Ultradźwiękowa ekstrakcja liści oliwnych zapewniająca wysoką wydajność otrzymywania ekstraktów polifenolowych

Wytwarzaj silnie działające ekstrakty z liści oliwnych, bogate w oleuropeinę, hydroksytyrozol, werbaskozyd, flawonoidy i inne bioaktywne polifenole, za pomocą sonikatorów sondowych Hielscher. Ekstrakcja ultradźwiękowa przyspiesza rozbijanie komórek i transport masy, pomagając producentom uzyskać wysoką wydajność, krótki czas przetwarzania i powtarzalną jakość ekstraktów przy użyciu wody, mieszanin etanolu z wodą lub innych odpowiednich rozpuszczalników.

Ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych z liści oliwnych

Od laboratoryjnych badań wykonalności przez partie pilotażowe po przemysłową produkcję w linii – sonikatory Hielscher zapewniają precyzyjną kontrolę amplitudy, temperatury, dostarczanej energii i czasu przetwarzania. Dzięki temu ekstrakcja ultradźwiękowa jest wydajnym rozwiązaniem w produkcji nutraceutyków, ekstraktów roślinnych, żywności funkcjonalnej i kosmetyków oraz w opracowywaniu składników farmaceutycznych.

Szczegółowe korzyści ultradźwiękowej ekstrakcji liści oliwnych:

• Wyższa wydajność ekstrakcji: Skutecznie uwalniaj wewnątrzkomórkowe związki fenolowe z liści oliwnych dzięki kawitacji akustycznej.
• Krótszy czas przetwarzania: Skróć czas ekstrakcji w porównaniu z konwencjonalną maceracją i ekstrakcją rozpuszczalnikową.
• Łagodny proces umożliwiający elastyczny dobór rozpuszczalnika: Stosuj wodę, wodny roztwór etanolu, glicerol, oleje lub inne rozpuszczalniki odpowiednie dla danego procesu.
• Skalowalne urządzenia: Opracuj proces przy użyciu sonikatorów laboratoryjnych i zwiększaj jego skalę liniowo aż do przemysłowych systemów przepływowych.
• Powtarzalna jakość: Cyfrowe sterowanie i rejestrowanie danych wspierają produkcję ekstraktów o stałej jakości.
• Wszechstronność: Przeznaczone dla producentów nutraceutyków i ekstraktów roślinnych, tłoczni oliwy, farmaceutycznych laboratoriów badawczo-rozwojowych, dostawców składników kosmetycznych i firm zajmujących się technologiami żywności.

Co sprawia, że ekstrakt z liści oliwnych jest tak korzystny?

Liście oliwki (Olea europaea), będące odpadem rolniczym lub produktem ubocznym, są doskonałym źródłem naturalnych przeciwutleniaczy. Liście oliwne zawierają różne polifenole (znane również jako biofenole), takie jak oleuropeina i oleaceina. Polifenole występują naturalnie w roślinach i przyczyniają się do korzystnego wpływu ekstraktu z liści oliwnych na zdrowie. Oprócz polifenoli liście drzewa oliwnego są bogate w przeciwutleniacze, takie jak izomery ligstrozydu, hydroksytyrozol, tyrozol i kwas kawowy.
Ekstrakt z liści oliwnych jest koncentratem zawartych w nich związków fitochemicznych, a tym samym zawiera dużą ilość silnych przeciwutleniaczy. Ekstrakt z liści oliwnych tradycyjnie stosuje się w celu wzmocnienia układu odpornościowego. Podaje się go na przykład w celu łagodzenia objawów przeziębienia, kaszlu i bólu gardła.
Ponadto badania sugerują, że polifenole zawarte w ekstrakcie z liści oliwnych mogą zmniejszać ryzyko chorób układu sercowo-naczyniowego, obniżać poziom cholesterolu, wspomagać utratę masy ciała, wykazywać działanie przeciwdrobnoustrojowe i działać przeciwnowotworowo.
Z tego względu ekstrakty z liści oliwnych (Olea europaea L. folium) są stosowane jako składnik aktywny w recepturach produktów farmaceutycznych i suplementów diety. Ponadto ekstrakty z liści oliwnych stosuje się w suplementach żywieniowych, środkach terapeutycznych, kosmetykach, a także żywności i napojach.

