Ultradźwiękowa ekstrakcja wytłoków – zrównoważony odzysk związków bioaktywnych

Produkty uboczne przetwórstwa owoców, zwłaszcza wytłoki, stanowią niewykorzystany zasób związków bioaktywnych o potencjalnych zastosowaniach w nutraceutykach, wzbogacaniu żywności i produktach farmaceutycznych. Jednak wydajny i zrównoważony odzysk tych związków pozostaje wyzwaniem technicznym. Wśród rozwijających się ekologicznych technologii ekstrakcji ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami z użyciem sonikatorów sondowych zapewnia wyjątkowo wysoką wydajność odzysku. Sonikacja umożliwia szybką ekstrakcję związków fenolowych, kwasów triterpenowych i innych związków bioaktywnych z matryc roślinnych, takich jak wytłoki jabłkowe, przy efektywnym wykorzystaniu rozpuszczalnika.

Efektywna waloryzacja produktów ubocznych przetwórstwa owoców dzięki ekstrakcji ultradźwiękowej

Ultradźwiękowa ekstrakcja wytłoków jest efektywnym sposobem waloryzacji produktu ubocznego produkcji soków, wina i cydru – to potwierdzone naukowo, skalowalne i stosowane w przemyśle oraz ekonomiczne rozwiązanie do waloryzacji odpadów owocowych. Dzięki wydajności i wszechstronności sonikacja oferuje ekologiczną strategię ekstrakcji pozwalającą wykorzystać potencjał produktów ubocznych sektora rolno-spożywczego, takich jak wytłoki jabłkowe.
Jak wskazują najnowsze badania, połączenie krótkiego czasu sonikacji, umiarkowanych stężeń etanolu i kontrolowanej amplitudy umożliwia selektywny, wydajny odzysk związków korzystnych dla zdrowia.
W dążeniu do obiegu zamkniętego sonikacja jest czymś więcej niż tylko narzędziem – sonikacja oznacza intensyfikację i efektywność procesu.

Waloryzacja wytłoków za pomocą ekstrakcji ultradźwiękowej

Wytłoki owocowe, będące produktem ubocznym produkcji soków i wina, obejmują skórki, miąższ, nasiona i szypułki. Tradycyjnie wykorzystywane w niewystarczającym stopniu lub przeznaczane 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 wiążą się z właściwościami przeciwutleniającymi, przeciwzapalnymi i przeciwdrobnoustrojowymi.
Ekstrakcja ultradźwiękowa oferuje przełomowe podejście do waloryzacji wytłoków, umożliwiając wydajne uwalnianie tych substancji bioaktywnych. W porównaniu z konwencjonalnymi metodami ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia:

• Krótszy czas przetwarzania
• Mniejsze zużycie rozpuszczalników
• Wyższą wydajność
• Łagodniejsze warunki ekstrakcji, pozwalające zachować związki wrażliwe na ciepło

Co nauka mówi o ultradźwiękowej ekstrakcji wytłoków

Dwa przykładowe badania naukowo wykazują korzyści płynące z ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE) w przypadku wytłoków jabłkowych.

Badanie 1: Pando Bedriñana i in., 2024
Stosując centralny plan kompozycyjny, badacze zoptymalizowali jednoczesną ekstrakcję polifenoli ogółem i kwasu ursolowego z wytłoków pochodzących z przemysłu cydrowniczego za pomocą sonikatora Hielscher UP200Ht. W zoptymalizowanych warunkach (5,1 min, 68% etanolu, 90% amplitudy) z całych wytłoków jabłkowych uzyskano:

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

Co istotne, frakcja skórek jabłkowych wykazywała jeszcze wyższe stężenia, a zawartość kwasu ursolowego osiągała 8500 µg/g suchej masy. Aktywność przeciwutleniająca ekstraktów silnie korelowała z zawartością polifenoli, a modelowanie matematyczne potwierdziło wydajność ekstrakcji.

