Ultrasone extractie van persresten – Duurzame terugwinning van bioactieve stoffen

Bijproducten van de fruitverwerking, met name persresten, vormen een onbenut reservoir van bioactieve stoffen met potentiële toepassingen in nutraceuticals, voedselverrijking en farmaceutische producten. De efficiënte en duurzame terugwinning van deze stoffen blijft echter een technische uitdaging. Onder de opkomende groene extractietechnologieën behaalt ultrasoon ondersteunde extractie met sonicators met een sonde uitstekende terugwinningsopbrengsten. Ultrasone behandeling maakt een snelle extractie van fenolische verbindingen, triterpeenzuren en andere bioactieve stoffen uit plantaardige matrices zoals appelpersresten mogelijk, met een efficiënt gebruik van oplosmiddelen.

Efficiënte valorisatie van bijproducten van fruit met ultrasone extractie

Ultrasone extractie van persresten is een efficiënte manier om het bijproduct van de productie van sap, wijn en cider te valoriseren – het is een wetenschappelijk gevalideerde, industrieel schaalbare en toegepaste, en economische oplossing voor de valorisatie van fruitafval. Omdat sonicatie efficiënt en veelzijdig is, biedt deze een groene extractiestrategie om het potentieel van bijproducten uit de landbouw- en voedingssector, zoals appelpersresten, te benutten.
Zoals uit recent onderzoek blijkt, maakt de combinatie van korte sonicatietijden, gematigde ethanolconcentraties en een gecontroleerde amplitude een selectieve, efficiënte terugwinning van gezondheidsbevorderende stoffen mogelijk.
Bij het streven naar circulariteit is sonicatie meer dan alleen een hulpmiddel – sonicatie betekent procesintensivering en efficiëntie.

Valorisatie van persresten met ultrasone extractie

Fruitpersresten, een bijproduct van de productie van sap en wijn, bestaan uit schillen, vruchtvlees, zaden en stelen. Persresten werden traditioneel onvoldoende benut of gebruikt voor laagwaardige toepassingen zoals veevoer of biomassa, maar worden nu erkend als een waardevolle bron van polyfenolen (bijvoorbeeld quercetineglycosiden en floridzine), flavonoïden, dihydrochalconen en triterpeenzuren (met name ursolzuur). Deze moleculen worden in verband gebracht met antioxiderende, ontstekingsremmende en antimicrobiële eigenschappen.
Ultrasone extractie biedt een transformatieve benadering voor de valorisatie van persresten doordat deze bioactieve stoffen efficiënt kunnen worden vrijgemaakt. Vergeleken met conventionele extractiemethoden biedt ultrasone extractie:

• Kortere verwerkingstijden
• Lager oplosmiddelenverbruik
• Hogere opbrengsten
• Mildere extractieomstandigheden, waardoor warmtegevoelige stoffen behouden blijven

Wat de wetenschap zegt over ultrasone extractie van persresten

Twee voorbeeldstudies tonen wetenschappelijk de voordelen aan van ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) voor appelpersresten.

Studie 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Met behulp van een centraal samengestelde proefopzet optimaliseerden onderzoekers de gelijktijdige extractie van totale polyfenolen en ursolzuur uit persresten van de ciderindustrie met een sonicator UP200Ht van Hielscher. Onder geoptimaliseerde omstandigheden (5,1 min, 68% ethanol, 90% amplitude) leverden volledige appelpersresten het volgende op:

• ~1300 µg/g flavonolen
• ~1200 µg/g dihydrochalconen
• ~4200 µg/g ursolzuur

De appelschilfractie vertoonde zelfs nog hogere concentraties, waarbij ursolzuur 8500 µg/g droge stof bereikte. De antioxidantactiviteit van de extracten correleerde sterk met het polyfenolgehalte, en wiskundige modellering bevestigde de extractie-efficiëntie.

Studie 2: Razola-Díaz et al., 2022
Dit onderzoek richtte zich op het optimaliseren van de extractie van floretine en floridzine – twee dihydrochalconen met een krachtige antioxidantwerking. Met een sonicator UP400St van Hielscher met een sonde werden de volgende extractieopbrengsten behaald:

• ~13 µg/g floretine
• ~67 µg/g floridzine
• ~1878 µg/g drooggewicht aan totale fenolische verbindingen
• Antioxidantactiviteit (FRAP): tot 3,58 mg TE/g

