Ultrasone extractie van polyfenolen uit olijfblad

Extracten van olijfbladeren zijn een krachtig voedingssupplement en therapeutisch middel, omdat het sterke antioxidanten bevat zoals de polyfenolen oleuropeïne, hydroxytyrosol en verbascoside. Ultrasone extractie is een zeer efficiënte techniek om bioactieve stoffen zoals polyfenolen, flavonen en terpenoïden uit olijfbladeren vrij te maken en te isoleren.

Ultrasone extractie van bioactieve bestanddelen uit olijfbladeren

Ultrasone extractie van olijfbladeren met behulp van een sonicator van het probe-type biedt voordelen zoals efficiëntie, verhoogde opbrengst, behoud van bioactiviteit, duurzaamheid, gebruiksgemak en kosteneffectiviteit in vergelijking met conventionele extractiemethoden. Deze voordelen maken het een aantrekkelijke optie voor onderzoekers en industrieën die bioactieve bestanddelen uit olijfbladeren willen extraheren voor verschillende toepassingen, waaronder farmaceutica, nutraceutica en functionele voedingsmiddelen.

Laten we de voordelen van ultrasone olijfbladextractie eens in detail bekijken:

• Efficiëntie: Sonicators van het sondetype leveren ultrasone golven met hoge intensiteit rechtstreeks aan het monster, wat een snelle en efficiënte extractie bevordert. Dit zorgt voor kortere extractietijden in vergelijking met conventionele methoden, waardoor het energieverbruik daalt en de productiviteit toeneemt.
• Verhoogde opbrengst:Ultrasone golven verstoren celwanden en bevorderen het vrijkomen van intracellulaire verbindingen, wat leidt tot hogere extractieopbrengsten. Studies hebben aangetoond dat ultrasone extractie de extractie-efficiëntie van bioactieve stoffen uit plantmaterialen aanzienlijk kan verhogen in vergelijking met conventionele methoden.
• Behoud van bioactiviteit: Ultrasone extractie werkt bij lagere temperaturen in vergelijking met andere extractie technieken, waardoor het risico van thermische degradatie van hittegevoelige verbindingen wordt verminderd. Dit helpt de bioactiviteit en voedingskwaliteit van geëxtraheerde verbindingen, zoals antioxidanten, enzymen en vitaminen, in olijfbladeren te behouden.
• Groen en duurzaam: Ultrasone extractie wordt beschouwd als een groene en duurzame extractiemethode omdat er doorgaans minder oplosmiddel en energie nodig is in vergelijking met conventionele extractietechnieken. Bovendien produceert het minimale afval en kan het gemakkelijk worden opgeschaald voor industriële toepassingen.
  Bedieningsgemak: Sonicators van het sonde-type zijn relatief eenvoudig te bedienen en vereisen minimaal onderhoud vergeleken met andere extractieapparatuur. Dit maakt ze geschikt voor zowel laboratoriumonderzoek als productie op industriële schaal.
• Kosteneffectiviteit: Hoewel de initiële investering in ultrasone apparatuur hoger kan zijn dan bij conventionele extractiemethoden, resulteren de verhoogde efficiëntie en productiviteit na verloop van tijd vaak in kostenbesparingen. Bovendien zorgen de kortere extractietijden voor lagere arbeidskosten en een hogere verwerkingscapaciteit.

Wat maakt olijfbladextract zo heilzaam?

