācijas, ursolskābes saturam sasniedzot 8500 µg/g sausnas. Ekstraktu antioksidatīvā aktivitāte cieši korelēja ar polifenolu saturu, un matemātiskā modelēšana apstiprināja ekstrakcijas efektivitāti.

2. pētījums: Razola-Díaz et al., 2022
Šajā darbā galvenā uzmanība tika pievērsta floretīna un floridzīna – divu dihidrohalkonu ar spēcīgu antioksidatīvu iedarbību – ekstrakcijas optimizācijai. Izmantojot Hielscher UP400St zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīci, tika iegūts šāds ekstrakcijas iznākums:

• ~13 µg/g floretīna
• ~67 µg/g floridzīna
• ~1878 µg/g kopējo fenolu savienojumu uz sausmasu
• Antioksidatīvā aktivitāte (FRAP): līdz 3,58 mg TE/g

Daudzpusība – izspaidu, sulu un smūtiju apstrāde ar ultraskaņu

Ultraskaņas ekstrakcija neaprobežojas tikai ar ābolu izspaidām; tā ir veiksmīgi izmantota daudzveidīgām augļu matricām. Tādu augļu kā apelsīnu mīkstumā apstrāde ar ultraskaņu veicina polifenolu, flavonoīdu un antioksidantu izdalīšanos, saglabājot to funkcionālo integritāti. Tāpat citrusaugļu – tostarp greipfrūtu, citronu un apelsīnu – mizas ir bagātas ar pektīniem un fenola savienojumiem, kurus var efektīvi atbrīvot, kavitācijas ietekmē sagraujot šūnu sieniņas. Pat vīnogu sēklas, kas pazīstamas ar augstu polifenolu (piemēram, katehīnu un proantocianidīnu) saturu, labi pakļaujas apstrādei ar ultraskaņu, ļaujot iegūt augstu antioksidantu koncentrāciju. Šī daudzpusīgā izmantojamība dažādos augu audos apliecina, ka apstrāde ar ultraskaņu ir uzticams līdzeklis videi draudzīgai bioaktīvo savienojumu ekstrakcijai no dažādiem agrorūpniecības blakusproduktiem.

Turklāt Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīču daudzpusība aptver dažādus produktus un lietojumus:

• Ekstrakcija šķidrajā fāzē sulās un biezeņos
• Augu izcelsmes dzērienu un emulsiju homogenizācija
• Mikroorganismu un enzīmu inaktivācija glabāšanas laika pagarināšanai bez termiskiem bojājumiem

Sulu un smūtiju ražošanā augstas veiktspējas apstrāde ar ultraskaņu nodrošina:

• Šķiedrvielu un cieto daļiņu stabilu dispersiju
• Uzlabotu sajūtu mutē
• Uzlabotu fenola savienojumu biopieejamību
• Sensoro īpašību un uzturvērtības saglabāšanu

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīču daudzpusīgā izmantošana ļauj viegli apvienot izspaidu un sulu pārstrādi – veicot ekstrakciju, homogenizāciju un pasterizāciju ar vienu un to pašu ultraskaņas iekārtu.

Uzmanības centrā – ilgtspēja

Apstrāde ar ultraskaņu būtiski veicina ilgtspēju, ļaujot iegūt augstvērtīgus bioaktīvos savienojumus no augļu pārstrādes blakusproduktiem, kas citādi palielinātu pārtikas atkritumu daudzumu pasaulē. Sulu rūpniecībā, kur pēc ražas novākšanas vai pārstrādes laikā tiek izmesti līdz pat 25% augļu un dārzeņu, apstrāde ar ultraskaņu piedāvā mērķtiecīgu un efektīvu risinājumu. Piemēram, ir pierādīts, ka apelsīnu mīkstuma un mizu maisījumu apstrāde ar ultraskaņu uzlabo būtiskas šķiedrvielu īpašības, veicinot to atkārtotu izmantošanu kā jaunas pārtikas sastāvdaļas. Šāda vērtības palielināšana ne tikai samazina lauksaimniecības un pārtikas atkritumu radīto slogu videi, bet arī atbilst ANO 12. ilgtspējīgas attīstības mērķim – veicināt atbildīgu patēriņu un ražošanu.
Būtiski ir tas, ka apstrāde ar ultraskaņu ir energoefektīva un videi draudzīga tehnoloģija – tai nepieciešams mazs enerģijas patēriņš, un tā samazina agresīvu ekstrakcijas šķīdinātāju izmantošanu, jo darbojas ar ūdeni, etanola ūdens šķīdumu un NADES.
Pārveidojot atkritumu plūsmas funkcionālās sastāvdaļās, apstrāde ar ultraskaņu veicina aprites ekonomiku un uzlabo gan ekoloģisko, gan ekonomisko ilgtspēju pārtikas pārstrādes nozarē.

Uzlabojiet izspaidu pārstrādes procesu ar Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīcēm

Hielscher Ultrasonics ir vadošs augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmu ražotājs, kura sistēmas ir paredzētas gan laboratorijas, gan rūpnieciskiem lietojumiem. Uzņēmuma rūpnieciskās ultraskaņas apstrādes ierīces – piemēram, UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT un UIP16000hdT – piedāvā:

• Mērogojamu ražību (no litriem līdz tonnām stundā)
• Precīzu amplitūdas regulēšanu
• Darbību 24/7 prasīgos vides apstākļos
• Ultraskaņas reaktorus, kuros iespējams paaugstināt spiedienu
• Savietojamību ar nepārtrauktu apstrādi plūsmā
• Vienkāršu integrāciju (esošajās) ražošanas līnijās

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīču izmantošana polifenolu, antioksidantu un citu bioaktīvo savienojumu ekstrakcijai jau ir validēta publicētos pētījumos, apliecinot efektivitāti un reproducējamību.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču aptuveno apstrādes jaudu:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir labi pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un konstrukcijas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes ierīces viegli integrēt rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar modernākajām tehnoloģijām un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Literatūra / Atsauces

• 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.