Ultrasone extractie van polyfenolen uit bijproducten van olijfolie: een succesverhaal

Olijvenpulp is niet langer alleen maar een agro-industrieel bijproduct – het is een waardevolle bron van krachtige natuurlijke antioxidanten. In deze studie heeft Natural Phenolics de waterige extractie van hydroxytyrosolrijke polyfenolen geoptimaliseerd met behulp van de Hielscher-sonicator UP400St. De resultaten tonen een robuust, reproduceerbaar en schaalbaar proces aan, waarbij onder geoptimaliseerde sonicatieomstandigheden een voorspelde hydroxytyrosolconcentratie van 1609,5 mg/l wordt bereikt. Dit werk laat zien hoe precisie-ultrasone technologie olijfolieafval kan omzetten in hoogwaardige biogebaseerde grondstoffen voor de voedingsmiddelenindustrie, de landbouw en duurzame industrie.

Olijvenpulp – Geen bijproduct, maar een bron die rijk is aan antioxidanten

Olijvenpulp (alperujo) is het belangrijkste bijproduct van de olijfolieproductie; de jaarlijkse wereldwijde productie bedraagt tussen de 13 en 18 miljoen ton. Polyfenolen zijn secundaire metabolieten die in hoge concentraties in dit agro-industriële restproduct voorkomen. Hoewel deze verbindingen een uitstekende antioxiderende werking hebben, vormt hun onbehandelde aanwezigheid in het milieu een aanzienlijk toxicologisch probleem. Als pionier op het gebied van afvalvalorisatie pakt Natural Phenolics dit probleem aan en zet het deze milieubelasting om in een duurzame economische troef. Door deze hoogwaardige metabolieten te extraheren, produceert het Spaanse bedrijf Natural Phenolics hoogwaardige bio-gebaseerde grondstoffen. Momenteel is het R&D of Natural Phenolics loopt voorop in de productie van geavanceerde biostimulanten op basis van planten en antioxidanthoudende voedingsconserveringsmiddelen met een clean-label.

Natural Phenolics, een bedrijf gevestigd in Catalonië, Spanje, produceert hoogwaardige biostimulanten uit agrarische bijproducten

Klaar om uw olijvenpulp te verwerken?
Deel informatie over uw olijfolieproductieproces en de afvoer van de persresten met ons. Wij helpen u bij het vinden van de juiste ultrasone extractieopstelling om op een efficiënte en duurzame manier hoogwaardige polyfenolen terug te winnen.

De behoefte aan efficiënte en gestandaardiseerde extractietechnologieën

Tegen deze achtergrond is de keuze voor de juiste extractietechniek van cruciaal belang voor het verkrijgen van gestandaardiseerde extracten. Ultrasone extractie (UAE) heeft zich ontpopt als een krachtige techniek die, naast andere operationele voordelen, reproduceerbare resultaten oplevert, de extractietijd verkort en het verbruik van oplosmiddelen vermindert.
In dit artikel presenteert Natural Phenolics de optimalisatieresultaten voor het verkrijgen van gestandaardiseerde waterige extracten die rijk zijn aan hydroxytyrosol (HT) en andere polyfenolen. Als experimenteel model werd gekozen voor een centraal composietontwerp. De geëvalueerde parameters waren extractieamplitude en -tijd, terwijl de respons werd gemeten in termen van hydroxytyrosolconcentratie. Hiervoor maakten ze gebruik van de Hielscher Ultrasonics-sonicator UP400St, geselecteerd vanwege de gebruiksvriendelijke bediening en hoge precisie in amplituderegeling.

Experimenteel ontwerp van ultrasone extractie: optimalisatie van amplitude en extractietijd

Deze nauwkeurige regeling was van cruciaal belang om de effecten van de akoestische energie te scheiden van de variabiliteit in de grondstof. Alle extracties werden uitgevoerd met gedroogd olijvenafval (vochtgehalte 20%, deeltjesgrootte 1 mm) en water als oplosmiddel. De slurry werd bereid met een verhouding van 40% vaste stof tot vloeistof, en alle experimenten werden uitgevoerd bij een constante temperatuur van 35 °C. Tabel 1 geeft een overzicht van de experimentele omstandigheden die via de CCD-matrix met 12 runs werden geëvalueerd.