Olijfbladeren (Olea europaea), een afval- of bijproduct van de landbouw, zijn een geweldige bron van natuurlijke antioxidanten. Olijfbladeren bevatten verschillende polyfenolen (ook wel biofenolen genoemd), zoals oleuropeïne en oleaceïne. Polyfenolen komen van nature voor in planten en dragen bij aan de gezondheidsvoordelen van olijfbladextract. Naast polyfenolen zijn de bladeren van de olijfboom rijk aan antioxidanten, zoals ligstroside isomeren, hydroxytyrosol, tyrosol en cafeïnezuur.
Olijfbladextract is het concentraat van fytochemicaliën in olijfbladeren en bevat daardoor een grote hoeveelheid krachtige antioxidanten. Extract van olijfbladeren wordt traditioneel gebruikt om het immuunsysteem te versterken. Het wordt bijvoorbeeld toegediend om de symptomen van verkoudheid, hoesten en keelpijn te verlichten.
Verder suggereert onderzoek dat de polyfenolen in olijfbladextract het risico op hart- en vaatziekten zouden kunnen verminderen, het cholesterolgehalte zouden kunnen verlagen, zouden kunnen helpen bij gewichtsverlies, antimicrobiële effecten zouden kunnen hebben en zouden kunnen werken als kankerbestrijder.
Daarom worden extracten van olijfbladeren (Olea europaea L. folium) gebruikt als actief ingrediënt in productformules van geneesmiddelen en voedingssupplementen. Verder worden extracten van olijfbladeren gebruikt in voedingssupplementen, therapeutica, cosmetica, voedingsmiddelen en dranken.

Geïnfuseerde olijfolie: Olijfbladextract wordt ook gebruikt om olijfolie, zoals extra vierge olijfolie, te verrijken. Verrijkt met olijfbladextract heeft de olijfolie een rijker smaakprofiel en wordt de ORAC-waarde van de olijfolie verhoogd. Olijfolie verrijkt met olijfbladextract heeft een betere houdbaarheid en een hogere hittestabiliteit omdat antioxidanten vrije radicalen neutraliseren en ranzigheid voorkomen.
Kom meer te weten over ultrasoon geassisteerde olijfmaceratie voor de productie van extra olijfolie van eerste persing!

De belangrijkste fytochemicaliën in olijfbladeren

De samenstelling van fenolische verbindingen in olijfbladeren omvat oleurosiden (oleuropeïne, verbascoside), flavonen (luteoline, diosmetine, apigenine-7-glucose, luteoline-7-glucose, diosmetine-7-glucose), flavonolen (rutine), flavan-3-olen (catechine) en fenolische derivaten (tyrosol, hydroxytyrosol, vanilline, vanillinezuur, cafeïnezuur). Oleuropeïne en hydroxytyrosol zijn de belangrijkste fenolische verbindingen in olijfbladeren.

oleuropeïne

Oleuropeïne, een niet-giftige olijfiridoïde (een soort monoterpenoïde), is een soort fenolische bitterstof. Oleuropeïne komt voor in de schil, het vruchtvlees, de zaden en de bladeren van groene olijven, maar wordt het meest aangetroffen in olijfbladeren. Met een gehalte van 6-14% droog gewicht is het de meest prominente bioactieve molecule in olijfbladeren. Afhankelijk van de olijfcultivar, de bodem en de oogsttijd kan het oleuropeïnegehalte zelfs stijgen tot 17-23% drooggewicht.

hydroxytyrosol

Hydroxytyrosol is een metaboliet van oleuropeïne. Beide moleculen staan bekend om hun krachtige antioxidantwerking, die bijdraagt aan enkele van de antioxiderende, ontstekingsremmende en ziektebestrijdende activiteiten van olijfolie. Hydroxytyrosol heeft een van de hoogst bekende ORAC-waarden (oxygen radical absorbance capacity) van natuurlijke antioxidanten.

Een vol-spectrum olijfbladextract bevat talloze polyfenolen, antioxidanten en andere fytochemicaliën, die synergetische effecten hebben. Ultrasone extractie is een betrouwbare extractietechniek, die alle fytochemicaliën uit de olijfbladeren vrijmaakt en zo een zeer krachtig breedbandextract oplevert.

Wat is ultrageluid en ultrasone extractie?

