Ultrazvuková extrakcia výliskov – udržateľné získavanie bioaktívnych zlúčenín

Vedľajšie produkty spracovania ovocia, najmä výlisky, predstavujú nevyužitý zdroj bioaktívnych zlúčenín s potenciálnym využitím v nutraceutikách, pri obohacovaní potravín a vo farmaceutických prípravkoch. Účinné a udržateľné získavanie týchto zlúčenín však zostáva technickou výzvou. Spomedzi rozvíjajúcich sa ekologických extrakčných technológií dosahuje extrakcia podporovaná ultrazvukom pomocou sondových sonikátorov mimoriadne výťažky. Sonikácia umožňuje rýchlu extrakciu fenolových zlúčenín, triterpénových kyselín a ďalších bioaktívnych zlúčenín z rastlinných matríc, ako sú jablčné výlisky, s efektívnym využitím rozpúšťadiel.

Efektívne zhodnocovanie vedľajších produktov spracovania ovocia pomocou ultrazvukovej extrakcie

Ultrazvuková extrakcia výliskov je účinný spôsob zhodnocovania vedľajšieho produktu výroby štiav, vína a cideru – ide o vedecky overené, priemyselne škálovateľné a zavedené a zároveň ekonomické riešenie zhodnocovania ovocného odpadu. Keďže sonikácia je účinná a všestranná, ponúka ekologickú extrakčnú stratégiu na využitie potenciálu vedľajších produktov agropotravinárstva, ako sú jablčné výlisky.
Ako dokazujú nedávne výskumy, kombinácia krátkeho času sonikácie, miernych koncentrácií etanolu a riadenej amplitúdy umožňuje selektívne a účinné získavanie zdraviu prospešných zlúčenín.
Pri úsilí o obehové hospodárstvo sonikácia nie je len nástrojom – sonikácia znamená intenzifikáciu a efektívnosť procesu.

Zhodnocovanie výliskov pomocou ultrazvukovej extrakcie

Ovocné výlisky, vedľajší produkt výroby štiav a vína, pozostávajú zo šupiek, dužiny, semien a stopiek. Výlisky, ktoré sa tradične nedostatočne využívali alebo sa používali na účely s nízkou pridanou hodnotou, napríklad ako krmivo pre hospodárske zvieratá alebo biomasa, sa dnes považujú za cenný zdroj polyfenolov (napr. glykozidov kvercetínu, floridzínu), flavonoidov, dihydrochalkónov a triterpénových kyselín (najmä kyseliny ursolovej). Tieto molekuly sa spájajú s antioxidačnými, protizápalovými a antimikrobiálnymi vlastnosťami.
Ultrazvuková extrakcia ponúka zásadne nový prístup k zhodnocovaniu výliskov tým, že umožňuje účinné uvoľňovanie týchto bioaktívnych látok. V porovnaní s konvenčnými extrakčnými metódami ultrazvuková extrakcia poskytuje:

• Kratší čas spracovania
• Nižšiu spotrebu rozpúšťadiel
• Vyššie výťažky
• Šetrnejšie extrakčné podmienky, ktoré zachovávajú zlúčeniny citlivé na teplo

Čo hovorí veda o ultrazvukovej extrakcii výliskov

Dve príkladové štúdie vedecky dokazujú prínosy extrakcie podporovanej ultrazvukom (UAE) pri spracovaní jablčných výliskov.

Štúdia 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Pomocou centrálneho kompozitného experimentálneho plánu výskumníci optimalizovali súčasnú extrakciu celkových polyfenolov a kyseliny ursolovej z výliskov z výroby cideru pomocou sonikátora Hielscher UP200Ht. Za optimalizovaných podmienok (5,1 min, 68% etanolu, 90% amplitúdy) sa z celých jablčných výliskov získalo:

• ~1300 µg/g flavonolov
• ~1200 µg/g dihydrochalkónov
• ~4200 µg/g kyseliny ursolovej

Frakcia jablčných šupiek vykazovala dokonca ešte vyššie koncentrácie, pričom obsah kyseliny ursolovej dosiahol 8500 µg/g sušiny. Antioxidačná aktivita extraktov silno korelovala s obsahom polyfenolov a matematické modelovanie potvrdilo účinnosť extrakcie.

