Extracția cu ultrasunete a polifenolilor din subprodusele uleiului de măsline: o poveste de succes

Tescovina de măsline nu mai este doar un produs secundar agroindustrial – este o sursă valoroasă de antioxidanți naturali de înaltă performanță. În acest studiu, Natural Phenolics a optimizat extracția apoasă a polifenolilor bogați în hidroxitirosol folosind sonicatorul Hielscher UP400St. Rezultatele demonstrează un proces robust, reproductibil și scalabil, atingând o concentrație prevăzută de hidroxitirosol de 1609,5 mg/L în condiții optimizate de sonicare. Această lucrare evidențiază modul în care tehnologia cu ultrasunete de precizie poate transforma deșeurile de ulei de măsline în materii prime bio de calitate superioară pentru alimentație, agricultură și industria durabilă.

tocătură de măsline – Nu un produs secundar, ci o resursă bogată în antioxidanți

Turtele de măsline (alperujo) reprezintă principalul produs secundar al extracției uleiului de măsline; producția anuală la nivel mondial se situează între 13 și 18 milioane de tone. Polifenolii sunt metaboliți secundari prezenți în concentrații ridicate în acest reziduu agroindustrial. Deși acești compuși prezintă o activitate antioxidantă remarcabilă, prezența lor netratată în mediu reprezintă o provocare toxicologică semnificativă. Ca pionier în valorificarea deșeurilor, Natural Phenolics intervine pentru a aborda această problemă, transformând această povară pentru mediu într-un activ economic durabil. Prin extragerea acestor metaboliți de mare valoare, compania spaniolă Natural Phenolics produce materii prime bio de calitate superioară. În prezent, R&D of Natural Phenolics se află în avangarda producției de biostimulatori vegetali avansați și de conservanți alimentari antioxidanți cu etichetă curată.

Natural Phenolics, o companie cu sediul în Catalonia, Spania, produce biostimulatori de înaltă calitate din subproduse agricole

Ești gata să valorifici tescovina de măsline?
Împărtășiți-ne detalii despre procesul dumneavoastră de producție a uleiului de măsline și despre fluxul de tescovină. Vă vom ajuta să identificați configurația potrivită de extracție cu ultrasunete pentru a recupera polifenoli de mare valoare într-un mod eficient și durabil.

Necesitatea unor tehnologii de extracție eficiente și standardizate

În acest context, alegerea tehnologiei de extracție potrivite este esențială pentru obținerea unor extracte standardizate. Extracția asistată de ultrasunete (UAE) s-a impus ca o tehnică eficientă care oferă rezultate reproductibile, reduce durata procesului de extracție și diminuează consumul de solvenți, printre alte avantaje operaționale.
În acest articol, Natural Phenolics prezintă rezultatele procesului de optimizare pentru obținerea unor extracte apoase standardizate, bogate în hidroxitirosol (HT) și alți polifenoli. Ca model experimental a fost ales un plan de experimentare de tip „central composite”. Parametrii evaluați au fost amplitudinea și timpul de extracție, în timp ce răspunsul a fost măsurat în termeni de concentrație de hidroxitirosol. În acest scop, au utilizat sonicatorul Hielscher Ultrasonics UP400St, selectat pentru funcționarea sa ușor de utilizat și precizia ridicată în controlul amplitudinii.

Proiectarea experimentală a extracției cu ultrasunete: optimizarea amplitudinii și a duratei de extracție

Acest control precis a fost esențial pentru a separa efectele energiei acustice de variabilitatea materiei prime. Toate extracțiile au fost efectuate utilizând tescovină de măsline uscată (conținut de umiditate de 20%, dimensiunea particulelor de 1 mm) și apă ca solvent. Suspensia a fost preparată la un raport solid-lichid de 40%, iar toate experimentele au fost efectuate la o temperatură constantă de 35 °C. Tabelul 1 rezumă condițiile experimentale evaluate prin matricea CCD de 12 încercări.