Parameter	Maximaal	Minimum	Axiaal punt	Axiaal punt
Amplitude %	70	30	78	22
Tijd min	30	10	34.1	5,9

In deze demonstratie laten we de precisie en efficiëntie zien van sonicatie met een sonde voor het extraheren van bioactieve bestanddelen uit olijfbladeren. In de video gebruiken we de sonicator UP400St voor het extraheren van bioactieve bestanddelen zoals polyfenolen en flavonoïden waaronder oleuropeïne, hydroxytyrosol, luteoline en talloze andere fytochemicaliën. Sonicatie zorgt voor een hoge opbrengst aan bioactieve stoffen van hoge kwaliteit met behulp van milde, niet-giftige oplosmiddelen zoals water, aangezuurd water of waterige ethanol.

Tabel 2 toont de beoordelingen van de modelkwaliteit voor de optimalisatie. Het wiskundige model verklaarde 72,02% van de totale variabiliteit (R² = 0,7202), wat een zeer bevredigende aansluiting is gezien de complexe en inherent heterogene aard van de olijvenpulpmatrix. Hoewel de significantie van het model (P = 0,101) iets boven de traditionele 95%-betrouwbaarheidsdrempel ligt vanwege de sterk beperkte vrijheidsgraden in de matrix met 12 runs, bevestigen de sterk negatieve kwadratische coëfficiënten b11 = -61,61 en b22 = -71,61 een fysisch verantwoorde parabolische extractiekinetiek.

Parameter
Amplitude b2	67,6604
Tijd b2	59,6054
Amplitude2 (b11)	-61,6139
Tijd om	-71,6058
R2 (b11)	0.7202
R2 (aangepast)	0.4871
F-statistiek	3,0892
p-waarde	1,01179 × 10⁻¹
Resterende standaardfout	67,05 mg/l

Ultrasone extractie van hydroxytyrosol en polyfenolen uit olijvenpulp: geoptimaliseerd proces met de UP400St-sonicator

Ultrasone extractie van polyfenolen uit olijvenpulp: links – Responsoppervlakmodel van de methode; rechts – Contourplot

Hoog rendement bij de winning van hydroxytyrosol door middel van ultrasone extractie

Figuur 1A toont de responsoppervlakte van het geoptimaliseerde model. De brede rode zone bij het plateau-maximum bevestigt de robuustheid van het proces, aangezien variaties in amplitude binnen het bereik van 50–60% geen grote schommelingen in de hydroxytyrosolconcentratie veroorzaken. Bij het analyseren van de effecten van individuele factoren blijkt dat het verhogen van de amplitude van 22% naar 50% een cruciale invloed heeft, wat leidt tot een scherpe verbetering van de extractieopbrengst. Omgekeerd stabiliseert een extractietijd van meer dan 20 minuten de opbrengst, wat duidt op verzadiging van het oplosmiddel in dit stadium. Uiteindelijk heeft deze architectuur met succes een definitief operationeel optimum geïdentificeerd bij een amplitude van 61,5% en 24,2 minuten ultrasone behandeling, wat een maximale voorspelde hydroxytyrosolconcentratie van 1609,5 mg/l oplevert.

Kortom, het gebruik van de technologie van Hielscher Ultrasonics vormde een hoeksteen bij het realiseren van een uiterst reproduceerbaar en energetisch geoptimaliseerd proces voor de extractie van hydroxytyrosol. De uitmuntende precisie in amplituderegeling en de robuuste mechanische prestaties van de UP400St-sonotrode garanderen dat deze mijlpalen op laboratoriumschaal naadloos kunnen worden vertaald naar industriële systemen met continue doorstroming. Bovendien werd het succes van deze optimalisatiefase aanzienlijk versneld door de uitzonderlijke technische assistentie en lokale ondersteuning van Jover Labtech, de vertegenwoordiger van Hielscher in Catalonië, Spanje. Deze synergie tussen geavanceerde akoestische hardware en deskundige technische ondersteuning ter plaatse legt een definitief, haalbaar pad vast naar de duurzame, grootschalige commerciële valorisatie van agro-industriële biomassa.

