Ultrazvočna ekstrakcija polifenolov iz stranskih proizvodov proizvodnje oljčnega olja: zgodba o uspehu

Oljčne tropine niso več zgolj agroindustrijski stranski proizvod – so dragocen vir zelo učinkovitih naravnih antioksidantov. V tej študiji je podjetje Natural Phenolics optimiziralo vodno ekstrakcijo polifenolov, bogatih s hidroksitirozolom, s sonikatorjem Hielscher UP400St. Rezultati dokazujejo robusten, ponovljiv proces, ki ga je mogoče prenesti v večje merilo in pri optimiziranih pogojih sonikacije dosega napovedano koncentracijo hidroksitirozola 1609,5 mg/L. To delo poudarja, kako lahko natančna ultrazvočna tehnologija pretvori odpadke iz proizvodnje oljčnega olja v vrhunske surovine na biološki osnovi za prehrano, kmetijstvo in trajnostno industrijo.

Oljčne tropine – niso stranski proizvod, temveč vir, bogat z antioksidanti

Oljčne tropine (alperujo) so glavni stranski proizvod pridobivanja oljčnega olja; njihova letna svetovna proizvodnja dosega med 13 in 18 milijoni ton. Polifenoli so sekundarni metaboliti, prisotni v visokih koncentracijah v tem agroindustrijskem ostanku. Čeprav te spojine izkazujejo izjemno antioksidativno delovanje, njihova prisotnost v okolju brez predhodne obdelave predstavlja velik toksikološki izziv. Podjetje Natural Phenolics kot pionir na področju valorizacije odpadkov rešuje to težavo in to okoljsko breme spreminja v trajnostno gospodarsko dobrino. Z ekstrakcijo teh metabolitov visoke vrednosti špansko podjetje Natural Phenolics proizvaja vrhunske surovine na biološki osnovi. Raziskave in razvoj podjetja Natural Phenolics so trenutno v ospredju proizvodnje naprednih rastlinskih biostimulantov in antioksidativnih konzervansov za živila s preprosto in pregledno sestavo.

O podjetju Natural Phenolics
Natural Phenolics je podjetje s področja zelene kemije v ospredju krožnega gospodarstva, specializirano za valorizacijo oljčnih tropin (alperujo) v polnem obsegu. Z naprednimi trajnostnimi ekstrakcijskimi procesi ta kompleksni agroindustrijski ostanek pretvarjamo v vrhunske kemične surovine na biološki osnovi.

Natural Phenolics, podjetje s sedežem v Kataloniji v Španiji, proizvaja visokokakovostne biostimulante iz kmetijskih stranskih proizvodov

Ste pripravljeni valorizirati svoje oljčne tropine?
Z nami delite podrobnosti o svojem procesu proizvodnje oljčnega olja in toku tropin. Pomagali vam bomo izbrati ustrezno opremo za ultrazvočno ekstrakcijo, da boste učinkovito in trajnostno pridobivali polifenole visoke vrednosti.

Potreba po učinkovitih in standardiziranih ekstrakcijskih tehnologijah

V teh okoliščinah je izbira ustrezne ekstrakcijske tehnologije ključna za pridobivanje standardiziranih ekstraktov. Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) se je uveljavila kot učinkovita tehnika, ki zagotavlja ponovljive rezultate, skrajšuje čas ekstrakcije in zmanjšuje porabo topil ter prinaša druge operativne prednosti.
Podjetje Natural Phenolics tukaj predstavlja rezultate optimizacije za pridobivanje standardiziranih vodnih ekstraktov, bogatih s hidroksitirozolom (HT) in drugimi polifenoli. Kot eksperimentalni model je bil izbran centralni kompozitni načrt. Ocenjevana parametra sta bila amplituda in čas ekstrakcije, odziv pa so merili s koncentracijo hidroksitirozola. V ta namen so uporabili sonikator Hielscher Ultrasonics UP400St, izbran zaradi uporabniku prijaznega upravljanja in visoke natančnosti nadzora amplitude.