Parametru	Maxim	Minim	Punct axial	Punct axial
Amplitudine %	70	30	78	22
Minut	30	10	34.1	5,9

În această demonstrație, vom prezenta precizia și eficiența sonicare de tip sondă pentru extragerea constituenților bioactivi din frunze de măsline. În videoclip, folosim sonicatorul UP400St pentru a extrage compuși bioactivi, cum ar fi polifenoli și flavonoide, inclusiv oleuropeină, hidroxitirozol, luteolină, printre numeroase alte substanțe fitochimice. Sonicare extracte randamente ridicate de compuși bioactivi de înaltă calitate folosind solvenți ușori, netoxici, ar fi apa, apa acidulată sau etanolul apos.

Tabelul 2 prezintă evaluările calității modelului pentru procesul de optimizare. Modelul matematic a explicat 72,02% din variabilitatea totală (R² = 0,7202), ceea ce reprezintă o potrivire extrem de satisfăcătoare, având în vedere natura complexă și inerent eterogenă a matricei de tescovină de măsline. Deși semnificația modelului (P = 0,101) se situează ușor peste pragul tradițional de încredere de 95% din cauza gradelor de libertate puternic constrânse în matricea de 12 rulări, coeficienții cuadratici puternic negativi b11 = -61,61 și b22 = -71,61 confirmă o cinetică de extracție parabolică fizic valabilă.

Parametru
Amplitudine b2	67,6604
Ora b2	59,6054
Amplitudinea 2 (b11)	-61,6139
E timpul să	-71,6058
R2 (b11)	0.7202
R2 ajustat	0.4871
F statistic	3,0892
valoarea p	1,0117910 la puterea minus unu
Eroarea standard reziduală	67,05 mg/l

Extracția ultrasonică a hidroxitirosolului și a polifenolilor din tescovina de măsline: proces optimizat cu ajutorul aparatului de sonicare UP400St

Extracția cu ultrasunete a polifenolilor din tescovina de măsline: stânga – Modelul suprafeței de răspuns al metodei; dreapta – Grafic de contur

Recuperarea eficientă a hidroxitirosolului prin extracție cu ultrasunete

Figura 1A ilustrează graficul suprafeței de răspuns al modelului optimizat. Zona roșie largă la maximul platoului confirmă robustețea procesului, deoarece variațiile de amplitudine în intervalul 50–60% nu induc fluctuații majore ale concentrației de hidroxitirosol. La analiza efectelor factorilor individuali, creșterea amplitudinii de la 22% la 50% exercită un impact critic, determinând o îmbunătățire semnificativă a randamentului de extracție. În schimb, timpii de extracție care depășesc 20 de minute stabilizează randamentul, sugerând saturarea solventului în această etapă. În cele din urmă, această arhitectură a identificat cu succes un optim operațional definitiv la o amplitudine de 61,5% și 24,2 minute de sonicare, obținându-se o concentrație maximă prevăzută de hidroxitirosol de 1609,5 mg/L.

În concluzie, utilizarea tehnologiei Hielscher Ultrasonics a reprezentat un element fundamental în realizarea unui proces extrem de reproductibil și optimizat din punct de vedere energetic pentru extracția hidroxitirosolului. Precizia remarcabilă în controlul amplitudinii și performanța mecanică robustă a sonotrodului UP400St garantează că aceste etape importante la scară de laborator pot fi transpuse fără probleme în sisteme industriale cu flux continuu. În plus, succesul acestei faze de optimizare a fost accelerat semnificativ de asistența tehnică excepțională și de sprijinul local oferit de Jover Labtech, reprezentanții Hielscher din Catalonia, Spania. Această sinergie între hardware-ul acustic de ultimă generație și sprijinul tehnic de specialitate din apropiere stabilește o cale definitivă și viabilă către valorificarea comercială durabilă, la scară largă, a biomasei agro-industriale.