In deze videoclip tonen we een installatie van 2x UIP4000hdt sonicators voor intensievere extractie van extra vierge olijfolie die rijk is aan polyfenolen. De getoonde installatie wordt gebruikt in een Siciliaanse Frantoio. In de video worden onrijpe Biancolilla cultivars verwerkt voor de productie van extra vierge olijfolie. Hielscher industriële sonicators worden geïnstalleerd in olijfoliefabrieken om het extractierendement en de kwaliteit van extra vierge olijfolie te verhogen. Cavitatie gegenereerd door ultrageluid breekt celwanden af en verhoogt de permeabiliteit van het weefsel van de olijfvrucht. Dit leidt tot een betere extractie van olie uit de olijfpasta, wat resulteert in een hogere opbrengst aan olie.

Verwante onderwerpen

Veelgestelde vragen: Ultrasone extractie van polyfenolen uit olijvenpulp

Wat is olijvenpulp?

Olijvenpulp, ook wel alperujo genoemd, is het belangrijkste bijproduct dat ontstaat bij de winning van olijfolie. Het bestaat uit olijvenvruchtvlees, schillen, pitten en restwater en -olie. Hoewel olijvenpulp vaak als afval wordt beschouwd, bevat het waardevolle bioactieve stoffen, met name polyfenolen zoals hydroxytyrosol.

Waarom is olijvenpulp een waardevolle bron van polyfenolen?

Olijvenpulp bevat hoge concentraties fenolverbindingen met krachtige antioxiderende eigenschappen. Deze verbindingen kunnen worden teruggewonnen en verwerkt tot hoogwaardige natuurlijke extracten voor gebruik in voedselconservering, biostimulanten voor planten, nutraceutische ingrediënten, cosmetica en andere biogebaseerde toepassingen.

Wat is hydroxytyrosol?

Hydroxytyrosol is een van de belangrijkste polyfenolen die in olijven en uit olijven vervaardigde bijproducten voorkomen. Het staat bekend om zijn krachtige antioxiderende werking en wordt zeer gewaardeerd in functionele voedingsmiddelen, natuurlijke conserveermiddelen, cosmetische producten en biostimulerende middelen voor de landbouw.

Waarom zouden polyfenolen uit olijvenpulp moeten worden geëxtraheerd?

Door polyfenolen uit olijvenpulp terug te winnen, wordt een agro-industrieel restproduct omgezet in een waardevolle grondstof. Dit draagt bij aan strategieën voor de circulaire economie, vermindert de milieubelasting van de olijfolieproductie en creëert nieuwe inkomstenbronnen uit bijproducten die anders zouden moeten worden afgevoerd of verwerkt.

Wat is een extractie met behulp van echografie?

Extractie met behulp van ultrasone trillingen is een geavanceerde extractietechniek waarbij akoestische energie wordt gebruikt om de afgifte van waardevolle stoffen uit plantaardig materiaal te bevorderen. Door ultrasone cavitatie wordt de massaoverdracht tussen de vaste biomassa en het oplosmiddel verbeterd, wat een snellere, efficiëntere en beter reproduceerbare extractie mogelijk maakt in vergelijking met veel conventionele methoden.

Hoe draagt echografie bij aan een betere extractie van polyfenolen uit olijvenpulp?

Ultrasoon geluid wekt cavitatiekrachten op in het vloeibare medium, waardoor de celstructuren van planten worden afgebroken en het oplosmiddel beter in de biomassa kan doordringen. Dit versnelt de afgifte van polyfenolen zoals hydroxytyrosol en kan de extractietijd, het oplosmiddelverbruik en de procesvariabiliteit verminderen.

