Extração ultrassónica de bagaço – Recuperação sustentável de compostos bioativos

Os subprodutos do processamento de fruta, especialmente o bagaço, representam uma reserva inexplorada de compostos bioativos com potenciais aplicações em nutracêuticos, enriquecimento de alimentos e produtos farmacêuticos. No entanto, a recuperação eficiente e sustentável destes compostos continua a ser um desafio técnico. Entre as tecnologias emergentes de extração ecológica, a extração assistida por ultrassons com sonicadores de sonda alcança rendimentos de recuperação excecionais. A ultrassonicação permite uma extração rápida e eficiente no uso de solventes de compostos fenólicos, ácidos triterpénicos e outros compostos bioativos a partir de matrizes vegetais, como o bagaço de maçã.

Valorização eficiente de subprodutos de fruta com extração por ultrassons

A extração ultrassónica de bagaço é uma forma eficiente de valorizar o subproduto da produção de sumo, vinho e sidra – é uma solução cientificamente validada, escalável e adotada à escala industrial, e económica para a valorização de resíduos de fruta. Como a sonicação é eficiente e versátil, oferece uma estratégia de extração ecológica para aproveitar o potencial de subprodutos agroalimentares, como o bagaço de maçã.
Como demonstrado por investigação recente, a combinação de tempos curtos de sonicação, concentrações moderadas de etanol e amplitude controlada permite uma recuperação seletiva e eficiente de compostos que promovem a saúde.
Na procura da circularidade, a sonicação não é apenas uma ferramenta – a sonicação significa intensificação e eficiência do processo.

Valorização de bagaço através da extração ultrassónica

O bagaço de fruta, um subproduto da produção de sumo e vinho, é constituído por casca, polpa, sementes e caules. Tradicionalmente subaproveitado ou relegado para aplicações de baixo valor, como alimentação animal ou biomassa, o bagaço é agora reconhecido como uma fonte valiosa de polifenóis (por exemplo, glicósidos de quercetina, floridzina), flavonoides, di-hidrochalconas e ácidos triterpénicos (nomeadamente ácido ursólico). Estas moléculas estão associadas a propriedades antioxidantes, anti-inflamatórias e antimicrobianas.
A extração ultrassónica oferece uma abordagem transformadora à valorização do bagaço, permitindo a libertação eficiente destes compostos bioativos. Em comparação com os métodos de extração convencionais, a extração ultrassónica proporciona:

• Tempos de processamento mais curtos
• Menor consumo de solventes
• Rendimentos mais elevados
• Condições de extração mais suaves, preservando os compostos sensíveis ao calor

O que diz a ciência sobre a extração ultrassónica de bagaço

Dois estudos exemplares demonstram cientificamente os benefícios da extração assistida por ultrassons (UAE) para o bagaço de maçã.

Estudo 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Utilizando um desenho composto central, os investigadores otimizaram a extração simultânea de polifenóis totais e ácido ursólico a partir de bagaço da indústria da sidra, recorrendo a um sonicador Hielscher UP200Ht. Em condições otimizadas (5,1 min, 68% de etanol, 90% de amplitude), o bagaço integral de maçã proporcionou:

• ~1300 µg/g de flavonóis
• ~1200 µg/g de di-hidrochalconas
• ~4200 µg/g de ácido ursólico

Em particular, a fração de casca de maçã apresentou concentrações ainda mais elevadas, com o ácido ursólico a atingir 8500 µg/g de matéria seca. A atividade antioxidante dos extratos apresentou uma forte correlação com o teor de polifenóis, e a modelação matemática confirmou a eficiência da extração.

Estudo 2: Razola-Díaz et al., 2022
Este trabalho centrou-se na otimização da extração de floretina e floridzina – duas di-hidrochalconas com potente ação antioxidante. Utilizando um sonicador de sonda Hielscher UP400St, obtiveram os seguintes rendimentos de extração:

• ~13 µg/g de floretina
• ~67 µg/g de floridzina
• ~1878 µg/g de peso seco de compostos fenólicos totais
• Atividade antioxidante (FRAP): até 3,58 mg TE/g