În acest videoclip, vă arătăm o instalație de 2x UIP4000hdt sonicators pentru extracția intensificată a uleiului de măsline extra virgin bogat în polifenoli. Instalația prezentată este operată la un francez sicilian. În videoclip, soiurile Biancolilla necoapte au fost procesate pentru producția de ulei de măsline extra virgin. Hielscher sonicatoare industriale sunt instalate în morile de ulei de măsline pentru a crește randamentul de extracție și calitatea uleiului de măsline extra virgin. Cavitația generată de ultrasunetele de putere descompune pereții celulari și crește permeabilitatea țesutului de fructe de măsline. Acest lucru duce la o mai bună extracție a uleiului din pasta de măsline, rezultând randamente mai mari de ulei.

Subiecte conexe

Întrebări frecvente: Extragerea polifenolilor prin ultrasunete din tescovina de măsline

Ce este tescovina de măsline?

Tocătura de măsline, cunoscută și sub denumirea de „alperujo”, este principalul produs secundar rezultat în urma extracției uleiului de măsline. Aceasta este alcătuită din pulpă de măsline, coji, sâmburi, precum și apă și ulei reziduale. Deși este adesea considerată deșeu, tocătura de măsline conține compuși bioactivi valoroși, în special polifenoli precum hidroxitirosolul.

De ce este tescovina de măsline o sursă valoroasă de polifenoli?

Tescovina de măsline conține concentrații ridicate de compuși fenolici cu puternice proprietăți antioxidante. Acești compuși pot fi recuperați și transformați în extracte naturale de înaltă calitate, destinate utilizării în conservarea alimentelor, în biostimulatori vegetali, ingrediente nutraceutice, produse cosmetice și alte aplicații pe bază de materii prime biologice.

Ce este hidroxitirosolul?

Hidroxitirosolul este unul dintre cei mai importanți polifenoli prezenți în măsline și în produsele derivate din măsline. Este cunoscut pentru puternica sa activitate antioxidantă și este foarte apreciat în alimentele funcționale, conservanții naturali, formulele cosmetice și produsele biostimulante agricole.

De ce ar trebui să se extragă polifenolii din tescovina de măsline?

Recuperarea polifenolilor din tescovina de măsline contribuie la transformarea unui reziduu agroindustrial într-o materie primă valoroasă. Acest demers susține strategiile economiei circulare, reduce impactul asupra mediului al producției de ulei de măsline și creează noi oportunități de venituri din subproduse care, în caz contrar, ar trebui eliminate sau tratate.

Ce este extracția asistată de ultrasunete?

Extracția asistată de ultrasunete este o tehnică avansată de extracție care utilizează energia acustică pentru a intensifica eliberarea compușilor valoroși din materialele vegetale. Cavitația ultrasonică îmbunătățește transferul de masă între biomasa solidă și solvent, permițând o extracție mai rapidă, mai eficientă și mai reproductibilă în comparație cu multe metode convenționale.

Cum contribuie ultrasunetele la îmbunătățirea extracției polifenolilor din tescovina de măsline?

Ultrasunetele generează forțe de cavitație în mediul lichid, care contribuie la ruperea structurilor celulare vegetale și la îmbunătățirea penetrării solventului în biomasă. Acest lucru accelerează eliberarea polifenolilor, precum hidroxitirosolul, și poate reduce durata extracției, consumul de solvent și variabilitatea procesului.

Se poate folosi apa ca solvent pentru extracția cu ultrasunete a tescovinei de măsline?

Da. Studiul demonstrează utilizarea apei ca solvent de extracție pentru recuperarea polifenolilor bogați în hidroxitirosol din tescovina de măsline uscată. Acest lucru face ca procesul să fie deosebit de atractiv pentru aplicații de extracție de tip „clean-label”, de calitate alimentară și ecologice.

Ce echipament cu ultrasunete a fost utilizat în cadrul studiului?

În cadrul studiului s-a utilizat sonotrodul UP400St de la Hielscher Ultrasonics. Acest procesor cu ultrasunete a fost ales datorită controlului precis al amplitudinii, performanțelor sale solide și faptului că se pretează la optimizarea controlată, la scară de laborator, a extracției polifenolilor din tescovina de măsline.

Care parametri ai procesului au fost optimizați?