Ekstrakt z liści oliwnych jest bogaty w polifenole, takie jak oleuropeina, kwas kawowy, hydroksytyrozol, werbaskozyd, rutyna, quercitin itp.

Oliwa wzbogacona przez infuzję: Ekstrakt z liści oliwnych stosuje się również do wzbogacania oliwy, na przykład oliwy extra virgin. Oliwa wzbogacona ekstraktem z liści oliwnych ma bogatszy profil smakowy i wyższą wartość ORAC. Oliwa wzbogacona liśćmi oliwnymi przez infuzję wykazuje wydłużony okres przydatności do spożycia i wyższą stabilność termiczną, ponieważ przeciwutleniacze wychwytują wolne rodniki i zapobiegają jełczeniu.
Dowiedz się więcej o wspomaganej ultradźwiękami maceracji oliwek w produkcji oliwy extra virgin!

Najważniejsze związki fitochemiczne w liściach oliwnych

Skład związków fenolowych w liściach oliwnych obejmuje oleurozydy (oleuropeinę, werbaskozyd), flawony (luteolinę, diosmetynę, apigeninę-7-glukozę, luteolinę-7-glukozę, diosmetynę-7-glukozę), flawonole (rutynę), flawan-3-ole (katechinę) i pochodne fenolowe (tyrozol, hydroksytyrozol, wanilinę, kwas wanilinowy, kwas kawowy). Oleuropeina i hydroksytyrozol są najważniejszymi związkami fenolowymi w liściach oliwnych.

Oleuropeina

Oleuropeina, nietoksyczny irydoid oliwki (rodzaj monoterpenoidu), jest rodzajem gorzkiego związku fenolowego. Choć występuje w skórce, miąższu i nasionach zielonych oliwek oraz w liściach, najobficiej występuje właśnie w liściach oliwnych. Przy zawartości wynoszącej 6–14% suchej masy jest najliczniej występującą cząsteczką bioaktywną w liściach oliwnych. W zależności od odmiany oliwki, gleby i terminu zbioru zawartość oleuropeiny może wzrosnąć nawet do 17–23% suchej masy.

Hydroksytyrozol

Hydroksytyrozol jest metabolitem oleuropeiny. Obie cząsteczki są znane z silnego działania przeciwutleniającego, które przyczynia się do części właściwości przeciwutleniających, przeciwzapalnych i zwalczających choroby, jakie wykazuje oliwa. Hydroksytyrozol ma jedną z najwyższych znanych wartości ORAC (zdolności pochłaniania rodników tlenowych) obserwowanych wśród naturalnych przeciwutleniaczy.

Ekstrakt z liści oliwnych o pełnym spektrum zawiera liczne polifenole, przeciwutleniacze i inne związki fitochemiczne o działaniu synergistycznym. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest niezawodną techniką ekstrakcji, która uwalnia wszystkie związki fitochemiczne z liści oliwnych, wytwarzając w ten sposób silnie działający ekstrakt o szerokim spektrum.