Veelzijdigheid – Sonicatie voor persresten, sappen en smoothies

Ultrasone extractie is niet beperkt tot appelpersresten; ze is met succes toegepast op een breed scala aan fruitmatrices. In het vruchtvlees van vruchten zoals sinaasappels bevordert sonicatie het vrijkomen van polyfenolen, flavonoïden en antioxidanten, terwijl hun functionele integriteit behouden blijft. Ook de schillen van citrusvruchten – waaronder grapefruit, citroen en sinaasappel – zijn rijk aan pectinen en fenolische verbindingen, die efficiënt kunnen worden vrijgemaakt door celwandontsluiting als gevolg van cavitatie. Zelfs druivenpitten, die bekendstaan om hun hoge gehalte aan polyfenolen (bijvoorbeeld catechinen en proanthocyanidinen), reageren goed op ultrasone behandeling, wat hoge concentraties antioxidanten oplevert. Deze veelzijdigheid bij verschillende plantenweefsels onderstreept de waarde van sonicatie als robuust hulpmiddel voor de groene extractie van bioactieve stoffen uit uiteenlopende bijproducten van de agro-industrie.

Bovendien strekt de veelzijdigheid van sonicators van Hielscher zich uit tot verschillende producten en toepassingen:

• Extractie in de vloeistoffase in sappen en purees
• Homogenisatie van plantaardige dranken en emulsies
• Microbiële en enzymatische inactivering voor verlenging van de houdbaarheid zonder thermische schade

Bij de productie van sap en smoothies zorgt sonicatie met hoge prestaties voor:

• Stabiele dispersie van vezels en vaste stoffen
• Verbeterd mondgevoel
• Verbeterde biologische beschikbaarheid van fenolische verbindingen
• Behoud van sensorische en nutritionele eigenschappen

Het veelzijdige gebruik van sonicators van Hielscher overbrugt gemakkelijk de kloof tussen de verwerking van persresten en sap – waardoor extractie, homogenisatie en pasteurisatie met dezelfde ultrasone opstelling mogelijk zijn.

Duurzaamheid in de schijnwerpers

Ultrasone behandeling draagt aanzienlijk bij aan duurzaamheid doordat bioactieve stoffen op hoogwaardige wijze kunnen worden teruggewonnen uit bijproducten van de fruitverwerking die anders zouden bijdragen aan de wereldwijde voedselverspilling. Binnen de sapindustrie, waar tot 25% van het fruit en de groenten na de oogst of tijdens de verwerking wordt weggegooid, biedt sonicatie een gerichte, efficiënte oplossing. Zo is aangetoond dat ultrasone behandeling van mengsels van sinaasappelvruchtvlees en -schillen belangrijke eigenschappen van voedingsvezels verbetert, wat hun hergebruik als nieuwe voedselingrediënten ondersteunt. Deze valorisatieroute vermindert niet alleen de milieubelasting van afval uit de landbouw- en voedingssector, maar sluit ook aan bij duurzameontwikkelingsdoelstelling 12 van de VN – het bevorderen van verantwoorde consumptie en productie.
Sonicatie is bovendien een energie-efficiënte en groene technologie – ze vereist weinig energie en vermindert het gebruik van agressieve extractieoplosmiddelen doordat ze werkt met water, ethanol in water en NADES.
Door afvalstromen om te zetten in functionele ingrediënten draagt sonicatie bij aan een circulaire economie en verbetert ze zowel de ecologische als de economische duurzaamheid binnen de voedselverwerkende sector.

Verbeter uw proces voor persresten met sonicators van Hielscher

Hielscher Ultrasonics is een toonaangevende fabrikant van ultrasone systemen met hoge prestaties die zijn ontworpen voor zowel laboratoriumtoepassingen als industriële toepassingen. Hun industriële sonicators – zoals de UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT en UIP16000hdT – bieden:

• Schaalbare verwerkingscapaciteit (van liters tot tonnen per uur)
• Nauwkeurige amplituderegeling
• 24/7-bedrijf in veeleisende omgevingen
• Ultrasone reactoren die onder druk kunnen worden gezet
• Compatibiliteit met continue inlineverwerking
• Eenvoudige integratie in (bestaande) productielijnen

Sonicators van Hielscher zijn al gevalideerd in gepubliceerd onderzoek voor de extractie van polyfenolen, antioxidanten en andere bioactieve stoffen, met bewezen efficiëntie en reproduceerbaarheid.

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasone processors:

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit uit Duitsland

Hielscher ultrasone processors staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening maken een soepele integratie van onze ultrasone processors in industriële installaties mogelijk. Hielscher ultrasone processors kunnen zware omstandigheden en veeleisende omgevingen gemakkelijk aan.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op ultrasone processors met hoge prestaties met de nieuwste technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn Hielscher ultrasone processors CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Literatuur / Referenties

• 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.