Studiul a optimizat doi parametri cheie ai extracției cu ultrasunete: amplitudinea sonicației și durata extracției. Acești parametri au fost evaluați folosind un plan de experimentare compozit central, pentru a determina efectul lor asupra concentrației de hidroxitirosol din extractul apos.

Care au fost condițiile optime pentru extracția hidroxitirosolului?

Condițiile de extracție optimizate identificate în cadrul studiului au fost o amplitudine de 61,5% și o durată de sonicare de 24,2 minute. În aceste condiții, modelul a prevăzut o concentrație maximă de hidroxitirosol de 1609,5 mg/l.

De ce este important controlul amplitudinii în extracția cu ultrasunete?

Controlul amplitudinii este esențial, deoarece determină intensitatea cavitației ultrasonice. Reglarea precisă a amplitudinii permite utilizatorilor să optimizeze eficiența extracției, să evite consumul inutil de energie și să obțină extracte mai reproducibile, în ciuda variabilității naturale a materiilor prime din biomasă, cum ar fi tescovina de măsline.

Extracția cu ultrasunete a tescovinei de măsline este scalabilă?

Da. Extragerea cu ultrasunete este extrem de scalabilă atunci când parametrii procesului, precum amplitudinea, energia de intrare, debitul, temperatura și timpul de staționare, sunt controlați corespunzător. Studiul subliniază relevanța tehnologiei cu ultrasunete Hielscher pentru transpunerea optimizării la scară de laborator în procesarea industrială cu flux continuu.

Ce produse se pot obține din extractele de polifenoli din tescovină de măsline?

Extractele bogate în polifenoli obținute din tescovina de măsline pot fi utilizate într-o gamă variată de aplicații de înaltă valoare, printre care conservanți alimentari antioxidanți naturali, biostimulatori vegetali, ingrediente cosmetice, formule nutraceutice și ingrediente speciale pe bază biologică.

În ce fel contribuie extracția cu ultrasunete la producția durabilă de ulei de măsline?

Extracția cu ultrasunete contribuie la producția durabilă de ulei de măsline prin valorificarea tescovinei de măsline, în loc să o trateze doar ca pe un deșeu. Prin recuperarea antioxidanților valoroși din acest subprodus, producătorii pot reduce impactul asupra mediului, pot îmbunătăți eficiența utilizării resurselor și pot crea noi surse de valoare.

Sistemele cu ultrasunete Hielscher pot fi utilizate pentru valorificarea industrială a tescovinei de măsline?

Da. Sistemele cu ultrasunete Hielscher sunt potrivite pentru dezvoltarea proceselor, testarea la scară pilot și extracția la scară industrială. Controlul precis al parametrilor ultrasonici și disponibilitatea lor în configurații scalabile le fac ideale pentru prelucrarea continuă a tescovinei de măsline și a altor fluxuri de biomasă agroindustrială.

Literatură / Referințe

Cánovas, Jaime; Barrajón-Catalán, Enrique; Micol, Vicente; Cárcel, J.; Garcia-Perez, Jose V. (2013): Kinetic and compositional study of phenolic extraction from olive leaves (var. Serrana) by using power ultrasound. Innovative Food Science & Emerging Technologies 17, 2013. 120–129.
M. Rashidipour and R. Heydari (2018): Ultrasonic-Assisted Matrix Solid-Phase Dispersion and High-Performance Liquid Chromatography as an Improved Methodology for Determination of Oleuropein from Olive Leaves. Analytical and Bioanalytical Chemistry Research 52, 2018. 307-316.
Rodríguez, Ó.; Bona, S.; Stäbler, A.; Rodríguez-Turienzo, L. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Polyphenols from Olive Pomace: Scale Up from Laboratory to Pilot Scenario. Processes 2022, 10, 2481.
Tamborrino, A., Romaniello, R., Perone, C. et al. (2021): Development of a Pressure Control System According to Paste Rheology for Ultrasound Processing in Industrial Olive Oil Extraction. Food Bioprocess Technol 14, 1897–1908 (2021).