Ultrasoon geluid wordt gedefinieerd als geluidstrillingen van meer dan 20 kHz, dat wil zeggen meer dan 20.000 trillingen per seconde. Dit is het gebied boven het menselijke gehoorspectrum. Ultrasoon geluid bestrijkt dus een zeer groot bereik van akoestische trillingen, wat betekent dat er veel verschillende toepassingen zijn op het gebied van ultrasoon geluid. De bekendste voorbeelden zijn beeldvormende procedures bij de dokter, parkeerhulp in auto's en het niet-destructief testen van materialen. Voor de genoemde voorbeelden wordt hoogfrequent, niet-destructief ultrageluid gebruikt.
Ultrageluid met hoog vermogen wordt gedefinieerd als geluidsgolven met hoge intensiteit en lage frequentie met een frequentie van ongeveer 20-60 kHz. Deze energie-intensieve geluidsgolven genereren afwisselend hoge drukcycli (compressie) en lage drukcycli (rarefactie) in vloeistoffen. Tijdens een lagedrukcyclus creëren de ultrasone golven met hoge energie kleine vacuümbellen of holtes in de vloeistof. Wanneer deze bellen een volume bereiken waarin ze geen energie meer kunnen absorberen, barsten ze tijdens een hogedrukcyclus. Dit fenomeen van bellenimplosie staat bekend als cavitatie.
Cavitatie creëert lokale hete plekken in de vloeistof of slurry, die temperaturen tot 5000 K en drukken tot 2000 atm kunnen bereiken. Bovendien creëert de implosie van de cavitatiebellen vloeistofstralen met snelheden tot 280 m/s. Deze lokaal voorkomende extreme omstandigheden zorgen ervoor dat plantencellen barsten, waardoor bioactieve stoffen vrijkomen die zich in het inwendige van de plantencel bevinden. Dit betekent dat akoestische cavitatie de plantencellen verstoort en leidt tot een hogere diffusie van intracellulaire moleculen in de extractieoplossing (oplosmiddel), waardoor de massaoverdracht toeneemt. Een hogere massaoverdracht betekent een hogere extractiesnelheid. Daarom zijn ultrasone sondes een van de meest gebruikte hulpmiddelen om extracten van hoge kwaliteit te produceren uit plantaardige producten zoals kruiden, bladeren, vruchten en andere plantaardige materialen.
Ultrasone extractie biedt verschillende voordelen, zoals volledige extractie / zeer hoge opbrengsten, kortere extractietijd, verbeterde efficiëntie, compatibiliteit met elk oplosmiddel en het feit dat het een niet-thermische extractiemethode is.

De figuur toont het chromatogram van ultrahigh-performance vloeistofchromatografie met een diode-arraydetector (UHPLC-DAD) van ultrasoon geëxtraheerde fenolen uit olijfbladeren. Pieken 1 en 2 werden gedetecteerd bij 325 nm (rode lijnen), terwijl piek 3 (blauwe lijn) werd gedetecteerd bij 280 nm.
foto en studie: Giocometti, J. et al. (2018)