Badanie 2: Razola-Díaz i in., 2022
W tej pracy skupiono się na optymalizacji ekstrakcji floretyny i florydzyny – dwóch dihydrochalkonów o silnym działaniu przeciwutleniającym. Stosując sonikator sondowy Hielscher UP400St, uzyskano następujące wydajności ekstrakcji:

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

Wszechstronność – sonikacja wytłoków, soków i smoothie

Ekstrakcja ultradźwiękowa nie ogranicza się do wytłoków jabłkowych; z powodzeniem zastosowano ją do szerokiego zakresu matryc owocowych. W miąższu owoców takich jak pomarańcze sonikacja zwiększa uwalnianie polifenoli, flawonoidów i przeciwutleniaczy, zachowując ich integralność funkcjonalną. Podobnie skórki owoców cytrusowych – w tym grejpfrutów, cytryn i pomarańczy – są bogate w pektyny i związki fenolowe, które można wydajnie uwalniać przez rozbijanie ścian komórkowych wywołane kawitacją. Nawet pestki winogron, znane z wysokiej zawartości polifenoli (np. katechin i proantocyjanidyn), dobrze reagują na obróbkę ultradźwiękową, pozwalając uzyskać wysokie stężenia przeciwutleniaczy. Ta wszechstronność w odniesieniu do różnych tkanek roślinnych podkreśla przydatność sonikacji jako skutecznego narzędzia do ekologicznej ekstrakcji substancji bioaktywnych z różnorodnych produktów ubocznych przemysłu rolnego.

Ponadto wszechstronność sonikatorów Hielscher obejmuje różne produkty i zastosowania:

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

W produkcji soków i smoothie sonikacja o wysokiej wydajności zapewnia:

• Stabilną dyspersję włókien i cząstek stałych
• Lepsze odczucie w ustach
• Zwiększoną biodostępność związków fenolowych
• Zachowanie właściwości sensorycznych i odżywczych

Wszechstronne zastosowanie sonikatorów Hielscher łatwo łączy przetwarzanie wytłoków i soków – umożliwiając ekstrakcję, homogenizację i pasteryzację z użyciem tego samego zestawu ultradźwiękowego.

Zrównoważony rozwój w centrum uwagi

Sonikacja znacząco przyczynia się do zrównoważonego rozwoju, umożliwiając odzysk cennych związków bioaktywnych z produktów ubocznych przetwórstwa owoców, które w przeciwnym razie zwiększałyby globalną ilość odpadów żywnościowych. W przemyśle sokowniczym, w którym nawet 25% owoców i warzyw jest odrzucanych po zbiorach lub podczas przetwarzania, sonikacja oferuje ukierunkowane, wydajne rozwiązanie. Wykazano na przykład, że obróbka ultradźwiękowa mieszanin miąższu i skórek pomarańczy 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 wpisuje się w Cel Zrównoważonego Rozwoju ONZ nr 12 – promowanie odpowiedzialnej konsumpcji i produkcji.
Co istotne, sonikacja jest energooszczędną i ekologiczną technologią – wymaga niewielkiego zużycia energii i ogranicza stosowanie agresywnych rozpuszczalników ekstrakcyjnych, ponieważ może być prowadzona z użyciem wody, wodnego roztworu etanolu i NADES.
Przekształcając strumienie odpadów w składniki funkcjonalne, sonikacja przyczynia się do gospodarki o obiegu zamkniętym i poprawia zarówno ekologiczne, jak i ekonomiczne aspekty zrównoważonego rozwoju w sektorze przetwórstwa żywności.

Usprawnij przetwarzanie wytłoków dzięki sonikatorom Hielscher

Hielscher Ultrasonics jest wiodącym producentem wysokowydajnych systemów ultradźwiękowych przeznaczonych zarówno do zastosowań laboratoryjnych, jak i przemysłowych. Sonikatory przemysłowe tej firmy – takie jak UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT i UIP16000hdT – oferują:

• Skalowalną wydajność przetwarzania (od litrów do ton na godzinę)
• Precyzyjną kontrolę amplitudy
• Pracę 24/7 w wymagających warunkach
• Reaktory ultradźwiękowe umożliwiające pracę pod ciśnieniem
• Zgodność z ciągłym przetwarzaniem w linii
• Prostą integrację z (istniejącymi) liniami produkcyjnymi

Przydatność sonikatorów Hielscher do ekstrakcji polifenoli, przeciwutleniaczy i innych związków bioaktywnych została już potwierdzona w opublikowanych badaniach, które wykazały ich wydajność i powtarzalność.

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:

Projektowanie, produkcja i doradztwo – jakość wyprodukowana w Niemczech

Sonikatory Hielscher są znane z najwyższych standardów jakości i konstrukcji. Solidność i łatwa obsługa umożliwiają bezproblemową integrację naszych sonikatorów z instalacjami przemysłowymi. Sonikatory Hielscher z łatwością radzą sobie z trudnymi warunkami i wymagającym środowiskiem pracy.

Hielscher Ultrasonics jest firmą z certyfikatem ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne sonikatory wykorzystujące najnowocześniejszą technologię i zapewniające łatwość obsługi. Oczywiście sonikatory Hielscher są zgodne z wymaganiami CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Literatura / Źródła

• 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.