Ultradźwiękowa ekstrakcja wytłoków – Zrównoważone odzyskiwanie związków bioaktywnych

Produkty uboczne przetwarzania owoców, zwłaszcza wytłoki, stanowią niewykorzystany rezerwuar związków bioaktywnych o potencjalnym zastosowaniu w nutraceutykach, wzbogacaniu żywności i farmaceutykach. Jednak skuteczne i zrównoważone odzyskiwanie tych związków pozostaje wyzwaniem technicznym. Wśród pojawiających się zielonych technologii ekstrakcji, ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami przy użyciu sonikatorów sondowych osiąga wyjątkową wydajność odzysku. Ultradźwięki umożliwiają szybką, wydajną ekstrakcję związków fenolowych, kwasów triterpenowych i innych związków bioaktywnych z matryc roślinnych, takich jak wytłoki jabłkowe.

Skuteczna waloryzacja produktów ubocznych z owoców za pomocą ekstrakcji ultradźwiękowej

Ultradźwiękowa ekstrakcja wytłoków to skuteczny sposób na waloryzację produktu ubocznego produkcji soku, wina i cydru – Jest to naukowo potwierdzone, przemysłowo skalowalne i przyjęte oraz ekonomiczne rozwiązanie do waloryzacji odpadów owocowych. Ponieważ sonikacja jest skuteczna i wszechstronna, oferuje zieloną strategię ekstrakcji w celu wykorzystania potencjału produktów ubocznych przemysłu rolno-spożywczego, takich jak wytłoki jabłkowe.
Jak dowodzą ostatnie badania, połączenie krótkich czasów sonikacji, umiarkowanych stężeń etanolu i kontrolowanej amplitudy pozwala na selektywne, skuteczne odzyskiwanie związków prozdrowotnych.
W dążeniu do okrągłości, sonikacja nie jest tylko narzędziem – Sonikacja oznacza intensyfikację i wydajność procesu.

Waloryzacja wytłoków przy użyciu ekstrakcji ultradźwiękowej

Wytłoki owocowe, produkt uboczny produkcji soków i wina, obejmują skórki, miąższ, nasiona i łodygi. Tradycyjnie niedostatecznie wykorzystywane lub zdegradowane do zastosowań o niskiej wartości, takich jak pasza dla zwierząt gospodarskich lub biomasa, wytłoki są obecnie uznawane za cenne źródło polifenoli (np. glikozydów kwercetyny, florydzyny), flawonoidów, dihydrochalkonów i kwasów triterpenowych (zwłaszcza kwasu ursolowego). Cząsteczki te są związane z właściwościami przeciwutleniającymi, przeciwzapalnymi i przeciwdrobnoustrojowymi.
Ekstrakcja ultradźwiękowa oferuje transformacyjne podejście do waloryzacji wytłoków, umożliwiając skuteczne uwalnianie tych bioaktywnych substancji. W porównaniu z konwencjonalnymi metodami ekstrakcji, ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia:

• Krótsze czasy przetwarzania
• Niższe zużycie rozpuszczalnika
• Wyższe zyski
• Łagodniejsze warunki ekstrakcji, zachowujące związki wrażliwe na ciepło

Co nauka mówi o ultradźwiękowej ekstrakcji wytłoków?

Dwa przykładowe badania wykazały naukowo korzyści płynące z ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE) dla wytłoków jabłkowych.

Badanie 1: Pando Bedriñana i in., 2024 r.
Korzystając z centralnego projektu złożonego, naukowcy zoptymalizowali jednoczesną ekstrakcję polifenoli ogółem i kwasu ursolowego z wytłoków z przemysłu cydrowego przy użyciu sonikatora Hielscher UP200Ht. W zoptymalizowanych warunkach (5,1 min, 68% etanolu, 90% amplitudy) uzyskano całe wytłoki jabłkowe:

• ~1300 µg/g flawonoli
• ~1200 µg/g dihydrochalkonów
• ~4200 µg/g kwasu ursolowego

Warto zauważyć, że frakcja skórki jabłka wykazywała nawet wyższe stężenia, z kwasem ursolowym osiągającym 8500 µg/g suchej masy. Aktywność przeciwutleniająca ekstraktów silnie korelowała z zawartością polifenoli, a modelowanie matematyczne potwierdziło skuteczność ekstrakcji.