Eksperimentalni načrt ultrazvočne ekstrakcije: optimizacija amplitude in časa ekstrakcije

Ta natančni nadzor je bil ključen za ločevanje učinkov akustične energije od variabilnosti surovine. Vse ekstrakcije so bile izvedene s posušenimi oljčnimi tropinami (20% vsebnost vlage, velikost delcev 1 mm) in vodo kot topilom. Suspenzija je bila pripravljena pri 40% razmerju med trdno snovjo in tekočino, vsi poskusi pa so potekali pri stalni temperaturi 35°C. Preglednica 1 povzema eksperimentalne pogoje, ocenjene z matriko CCD z 12 poskusi.

Parameter	Največja vrednost	Najmanjša vrednost	Aksialna točka	Aksialna točka
Amplituda %	70	30	78	22
Čas min	30	10	34,1	5,9

V tem prikazu predstavljamo natančnost in učinkovitost sonikacije s sondo pri ekstrakciji bioaktivnih sestavin iz oljčnih listov. V videoposnetku uporabljamo sonikator UP400St za ekstrakcijo bioaktivnih spojin, kot so polifenoli in flavonoidi, vključno z oleuropeinom, hidroksitirozolom in luteolinom, ter številnih drugih fitokemikalij. Sonikacija omogoča pridobivanje visokokakovostnih bioaktivnih spojin z visokim izkoristkom ob uporabi blagih, nestrupenih topil, kot so voda, nakisana voda ali vodni etanol.

Preglednica 2 prikazuje ocene kakovosti modela za optimizacijo. Matematični model je pojasnil 72,02% celotne variabilnosti (R2 = 0,7202), kar pomeni zelo zadovoljivo prileganje glede na kompleksno in po naravi heterogeno matrico oljčnih tropin. Čeprav je značilnost modela (P = 0,101) zaradi močno omejenega števila prostostnih stopenj v matriki z 12 poskusi nekoliko nad tradicionalnim pragom 95% zaupanja, izrazito negativna kvadratna koeficienta b11 = -61,61 in b22 = -71,61 potrjujeta fizikalno utemeljeno parabolično kinetiko ekstrakcije.

Parameter
Amplituda b2	67,6604
Čas b2	59,6054
Amplituda2 (b11)	-61,6139
Čas2 (b22)	-71,6058
R2 (b11)	0,7202
Prilagojeni R2	0,4871
F-statistika	3,0892
p-vrednost	1,011179 x 10-1
Standardna napaka ostankov	67,05 mg/L

Ultrazvočna ekstrakcija hidroksitirozola in polifenolov iz oljčnih tropin: optimiziran proces s sonikatorjem UP400St

Ultrazvočna ekstrakcija polifenolov iz oljčnih tropin: levo – model odzivne površine metode; desno – konturni diagram

Robustno pridobivanje hidroksitirozola z ultrazvočno ekstrakcijo

Slika 1A prikazuje diagram odzivne površine optimiziranega modela. Široko rdeče območje na največji vrednosti platoja potrjuje robustnost procesa, saj spremembe amplitude v območju 50– 60% ne povzročajo večjih nihanj koncentracije hidroksitirozola. Analiza učinkov posameznih dejavnikov kaže, da ima povečanje amplitude z 22% na 50% odločilen vpliv in povzroči izrazito izboljšanje izkoristka ekstrakcije. Nasprotno pa časi ekstrakcije, daljši od 20 minut, stabilizirajo izkoristek, kar nakazuje nasičenost topila v tej fazi. Ta zasnova je nazadnje uspešno določila dokončni optimum obratovanja pri amplitudi 61,5% in 24,2 minutah sonikacije, pri katerem je največja napovedana koncentracija hidroksitirozola 1609,5 mg/L.