Štúdia 2: Razola-Díaz et al., 2022
Táto práca sa zamerala na optimalizáciu extrakcie floretínu a floridzínu – dvoch dihydrochalkónov so silným antioxidačným účinkom. Pomocou sondového sonikátora Hielscher UP400St výskumníci dosiahli tieto extrakčné výťažky:

• ~13 µg/g floretínu
• ~67 µg/g floridzínu
• ~1878 µg/g sušiny celkových fenolových zlúčenín
• Antioxidačná aktivita (FRAP): až 3,58 mg TE/g

Všestrannosť – sonikácia výliskov, štiav a smoothie

Ultrazvuková extrakcia sa neobmedzuje len na jablkové výlisky; úspešne sa uplatňuje pri širokej škále ovocných matríc. V dužine ovocia, ako sú pomaranče, sonikácia zvyšuje uvoľňovanie polyfenolov, flavonoidov a antioxidantov, pričom zachováva ich funkčnú integritu. Podobne sú šupky citrusových plodov – vrátane grapefruitov, citrónov a pomarančov – bohaté na pektíny a fenolové zlúčeniny, ktoré možno účinne uvoľniť narušením bunkových stien pôsobením kavitácie. Aj hroznové jadierka, známe vysokým obsahom polyfenolov (napr. katechínov a proantokyanidínov), dobre reagujú na ultrazvukové spracovanie, pri ktorom sa získavajú vysoké koncentrácie antioxidantov. Táto všestrannosť pri spracovaní rôznych rastlinných pletív vyzdvihuje sonikáciu ako spoľahlivý nástroj na ekologickú extrakciu bioaktívnych látok z rozmanitých vedľajších produktov agropriemyslu.

Všestrannosť sonikátorov Hielscher sa navyše uplatňuje pri rôznych produktoch a aplikáciách:

• Extrakcia v kvapalnej fáze v šťavách a pyré
• Homogenizácia rastlinných nápojov a emulzií
• Inaktivácia mikroorganizmov a enzýmov na predĺženie trvanlivosti bez tepelného poškodenia

Pri výrobe štiav a smoothies zabezpečuje vysokovýkonná sonikácia:

• Stabilnú disperziu vlákniny a pevných častíc
• Lepší pocit v ústach
• Zvýšenú biologickú dostupnosť fenolových zlúčenín
• Zachovanie senzorických a výživových vlastností

Všestranné využitie sonikátorov Hielscher ľahko prepája spracovanie výliskov a štiav – umožňuje extrakciu, homogenizáciu a pasterizáciu pomocou tej istej ultrazvukovej zostavy.

Udržateľnosť v centre pozornosti

Ultrazvukové spracovanie významne prispieva k udržateľnosti tým, že umožňuje získavanie hodnotných bioaktívnych zlúčenín z vedľajších produktov spracovania ovocia, ktoré by inak prispievali ku globálnemu plytvaniu potravinami. V odvetví výroby štiav, kde sa po zbere alebo počas spracovania vyraďuje až 25% ovocia a zeleniny, ponúka sonikácia cielené a účinné riešenie. Napríklad sa preukázalo, že ultrazvukové spracovanie zmesí pomarančovej dužiny a šupiek zlepšuje kľúčové vlastnosti potravinovej vlákniny, čím podporuje ich opätovné využitie ako nových potravinových zložiek. Tento spôsob zhodnocovania nielen znižuje environmentálnu záťaž agropotravinárskeho odpadu, ale je aj v súlade s cieľom udržateľného rozvoja OSN č. 12 – podporou zodpovednej spotreby a výroby.
Dôležité je, že sonikácia je energeticky účinná a ekologická technológia – vyžaduje nízku spotrebu energie a znižuje používanie agresívnych extrakčných rozpúšťadiel, pretože využíva vodu, vodný roztok etanolu a NADES.
Premenou odpadových tokov na funkčné zložky sonikácia prispieva k obehovému hospodárstvu a zlepšuje ekologickú aj ekonomickú udržateľnosť v potravinárskom priemysle.

Zlepšite svoj proces spracovania výliskov pomocou sonikátorov Hielscher

Hielscher Ultrasonics je popredný výrobca vysokovýkonných ultrazvukových systémov určených na laboratórne aj priemyselné aplikácie. Jeho priemyselné sonikátory – ako UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT a UIP16000hdT – ponúkajú:

• Škálovateľnú kapacitu spracovania (od litrov po tony za hodinu)
• Presné riadenie amplitúdy
• Prevádzku 24/7 v náročných prostrediach
• Ultrazvukové reaktory s možnosťou natlakovania
• Kompatibilitu s kontinuálnym spracovaním v prietoku
• Jednoduchú integráciu do (existujúcich) výrobných liniek

Použitie sonikátorov Hielscher na extrakciu polyfenolov, antioxidantov a ďalších bioaktívnych zlúčenín už bolo overené v publikovaných výskumoch s preukázanou účinnosťou a reprodukovateľnosťou.

Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej kapacite spracovania našich ultrazvukových zariadení:

Návrh, výroba a poradenstvo – kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojimi najvyššími štandardmi kvality a konštrukčného vyhotovenia. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných prevádzok. Ultrazvukové prístroje Hielscher ľahko zvládajú drsné podmienky a náročné prostredia.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a jednoduchou obsluhou. Samozrejme, ultrazvukové prístroje Hielscher sú v súlade s požiadavkami CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Literatúra / Referencie

• 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.