Badanie 2: Razola-Díaz et al., 2022
Prace te koncentrowały się na optymalizacji ekstrakcji floretyny i florydzyny – dwa silne przeciwutleniacze dihydrochalkony. Używając sonikatora Hielscher UP400St, uzyskano następujące wydajności ekstrakcji:

• ~13 µg/g floretyny
• ~67 µg/g florydzyny
• ~1878 µg/g suchej masy fenoli ogółem
• Aktywność przeciwutleniająca (FRAP): do 3,58 mg TE/g

Wszechstronność - sonikacja dla wytłoków, soków i koktajli

Ekstrakcja ultradźwiękowa nie ogranicza się do wytłoków jabłkowych; została ona z powodzeniem zastosowana do szerokiej gamy matryc owocowych. W miąższu owoców, takich jak pomarańcza, sonikacja zwiększa uwalnianie polifenoli, flawonoidów i przeciwutleniaczy, zachowując ich integralność funkcjonalną. Podobnie, skórki owoców cytrusowych – w tym grejpfrut, cytryna i pomarańcza – są bogate w pektyny i związki fenolowe, które mogą być skutecznie uwalniane poprzez rozerwanie ściany komórkowej wywołane kawitacją. Nawet pestki winogron, znane z gęstej zawartości polifenoli (np. katechin i proantocyjanidyn), dobrze reagują na obróbkę ultradźwiękową, dając wysokie stężenia przeciwutleniaczy. Ta wszechstronność w tkankach roślinnych podkreśla sonikację jako solidne narzędzie do zielonej ekstrakcji bioaktywnych substancji z różnych rolno-przemysłowych produktów ubocznych.

Co więcej, wszechstronność sonikatorów Hielscher rozciąga się na różne produkty i zastosowania:

• Ekstrakcja w fazie ciekłej w sokach i przecierach
• Homogenizacja napojów i emulsji roślinnych
• Inaktywacja mikrobiologiczna i enzymatyczna w celu wydłużenia okresu przydatności do spożycia bez uszkodzeń termicznych

W produkcji soków i smoothie, wysokowydajna sonikacja zapewnia:

• Stabilna dyspersja włókien i ciał stałych
• Lepsze odczucie w ustach
• Zwiększona biodostępność fenoli
• Zachowanie właściwości sensorycznych i odżywczych

Wszechstronne zastosowanie sonikatorów Hielscher z łatwością wypełnia lukę między przetwarzaniem wytłoków i soków – umożliwiając ekstrakcję, homogenizację i pasteryzację za pomocą tego samego zestawu ultradźwiękowego.

Zrównoważony rozwój w centrum uwagi

Ultradźwięki w znacznym stopniu przyczyniają się do zrównoważonego rozwoju, umożliwiając wysokowartościowy odzysk związków bioaktywnych z produktów ubocznych przetwarzania owoców, które w przeciwnym razie przyczyniłyby się do globalnego marnotrawstwa żywności. W kontekście przemysłu sokowniczego, gdzie do 25% owoców i warzyw jest wyrzucanych po zbiorach lub podczas przetwarzania, sonikacja oferuje ukierunkowane, wydajne rozwiązanie. Na przykład wykazano, że ultradźwiękowa obróbka mieszanek miąższu pomarańczowego i skórek poprawia kluczowe właściwości błonnika pokarmowego, wspierając ich ponowne wykorzystanie jako nowych składników żywności. Ta ścieżka waloryzacji nie tylko zmniejsza obciążenie środowiska odpadami rolno-spożywczymi, ale także jest zgodna z 12. celem zrównoważonego rozwoju ONZ. – promowanie odpowiedzialnej konsumpcji i produkcji.
Co ważne, sonikacja jest energooszczędną i ekologiczną technologią – wymagający niskiego zużycia energii i ograniczający stosowanie agresywnych rozpuszczalników ekstrakcyjnych, ponieważ działa z wodą, wodnym etanolem i NADES.
Przekształcając strumienie odpadów w funkcjonalne składniki, sonikacja przyczynia się do gospodarki o obiegu zamkniętym i poprawia zarówno ekologiczny, jak i ekonomiczny zrównoważony rozwój w sektorze przetwórstwa spożywczego.

Usprawnij proces produkcji wytłoków dzięki sonikatorom Hielscher

Hielscher Ultrasonics jest wiodącym producentem wysokowydajnych systemów ultradźwiękowych przeznaczonych zarówno do zastosowań laboratoryjnych, jak i przemysłowych. Ich sonikatory przemysłowe – takich jak UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT i UIP16000hdT. – oferta:

• Skalowalna przepustowość (od litrów do ton na godzinę)
• Precyzyjna kontrola amplitudy
• Praca 24/7 w wymagających środowiskach
• Ciśnieniowe reaktory ultradźwiękowe
• Kompatybilność z przetwarzaniem ciągłym inline
• Prosta integracja z (istniejącymi) liniami produkcyjnymi

Sonikatory Hielscher są już zatwierdzone w opublikowanych badaniach dotyczących ekstrakcji polifenoli, przeciwutleniaczy i innych związków bioaktywnych, o udowodnionej skuteczności i powtarzalności.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Literatura / Referencje