Versatilidade – Sonicação para bagaço, sumos e batidos

A extração ultrassónica não se limita ao bagaço de maçã; tem sido aplicada com sucesso a uma vasta gama de matrizes de fruta. Na polpa de frutos como a laranja, a sonicação aumenta a libertação de polifenóis, flavonoides e antioxidantes, preservando a sua integridade funcional. De igual modo, as cascas de citrinos – incluindo toranja, limão e laranja – são ricas em pectinas e compostos fenólicos, que podem ser libertados eficientemente através da rutura da parede celular provocada pela cavitação. Até as sementes de uva, conhecidas pelo seu elevado teor de polifenóis (por exemplo, catequinas e proantocianidinas), respondem bem ao tratamento ultrassónico, proporcionando concentrações elevadas de antioxidantes. Esta versatilidade em diferentes tecidos vegetais destaca a sonicação como uma ferramenta robusta para a extração ecológica de compostos bioativos a partir de diversos subprodutos agroindustriais.

Além disso, a versatilidade dos sonicadores Hielscher estende-se a vários produtos e aplicações:

• Extração em fase líquida em sumos e purés
• Homogeneização de bebidas de origem vegetal e emulsões
• Inativação microbiana e enzimática para prolongar o prazo de conservação sem danos térmicos

Na produção de sumos e batidos, a sonicação de elevado desempenho assegura:

• Dispersão estável de fibras e sólidos
• Melhor sensação na boca
• Maior biodisponibilidade dos compostos fenólicos
• Preservação das propriedades sensoriais e nutricionais

A utilização versátil dos sonicadores Hielscher estabelece facilmente a ligação entre o processamento de bagaço e o de sumo – permitindo a extração, a homogeneização e a pasteurização com o mesmo sistema ultrassónico.

Sustentabilidade em destaque

A ultrassonicação contribui significativamente para a sustentabilidade ao permitir a recuperação de elevado valor de compostos bioativos a partir de subprodutos do processamento de fruta que, de outro modo, contribuiriam para o desperdício alimentar global. No contexto da indústria de sumos, em que até 25% dos frutos e produtos hortícolas são descartados após a colheita ou durante o processamento, a sonicação oferece uma solução direcionada e eficiente. Por exemplo, demonstrou-se que o tratamento ultrassónico de misturas de polpa e casca de laranja melhora propriedades fundamentais das fibras alimentares, favorecendo a sua reutilização como novos ingredientes alimentares. Esta via de valorização não só reduz o impacto ambiental dos resíduos agroalimentares, como também está alinhada com o Objetivo de Desenvolvimento Sustentável 12 da ONU – promover o consumo e a produção responsáveis.
É importante salientar que a sonicação é uma tecnologia energeticamente eficiente e ecológica – requer um baixo consumo de energia e reduz o uso de solventes de extração agressivos, uma vez que funciona com água, etanol aquoso e NADES.
Ao transformar fluxos de resíduos em ingredientes funcionais, a sonicação contribui para uma economia circular e melhora a sustentabilidade tanto ecológica como económica no setor do processamento de alimentos.

Melhore o seu processo de tratamento de bagaço com sonicadores Hielscher

A Hielscher Ultrasonics é um fabricante líder de sistemas ultrassónicos de elevado desempenho concebidos para aplicações laboratoriais e industriais. Os seus sonicadores industriais – como o UIP2000hdT, o UIP4000hdT, o UIP6000hdT e o UIP16000hdT – oferecem:

• Capacidade de processamento escalável (de litros a toneladas por hora)
• Controlo preciso da amplitude
• Funcionamento 24/7 em ambientes exigentes
• Reatores ultrassónicos pressurizáveis
• Compatibilidade com o processamento contínuo em linha
• Integração simples em linhas de produção (existentes)

Os sonicadores Hielscher já foram validados em investigação publicada para a extração de polifenóis, antioxidantes e outros compostos bioativos, com eficiência e reprodutibilidade comprovadas.

A tabela abaixo apresenta uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos ultrassonicadores:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassonicadores Hielscher são reconhecidos pelos seus padrões de qualidade e conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de utilização permitem a integração sem dificuldades dos nossos ultrassonicadores em instalações industriais. Os ultrassonicadores Hielscher lidam facilmente com condições adversas e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a ultrassonicadores de elevado desempenho que combinam tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassonicadores Hielscher estão em conformidade com a marcação CE e cumprem os requisitos de UL, CSA e RoHs.

Bibliografia / Referências

• 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.