Skratka, uporaba tehnologije Hielscher Ultrasonics je bila temelj za doseganje zelo ponovljivega in energijsko optimiziranega procesa ekstrakcije hidroksitirozola. Izjemna natančnost nadzora amplitude in robustno mehansko delovanje sonotrode UP400St zagotavljata, da je mogoče te dosežke v laboratorijskem merilu brez težav prenesti v industrijske sisteme z neprekinjenim pretokom. Poleg tega sta uspeh te optimizacijske faze znatno pospešili izjemna tehnična pomoč in lokalna podpora podjetja Jover Labtech, zastopnika podjetja Hielscher v Kataloniji v Španiji. Ta sinergija med najsodobnejšo akustično strojno opremo in strokovno inženirsko podporo v bližini vzpostavlja jasno, izvedljivo pot do trajnostne komercialne valorizacije agroindustrijske biomase v polnem obsegu.

V tem videoposnetku prikazujemo postavitev sonikatorjev 2x UIP4000hdt za intenzivnejšo ekstrakcijo ekstra deviškega oljčnega olja, bogatega s polifenoli. Prikazana postavitev obratuje v sicilijanski oljarni. V videoposnetku so bile za proizvodnjo ekstra deviškega oljčnega olja predelane nezrele oljke sorte Biancolilla. Industrijski sonikatorji Hielscher se v oljarne vgrajujejo za povečanje izkoristka ekstrakcije in izboljšanje kakovosti ekstra deviškega oljčnega olja. Kavitacija, ki jo ustvarja visokointenzivni ultrazvok, razgrajuje celične stene in povečuje prepustnost tkiva oljk. To izboljša ekstrakcijo olja iz oljčne drozge in poveča izkoristek olja.

Sorodne teme

Pogosta vprašanja: ultrazvočna ekstrakcija polifenolov iz oljčnih tropin

Kaj so oljčne tropine?

Oljčne tropine, znane tudi kot alperujo, so glavni stranski proizvod, ki nastane med pridobivanjem oljčnega olja. Sestavljajo jih meso oljk, lupine, koščice ter preostala voda in olje. Čeprav jih pogosto obravnavamo kot odpadek, oljčne tropine vsebujejo dragocene bioaktivne spojine, zlasti polifenole, kot je hidroksitirozol.

Zakaj so oljčne tropine dragocen vir polifenolov?

Oljčne tropine vsebujejo visoke koncentracije fenolnih spojin z močnimi antioksidativnimi lastnostmi. Te spojine je mogoče pridobiti in pretvoriti v naravne ekstrakte visoke vrednosti za uporabo pri konzerviranju živil, v rastlinskih biostimulantih, nutracevtskih sestavinah, kozmetiki in drugih uporabah na biološki osnovi.

Kaj je hidroksitirozol?

Hidroksitirozol je eden najpomembnejših polifenolov v oljkah in stranskih proizvodih, pridobljenih iz oljk. Znan je po močnem antioksidativnem delovanju in je zelo cenjen v funkcionalnih živilih, naravnih konzervansih, kozmetičnih formulacijah in kmetijskih biostimulacijskih izdelkih.

Zakaj bi bilo treba polifenole ekstrahirati iz oljčnih tropin?

Pridobivanje polifenolov iz oljčnih tropin pomaga pretvoriti agroindustrijski ostanek v dragoceno surovino. To podpira strategije krožnega gospodarstva, zmanjšuje okoljsko breme proizvodnje oljčnega olja in ustvarja nove možnosti za prihodke iz stranskih proizvodov, ki bi sicer zahtevali odstranjevanje ali obdelavo.

Kaj je ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka?

Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka je napredna ekstrakcijska tehnika, ki uporablja akustično energijo za intenziviranje sproščanja dragocenih spojin iz rastlinskih materialov. Ultrazvočna kavitacija izboljša prenos snovi med trdno biomaso in topilom ter omogoča hitrejšo, učinkovitejšo in bolj ponovljivo ekstrakcijo v primerjavi s številnimi konvencionalnimi metodami.

Kako ultrazvok izboljša ekstrakcijo polifenolov iz oljčnih tropin?

Ultrazvok v tekočem mediju ustvarja kavitacijske sile, ki pomagajo razgraditi strukture rastlinskih celic in izboljšati prodiranje topila v biomaso. To pospeši sproščanje polifenolov, kot je hidroksitirozol, in lahko skrajša čas ekstrakcije, zmanjša porabo topil in variabilnost procesa.