Ekstrakty z liści oliwnych wytwarzane za pomocą sonikacji

Ekstremalne warunki panujące w strefie „gorącego punktu” kawitacji ultradźwiękowej oddziałują na różne sposoby na materiał roślinny i jego podatność na ekstrakcję. Obejmuje to przezwyciężenie selektywnej przepuszczalności błony komórkowej, zwiększoną wymianę substancji między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem, mechaniczne rozbijanie komórek i uwalnianie substancji wewnątrzkomórkowych (tj. związków fitochemicznych, takich jak oleuropeina, hydroksytyrozol, kwas galusowy itp.). Efekty te zapewniają wysoką wydajność otrzymywania ekstraktów wysokiej jakości przy bardzo krótkim czasie sonikacji. Procesor ultradźwiękowy o mocy 400 watów, taki jakUP400St firmy Hielscher, może przetworzyć 10-litrową partię zawiesiny roślinnej w ciągu 5–8 minut. Przemysłowe sonikatory przetwarzają zawiesinę składającą się z materiału roślinnego i rozpuszczalnika w przepływie ciągłym. Medium jest pompowane przez reaktor ultradźwiękowy i poddawane w nim sonikacji. W skali przemysłowej UIP4000hdT (4kW) może osiągnąć około 3L/min.
Dzięki wysokiej wydajności otrzymywania ekstraktu i szybkości procesu ekstrakcja ultradźwiękowa jest szczególnie efektywna. Dlatego sonikacja została szybko wdrożona przez wielu producentów ekstraktów wysokiej jakości, np. CBD, kannabinoidów, wanilii, alg, imbiru i licznych innych ekstraktów roślinnych. Kawitacja ultradźwiękowa może zapewnić wydajność ekstrakcji wynoszącą 95–99% związku aktywnego zawartego w surowcach roślinnych. Na przykład badania wykazały skuteczność ekstrakcji wynoszącą 99,27% w uwalnianiu całkowitej zawartości związków fenolowych z liści oliwnych. (Luo, 2011) Proces ultradźwiękowy można optymalnie dostosować do surowca i pożądanej jakości ekstraktu poprzez regulację parametrów procesu (amplitudy ultradźwięków, temperatury, ciśnienia, lepkości).

Rysunek przedstawia chromatogram związków fenolowych z liści oliwnych wyekstrahowanych ultradźwiękowo, uzyskany metodą ultrasprawnej chromatografii cieczowej z detektorem z matrycą diodową (UHPLC-DAD). Piki 1 i 2 wykryto przy 325nm (czerwone linie), natomiast pik 3 (niebieska linia) wykryto przy 280nm.
ilustracja i badanie: Giocometti, J. et al. (2018)

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z niemal każdym rodzajem rozpuszczalnika. W przypadku wspomaganej ultradźwiękami ekstrakcji liści oliwnych za najskuteczniejszy uznano 80% wodny roztwór etanolu. Wydajność ekstrakcji określonych związków fitochemicznych można jednak zmienić, wybierając inny rozpuszczalnik o odmiennej polarności (np. metanol).
Chcesz zwiększyć wydajność otrzymywania oliwy extra virgin podczas malaksacji? Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej malaksacji EVOO!
 

Zalety ultradźwiękowych systemów ekstrakcji

Zaletami ekstrakcji ultradźwiękowej są wysoka wydajność ekstrakcji, swobodny wybór rozpuszczalnika (np. wody, etanolu, mieszaniny wody z etanolem, oliwy itp.), a także prosta i bezpieczna obsługa. Dzięki intensywnym siłom mechanicznym występującym podczas sonikacji ekologiczne i łagodne rozpuszczalniki, takie jak woda, etanol itp., zwykle wystarczają do osiągnięcia wyjątkowej szybkości i wydajności ekstrakcji. W rezultacie ekstrakcja ultradźwiękowa skraca czas ekstrakcji i umożliwia ograniczenie zużycia rozpuszczalników lub stosowanie łagodniejszych, delikatniejszych rozpuszczalników. Oznacza to, że ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala uzyskać zarówno większą szybkość ekstrakcji, jak i zdrowsze ekstrakty (np. ekstrakty otrzymywane zimną wodą). Ponieważ temperaturę procesu można precyzyjnie kontrolować podczas sonikacji, unika się termicznego rozkładu ekstraktów wskutek zbyt wysokich temperatur, a także odparowywania substancji.
W porównaniu z ekstraktorem wykorzystującym nadkrytyczny CO₂ koszty zakupu ekstraktora ultradźwiękowego są niskie. Procesory ultradźwiękowe wyróżniają się również pod względem kosztów eksploatacji, prostej, przyjaznej użytkownikowi obsługi i bezpieczeństwa pracy.

