Ультразвуковая экстракция выжимок – устойчивое извлечение биологически активных соединений

Побочные продукты переработки фруктов, особенно выжимки, представляют собой неиспользуемый источник биологически активных соединений с потенциальным применением в нутрицевтике, обогащении пищевых продуктов и фармацевтике. Однако эффективное и устойчивое извлечение этих соединений по-прежнему остаётся технически сложной задачей. Среди развивающихся экологичных технологий экстракции экстракция с помощью зондовых ультразвуковых аппаратов обеспечивает выдающиеся показатели выхода извлекаемых веществ. Обработка ультразвуком позволяет быстро извлекать фенольные соединения, тритерпеновые кислоты и другие биологически активные соединения из растительных матриц, таких как яблочные выжимки, при эффективном использовании растворителя.

Эффективное повышение ценности побочных продуктов переработки фруктов с помощью ультразвуковой экстракции

Ультразвуковая экстракция выжимок – эффективный способ повышения ценности побочного продукта производства соков, вина и сидра. Это научно подтверждённое, масштабируемое до промышленного уровня, уже внедрённое и экономичное решение для повышения ценности фруктовых отходов. Благодаря своей эффективности и универсальности обработка ультразвуком предлагает экологичную стратегию экстракции для использования потенциала побочных продуктов агропищевой отрасли, таких как яблочные выжимки.
Как показывают недавние исследования, сочетание короткого времени обработки ультразвуком, умеренных концентраций этанола и контролируемой амплитуды позволяет избирательно и эффективно извлекать соединения, полезные для здоровья.
При переходе к замкнутому циклу обработка ультразвуком – не просто инструмент: она означает интенсификацию и повышение эффективности процессов.

Повышение ценности выжимок с помощью ультразвуковой экстракции

Фруктовые выжимки, побочный продукт производства соков и вина, состоят из кожуры, мякоти, семян и плодоножек. Традиционно выжимки использовались недостаточно либо направлялись на малоценные виды применения, например в качестве корма для скота или биомассы. Теперь они признаны ценным источником полифенолов (например, гликозидов кверцетина, флоридзина), флавоноидов, дигидрохалконов и тритерпеновых кислот (в частности, урсоловой кислоты). Эти молекулы обладают антиоксидантными, противовоспалительными и антимикробными свойствами.
Ультразвуковая экстракция предлагает принципиально новый подход к повышению ценности выжимок, обеспечивая эффективное высвобождение этих биологически активных веществ. По сравнению с традиционными методами экстракции ультразвуковая экстракция обеспечивает:

• Сокращение времени обработки
• Снижение расхода растворителя
• Более высокий выход
• Более мягкие условия экстракции, сохраняющие термочувствительные соединения

Что говорит наука об ультразвуковой экстракции выжимок

Два показательных исследования научно демонстрируют преимущества экстракции с помощью ультразвука (UAE) для яблочных выжимок.

Исследование 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Используя центральный композиционный план эксперимента, исследователи оптимизировали одновременную экстракцию совокупности полифенолов и урсоловой кислоты из выжимок, образующихся при производстве сидра, с помощью ультразвукового аппарата Hielscher UP200Ht. При оптимизированных условиях (5,1 min, 68% этанола, 90% амплитуды) из цельных яблочных выжимок были получены:

• ~1300 µg/g флавонолов
• ~1200 µg/g дигидрохалконов
• ~4200 µg/g урсоловой кислоты

Примечательно, что фракция яблочной кожуры показала ещё более высокие концентрации: содержание урсоловой кислоты достигало 8500 µg/g сухого вещества. Антиоксидантная активность экстрактов сильно коррелировала с содержанием полифенолов, а математическое моделирование подтвердило эффективность экстракции.