Ali je mogoče vodo uporabiti kot topilo za ultrazvočno ekstrakcijo oljčnih tropin?

Da. Študija prikazuje uporabo vode kot ekstrakcijskega topila za pridobivanje polifenolov, bogatih s hidroksitirozolom, iz posušenih oljčnih tropin. Zaradi tega je proces še posebej privlačen za ekstrakcijske postopke s preprosto in pregledno sestavo, primerne za uporabo v živilih in prijazne do okolja.

Katera ultrazvočna oprema je bila uporabljena v študiji?

V študiji je bila uporabljena sonotroda Hielscher Ultrasonics UP400St. Ta ultrazvočni procesor je bil izbran zaradi natančnega nadzora amplitude, robustnega delovanja in primernosti za nadzorovano optimizacijo ekstrakcije polifenolov iz oljčnih tropin v laboratorijskem merilu.

Kateri procesni parametri so bili optimizirani?

V študiji sta bila optimizirana dva ključna parametra ultrazvočne ekstrakcije: amplituda sonikacije in čas ekstrakcije. Ta parametra sta bila ocenjena s centralnim kompozitnim načrtom, da bi določili njun vpliv na koncentracijo hidroksitirozola v vodnem ekstraktu.

Kateri so bili optimizirani pogoji za ekstrakcijo hidroksitirozola?

Optimizirana pogoja ekstrakcije, določena v študiji, sta bila amplituda 61,5% in 24,2 minut sonikacije. Pri teh pogojih je model napovedal največjo koncentracijo hidroksitirozola 1609,5 mg/L.

Zakaj je nadzor amplitude pomemben pri ultrazvočni ekstrakciji?

Nadzor amplitude je ključen, ker določa intenzivnost ultrazvočne kavitacije. Natančno prilagajanje amplitude uporabnikom omogoča optimizacijo učinkovitosti ekstrakcije, preprečevanje nepotrebnega vnosa energije in proizvodnjo bolj ponovljivih ekstraktov kljub naravni variabilnosti vhodne biomase, kot so oljčne tropine.

Ali je mogoče ultrazvočno ekstrakcijo oljčnih tropin prenesti v večje merilo?

Da. Ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče zelo dobro prenesti v večje merilo, če so procesni parametri, kot so amplituda, vnos energije, pretok, temperatura in zadrževalni čas, ustrezno nadzorovani. Študija poudarja pomen ultrazvočne tehnologije Hielscher za prenos optimizacije v laboratorijskem merilu v industrijsko obdelavo z neprekinjenim pretokom.

Katere izdelke je mogoče izdelati iz polifenolnih ekstraktov oljčnih tropin?

Ekstrakte oljčnih tropin, bogate s polifenoli, je mogoče uporabiti v različnih izdelkih visoke vrednosti, vključno z naravnimi antioksidativnimi konzervansi za živila, rastlinskimi biostimulanti, kozmetičnimi sestavinami, nutracevtskimi formulacijami in posebnimi sestavinami na biološki osnovi.

Kako ultrazvočna ekstrakcija podpira trajnostno proizvodnjo oljčnega olja?

Ultrazvočna ekstrakcija podpira trajnostno proizvodnjo oljčnega olja z valorizacijo oljčnih tropin, namesto da bi jih obravnavali zgolj kot odpadek. S pridobivanjem dragocenih antioksidantov iz tega stranskega proizvoda lahko proizvajalci zmanjšajo vpliv na okolje, izboljšajo učinkovitost rabe virov in ustvarijo dodatne tokove vrednosti.

Ali je mogoče ultrazvočne sisteme Hielscher uporabljati za industrijsko valorizacijo oljčnih tropin?

Da. Ultrazvočni sistemi Hielscher so primerni za razvoj procesov, pilotno preskušanje in ekstrakcijo v industrijskem merilu. Zaradi natančnega nadzora ultrazvočnih parametrov in razpoložljivosti v konfiguracijah, ki jih je mogoče prilagoditi večjemu merilu, so zelo primerni za neprekinjeno obdelavo oljčnih tropin in drugih tokov agroindustrijske biomase.

Literatura / reference

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).