Ekstrakcja ultradźwiękowa od małych ilości po produkcję przemysłową

Szczególną cechą przetwarzania ultradźwiękowego jest liniowa skalowalność procesu ekstrakcji. Badania wykonalności i produkcję mniejszych partii można łatwo przeprowadzić za pomocą poręcznego urządzenia ultradźwiękowego w otwartym naczyniu. Ułatwia to badanie wydajności i jakości procesu ekstrakcji ultradźwiękowej. Wszelkie wyniki uzyskane w małej skali można w pełni odtworzyć i przenieść na większą skalę. Cyfrowe sterowanie ekstraktorem ultradźwiękowym i automatyczne rejestrowanie parametrów ultradźwiękowych na wewnętrznej karcie SD umożliwiają precyzyjne monitorowanie procesu i powtarzalne utrzymywanie stałych standardów jakości. Oferta Hielscher Ultrasonics obejmuje ekstraktory ultradźwiękowe do każdej skali – od ręcznych urządzeń o mocy 50 watów po przemysłowe urządzenia ultradźwiękowe o mocy 16 000 watów do produkcji w linii. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu Hielscher Ultrasonics w ekstrakcji ultradźwiękowej oraz instalacji kilkuset ultradźwiękowych systemów ekstrakcji na całym świecie gwarantowane jest kompetentne i kompleksowe doradztwo.

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:

Czym są ultradźwięki i ekstrakcja ultradźwiękowa?

Ultradźwięki definiuje się jako drgania akustyczne o częstotliwości powyżej 20kHz, tj. ponad 20 000 oscylacji na sekundę. Jest to zakres powyżej pasma słyszalnego dla człowieka. Ultradźwięki obejmują zatem bardzo szeroki zakres drgań akustycznych, co oznacza, że do dziedziny ultradźwięków należy wiele różnych zastosowań. Do najbardziej znanych przykładów należą procedury obrazowania w gabinecie lekarskim, wspomaganie parkowania w samochodach oraz nieniszczące badania materiałów. W wymienionych przykładach wykorzystuje się nieniszczące ultradźwięki o wysokiej częstotliwości.
Ultradźwięki dużej mocy definiuje się jako fale akustyczne o wysokim natężeniu i niskiej częstotliwości, wynoszącej około 20–60kHz. Te fale akustyczne o dużej gęstości energii wytwarzają w cieczach naprzemienne cykle wysokiego ciśnienia (sprężanie) i niskiego ciśnienia (rozrzedzanie). Podczas cyklu niskiego ciśnienia wysokoenergetyczne fale ultradźwiękowe tworzą w cieczy małe pęcherzyki próżniowe lub puste przestrzenie. Gdy pęcherzyki te osiągną objętość, przy której nie mogą już pochłaniać dalszej energii, pękają podczas cyklu wysokiego ciśnienia. To zjawisko implozji pęcherzyków jest znane jako kawitacja.
Kawitacja tworzy w cieczy lub zawiesinie lokalne gorące punkty, w których temperatura może osiągać do 5000K, a ciśnienie do 2000atm. Ponadto implozja pęcherzyków kawitacyjnych wytwarza strumienie cieczy o prędkościach do 280 m/s. Te lokalnie występujące ekstremalne warunki powodują pękanie komórek roślinnych, dzięki czemu uwalniane są substancje bioaktywne uwięzione wewnątrz komórek. Oznacza to, że kawitacja akustyczna rozbija komórki roślinne i zwiększa dyfuzję cząsteczek wewnątrzkomórkowych do roztworu ekstrakcyjnego (rozpuszczalnika), usprawniając tym samym transport masy. Większy transport masy oznacza większą szybkość ekstrakcji. Dlatego sondy ultradźwiękowe należą do najczęściej stosowanych narzędzi do wytwarzania wysokiej jakości ekstraktów z surowców roślinnych, takich jak zioła, liście, owoce i inne materiały roślinne.
Ekstrakcja ultradźwiękowa oferuje różne zalety, takie jak pełna ekstrakcja / bardzo wysoka wydajność, skrócony czas ekstrakcji, poprawiona efektywność, kompatybilność z każdym rozpuszczalnikiem oraz nietermiczny charakter metody ekstrakcji.
 

Sonikator UIP4000hdT do przetwarzania liści oliwnych w linii w celu wytwarzania ekstraktów wysokiej jakości