Исследование 2: Razola-Díaz et al., 2022
Эта работа была посвящена оптимизации экстракции флоретина и флоридзина – двух дигидрохалконов с мощным антиоксидантным действием. С помощью зондового ультразвукового аппарата Hielscher UP400St были получены следующие показатели выхода экстракции:

• ~13 µg/g флоретина
• ~67 µg/g флоридзина
• ~1878 µg/g сухой массы суммарных фенольных соединений
• Антиоксидантная активность (FRAP): до 3,58 mg TE/g

Универсальность – обработка ультразвуком выжимок, соков и смузи

Ультразвуковая экстракция не ограничивается яблочными выжимками: она успешно применяется к широкому спектру фруктовых матриц. В мякоти таких фруктов, как апельсин, обработка ультразвуком усиливает высвобождение полифенолов, флавоноидов и антиоксидантов, сохраняя их функциональные свойства. Аналогичным образом кожура цитрусовых – включая грейпфрут, лимон и апельсин – богата пектинами и фенольными соединениями, которые можно эффективно высвобождать благодаря разрушению клеточных стенок под действием кавитации. Даже виноградные косточки, известные высоким содержанием полифенолов (например, катехинов и проантоцианидинов), хорошо поддаются ультразвуковой обработке, обеспечивая высокие концентрации антиоксидантов. Такая универсальность при обработке различных растительных тканей подчёркивает роль обработки ультразвуком как надёжного инструмента экологичной экстракции биологически активных веществ из разнообразных побочных продуктов агропромышленности.

Кроме того, универсальность ультразвуковых аппаратов Hielscher распространяется на различные продукты и области применения:

• Жидкофазная экстракция в соках и пюре
• Гомогенизация напитков на растительной основе и эмульсий
• Инактивация микроорганизмов и ферментов для продления срока хранения без термического повреждения

При производстве соков и смузи высокопроизводительная обработка ультразвуком обеспечивает:

• Стабильное диспергирование волокон и твёрдых частиц
• Улучшение ощущений во рту
• Повышение биодоступности фенольных соединений
• Сохранение органолептических и питательных свойств

Универсальность применения ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет легко объединить обработку выжимок и соков – выполняя экстракцию, гомогенизацию и пастеризацию на одной и той же ультразвуковой установке.

В центре внимания – устойчивость

Обработка ультразвуком вносит значительный вклад в устойчивость, позволяя извлекать ценные биологически активные соединения из побочных продуктов переработки фруктов, которые в противном случае увеличивали бы количество пищевых отходов во всём мире. В соковой промышленности, где до 25% фруктов и овощей выбрасывается после сбора урожая или во время переработки, обработка ультразвуком предлагает целенаправленное и эффективное решение. Например, было показано, что ультразвуковая обработка смесей апельсиновой мякоти и кожуры улучшает ключевые свойства пищевых волокон, способствуя их повторному использованию в качестве новых пищевых ингредиентов. Этот способ повышения ценности не только снижает экологическую нагрузку от отходов агропищевой отрасли, но и соответствует Цели устойчивого развития ООН 12 – содействию ответственному потреблению и производству.
Важно, что обработка ультразвуком представляет собой энергоэффективную и экологичную технологию – она требует небольшого потребления энергии и сокращает использование агрессивных экстракционных растворителей, поскольку работает с водой, водным раствором этанола и NADES.
Превращая потоки отходов в функциональные ингредиенты, обработка ультразвуком способствует развитию экономики замкнутого цикла и повышает как экологическую, так и экономическую устойчивость в секторе переработки пищевых продуктов.

Улучшите процесс переработки выжимок с помощью ультразвуковых аппаратов Hielscher

Hielscher Ultrasonics – ведущий производитель высокопроизводительных ультразвуковых систем, предназначенных как для лабораторного, так и для промышленного применения. Промышленные ультразвуковые аппараты компании – такие как UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT и UIP16000hdT – обеспечивают:

• Масштабируемую производительность (от литров до тонн в час)
• Точное управление амплитудой
• Работу 24/7 в сложных условиях
• Ультразвуковые реакторы, допускающие работу под давлением
• Совместимость с непрерывной поточной обработкой
• Простую интеграцию в (существующие) производственные линии

Применение ультразвуковых аппаратов Hielscher для экстракции полифенолов, антиоксидантов и других биологически активных соединений уже подтверждено опубликованными исследованиями, доказавшими эффективность и воспроизводимость.

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:

Проектирование, производство и консультирование – качество из Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher широко известны высочайшим качеством и стандартами проектирования. Надёжность и простота эксплуатации позволяют без затруднений интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и высокими эксплуатационными требованиями.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, сочетающим передовые технологии и удобство использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и удовлетворяют требованиям UL, CSA и RoHs.

Литература / Источники

• 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.