Kan water worden gebruikt als oplosmiddel voor de ultrasone extractie van olijvenpulp?

Ja. Uit het onderzoek blijkt dat water kan worden gebruikt als extractiemiddel voor het terugwinnen van hydroxytyrosolrijke polyfenolen uit gedroogd olijvenafval. Dit maakt het proces bijzonder aantrekkelijk voor clean-label-, voedselveilige en milieuvriendelijke extractietoepassingen.

Welke ultrasone apparatuur is bij het onderzoek gebruikt?

In het onderzoek werd gebruikgemaakt van de UP400St-sonotrode van Hielscher Ultrasonics. Deze ultrasone processor werd gekozen vanwege de nauwkeurige amplituderegeling, de robuuste prestaties en de geschiktheid voor een gecontroleerde optimalisatie op laboratoriumschaal van de extractie van polyfenolen uit olijvenpulp.

Welke procesparameters zijn geoptimaliseerd?

In het onderzoek werden twee belangrijke parameters voor ultrasone extractie geoptimaliseerd: de ultrasone amplituden en de extractietijd. Deze parameters werden geëvalueerd aan de hand van een centraal composietontwerp om hun invloed op de hydroxytyrosolconcentratie in het waterige extract te bepalen.

Wat waren de optimale omstandigheden voor de extractie van hydroxytyrosol?

De in het onderzoek vastgestelde optimale extractieomstandigheden waren een amplitude van 61,5% en een ultrasone behandeling van 24,2 minuten. Onder deze omstandigheden voorspelde het model een maximale hydroxytyrosolconcentratie van 1609,5 mg/l.

Waarom is amplituderegeling belangrijk bij ultrasone extractie?

Het regelen van de amplitude is van cruciaal belang, omdat dit bepalend is voor de intensiteit van de ultrasone cavitatie. Door de amplitude nauwkeurig in te stellen, kunnen gebruikers de extractie-efficiëntie optimaliseren, onnodig energieverbruik voorkomen en beter reproduceerbare extracten verkrijgen, ondanks de natuurlijke variabiliteit in biomassa-grondstoffen zoals olijvenpulp.

Is ultrasone extractie van olijvenpulp op grote schaal toepasbaar?

Ja. Ultrasone extractie is zeer schaalbaar wanneer procesparameters zoals amplitude, energie-input, stroomsnelheid, temperatuur en verblijftijd op de juiste wijze worden geregeld. Het onderzoek onderstreept het belang van de ultrasone technologie van Hielscher voor het vertalen van optimalisaties op laboratoriumschaal naar industriële verwerking met continue doorstroming.

Welke producten kunnen worden gemaakt van polyfenolextracten uit olijvenpulp?

Extracten uit olijvenpulp die rijk zijn aan polyfenolen kunnen worden gebruikt in diverse hoogwaardige toepassingen, waaronder natuurlijke antioxidanten als conserveermiddelen voor levensmiddelen, biostimulanten voor planten, cosmetische ingrediënten, nutraceutische formuleringen en biogebaseerde speciale ingrediënten.

Hoe draagt ultrasone extractie bij aan een duurzame olijfolieproductie?

Ultrasone extractie draagt bij aan een duurzame olijfolieproductie door olijvenpulp te valoriseren in plaats van het louter als afval te beschouwen. Door waardevolle antioxidanten uit dit bijproduct terug te winnen, kunnen producenten hun ecologische voetafdruk verkleinen, efficiënter omgaan met hulpbronnen en nieuwe inkomstenstromen creëren.

Kunnen de ultrasone systemen van Hielscher worden gebruikt voor de industriële verwerking van olijvenpulp?

Ja. De ultrasone systemen van Hielscher zijn geschikt voor procesontwikkeling, proefprojecten en extractie op industriële schaal. Dankzij de nauwkeurige regeling van de ultrasone parameters en de beschikbaarheid in schaalbare configuraties zijn ze uitermate geschikt voor de continue verwerking van olijvenpulp en andere agro-industriële biomassastromen.

Literatuur / Referenties

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).