Extracten van olijfblad geproduceerd door Sonicatie

De extreme omgevingscondities in de "hot spot" zone van de ultrasone cavitatie hebben verschillende effecten op het plantmateriaal en de extraheerbaarheid ervan. Dit omvat het overwinnen van de selectieve permeabiliteit van het celmembraan, de verhoogde uitwisseling van stoffen tussen het celinterieur en het oplosmiddel, de mechanische celdisruptie en het vrijkomen van intracellulaire stoffen (d.w.z. fytochemicaliën zoals oleuropwin, hydroxytyrosol, galluszuur etc.). Deze effecten resulteren in een hoge opbrengst van extracten van hoge kwaliteit binnen een zeer korte sonificatietijd. Een 400 watt ultrasone processor zoalsHielscher's UP400St kan een batch van 10 liter botanische slurry binnen 5-8 minuten verwerken. De industriële ultrasone machines verwerken de slurry bestaande uit plantaardig materiaal en oplosmiddel in een continue stroom. Het medium wordt door een ultrasone reactor gepompt en daar gesoneerd. Op industriële schaal kan een UIP4000hdT (4kW) ongeveer 3L/min. bereiken.
Vanwege de hoge opbrengst van het extract en de snelheid van het proces is ultrasone extractie bijzonder efficiënt. Daarom is sonicatie snel aangepast door verschillende fabrikanten van extracten die extracten van hoge kwaliteit produceren, zoals CBD, cannabinoïden, vanille, algen, gember en talloze andere botanische extracten. Ultrasone cavitatie kan een extractopbrengst bereiken van 95-99% van de werkzame stof in de botanische extracten. Onderzoek toonde bijvoorbeeld een extractierendement van 99,27% voor het vrijkomen van totale fenolen uit olijfbladeren. (Luo, 2011) Het ultrasone proces kan optimaal worden aangepast aan de grondstof en de gewenste extractkwaliteit door de procesparameters aan te passen (ultrasone amplitude, temperatuur, druk, viscositeit).
Ultrasone extractie is compatibel met bijna elk soort oplosmiddel. Voor ultrasoon geassisteerde extractie van olijfbladeren is 80% waterige ethanol het meest effectief gebleken. Maar het extractierendement voor specifieke fytochemische verbindingen kan veranderd worden door een ander oplosmiddel met een andere polariteit te kiezen (bijv. methanol).
Geïnteresseerd in het verhogen van de opbrengst van je extra vierge olijfolie tijdens malaxatie? Klik dan hier voor meer informatie over ultrasone malaxatie van EVOO!
 

Voordelen van ultrasone extractiesystemen

De voordelen van ultrasone extractie zijn de hoge extractieopbrengst, de vrije keuze van het oplosmiddel (bijv. water, ethanol, water-ethanolmengsel, olijfolie, enz. Door de intensieve mechanische krachten van sonicatie zijn ecologische en milde oplosmiddelen zoals water, ethanol etc. meestal voldoende om een buitengewone extractiesnelheid en opbrengst te bereiken. Als gevolg hiervan verkort ultrasone extractie de extractietijd en maakt het een verminderd gebruik van oplosmiddelen of het gebruik van mildere, zachtere oplosmiddelen mogelijk. Dit betekent dat ultrasone extractie zowel hogere extractiesnelheden als gezondere extracten (bijvoorbeeld koudwaterextracten) mogelijk maakt. Aangezien de procestemperatuur nauwkeurig kan worden geregeld tijdens de sonificatie, wordt thermische ontbinding van de extracten door te hoge temperaturen en verdamping van de stoffen voorkomen.
Vergeleken met superkritisch CO₂ zijn de aanschafkosten van een ultrasone extractor laag. De ultrasone verwerkers scoren ook punten op het gebied van bedrijfskosten, eenvoudige, gebruiksvriendelijke bediening en arbeidsveiligheid.

ultrasoon – voor kleinere hoeveelheden tot industriële productie

Een bijzonder kenmerk van ultrasone verwerking is de lineaire schaalbaarheid van het extractieproces. Haalbaarheidsstudies en de productie van kleinere batches kunnen gemakkelijk worden uitgevoerd met een handig ultrasoon apparaat in een open vat. Dit maakt het gemakkelijk om de efficiëntie en kwaliteit van het ultrasone extractieproces te testen. Alle resultaten die op kleine schaal zijn verkregen, kunnen volledig worden gereproduceerd en opgeschaald. De digitale besturing van de ultrasone extractor en de automatische datalogging van de ultrasone parameters op een interne SD-kaart maken een nauwkeurige bewaking van het proces en de reproduceerbaarheid van constante kwaliteitsnormen mogelijk. Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics biedt ultrasone extractoren voor elke schaalgrootte – van handheld apparaten van 50 watt tot industriële ultrasone apparatuur van 16.000 watt voor inline productie. Dankzij de decennialange ervaring van Hielscher Ultrasonics met ultrasone extractie en de installatie van enkele honderden ultrasone extractiesystemen wereldwijd, is deskundig en uitgebreid advies gegarandeerd.

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:

UIP4000hdT sonicator voor inline verwerking van olijfbladeren om extracten van hoge kwaliteit te produceren