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

Olive pomace niso več le kmetijsko-industrijski stranski proizvod – so dragocen vir visoko učinkovitih naravnih antioksidantov. V tej študiji je podjetje Natural Phenolics optimiziralo vodno ekstrakcijo polifenolov, bogatih s hidroksitirosolom, z uporabo ultrazvočnega aparata Hielscher UP400St. Rezultati kažejo na robusten, ponovljiv in prilagodljiv postopek, ki pod optimiziranimi pogoji sonikacije doseže predvideno koncentracijo hidroksitirosola 1609,5 mg/l. To delo poudarja, kako lahko natančna ultrazvočna tehnologija spremeni odpadke iz proizvodnje oljčnega olja v vrhunske biološke surovine za prehrano, kmetijstvo in trajnostno industrijo.

olivna kaša – Ne stranski produkt, temveč vir, bogat z antioksidanti

Olive pomace (alperujo) so glavni stranski proizvod pridobivanja oljčnega olja; letna svetovna proizvodnja znaša med 13 in 18 milijoni ton. Polifenoli so sekundarni metaboliti, ki so v tem kmetijsko-industrijskem ostanku prisotni v visokih koncentracijah. Čeprav te spojine kažejo izjemno antioksidativno delovanje, njihova neobdelana prisotnost v okolju predstavlja pomemben toksikološki izziv. Kot pionir na področju valorizacije odpadkov se podjetje Natural Phenolics loteva reševanja tega problema in spreminja to okoljsko breme v trajnostno gospodarsko prednost. S pridobivanjem teh visokovrednih metabolitov špansko podjetje Natural Phenolics proizvaja vrhunske surovine na biološki osnovi. Trenutno R&Podjetje D of Natural Phenolics je vodilno na področju proizvodnje naprednih rastlinskih biostimulantov in antioksidativnih konzervansov za živila z oznako »clean label«.

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

Ste pripravljeni na predelavo vaših oljčnih tropin?
Z nami delite podrobnosti o vašem postopku proizvodnje oljčnega olja in ravnanju z oljčnimi tropinami. Pomagali vam bomo izbrati ustrezno ultrazvočno napravo za ekstrakcijo, s katero boste lahko učinkovito in trajnostno pridobivali dragocene polifenole.

Potreba po učinkovitih in standardiziranih tehnologijah ekstrakcije

Glede na to je izbira prave tehnologije ekstrakcije ključnega pomena za pridobivanje standardiziranih ekstraktov. Ekstrakcija z ultrazvokom (UAE) se je uveljavila kot učinkovita tehnika, ki med drugim zagotavlja ponovljive rezultate, skrajša čas ekstrakcije in zmanjša porabo topil.
V tem prispevku podjetje Natural Phenolics predstavlja rezultate optimizacije za pridobivanje standardiziranih vodnih izvlečkov, bogatih s hidroksitirosolom (HT) in drugimi polifenoli. Kot eksperimentalni model je bil izbran centralni kompozitni načrt. Ocenjeni parametri sta bili amplituda in čas ekstrakcije, odziv pa je bil merjen v smislu koncentracije hidroksitirosola. V ta namen so uporabili sonikator Hielscher Ultrasonics UP400St, izbran zaradi uporabniku prijaznega delovanja in visoke natančnosti pri nadzoru amplitude.

Eksperimentalna zasnova ultrazvočne ekstrakcije: optimizacija amplitude in časa ekstrakcije

Ta natančen nadzor je bil ključnega pomena za ločitev vplivov akustične energije od spremenljivosti surovine. Vse ekstrakcije so bile izvedene z uporabo posušenih oljčnih tropin (20 % vsebnosti vlage, velikost delcev 1 mm) in vode kot topila. Kaša je bila pripravljena v razmerju 40 % trdnih snovi proti tekočini, vsi poskusi pa so bili izvedeni pri konstantni temperaturi 35 °C. V tabeli 1 so povzeti eksperimentalni pogoji, ocenjeni s pomočjo CCD-matrike z 12 ponovitvami.

Parameter	Največ	Najmanj	Osna točka	Osna točka
Amplituda %	70	30	78	22
Čas min	30	10	34.1	5,9

V tej predstavitvi prikazujemo natančnost in učinkovitost sondnega ultrazvočnega razbijanja za ekstrakcijo bioaktivnih sestavin iz oljčnih listov. V videu uporabljamo sonicator UP400St za ekstrakcijo bioaktivnih spojin, kot so polifenoli in flavonoidi, vključno z oleuropeinom, hidroksitirozolom, luteolinom in številnimi drugimi fitokemikalijami. Sonication ekstrahira visoke donose visokokakovostnih bioaktivnih spojin z uporabo blagih, nestrupenih topil, kot so voda, nakisana voda ali vodni etanol.

Tabela 2 prikazuje ocene kakovosti modela za optimizacijo. Matematični model je pojasnil 72,02 % celotne spremenljivosti (R² = 0,7202), kar predstavlja zelo zadovoljivo prileganje, če upoštevamo kompleksno in po naravi heterogeno matriko oljčnih tropin. Čeprav je statistična pomembnost modela (P = 0,101) nekoliko nad tradicionalnim 95-odstotnim pragom zaupanja zaradi močno omejenih stopenj svobode v matrici z 12 ponovitvami, močni negativni kvadratni koeficienti b11 = -61,61 in b22 = -71,61 potrjujejo fizikalno utemeljeno parabolično kinetično ekstrakcijo.

Parameter
Amplituda b2	67,6604
Čas b2	59,6054
Amplituda2 (b11)	-61,6139
Čas je za	-71,6058
R2 (b11)	0.7202
R2 (prilagojeno)	0.4871
F-statistika	3,0892
p-vrednost	1,011179 × 10⁻¹
Preostala standardna napaka	67,05 mg/l

Ultrazvočna ekstrakcija hidroksitirosola in polifenolov iz oljčnih tropin: optimiziran postopek z ultrazvočnim aparatom UP400St

Ultrazvočna ekstrakcija polifenolov iz oljčnih tropin: levo – Model odzivne površine te metode; desno – Grafični prikaz

Visoka izkoristljivost hidroksitirosola z ultrazvočno ekstrakcijo

Slika 1A prikazuje graf odzivne površine optimiziranega modela. Široka rdeča cona na maksimumu platoja potrjuje robustnost procesa, saj nihanja amplitude v območju 50–60 % ne povzročajo večjih nihanj v koncentraciji hidroksitirosola. Pri analizi učinkov posameznih dejavnikov ima povečanje amplitude z 22 % na 50 % ključen vpliv, saj povzroči izrazito izboljšanje izkoristka ekstrakcije. Nasprotno pa se pri časih ekstrakcije, daljših od 20 minut, donos stabilizira, kar kaže na zasičenost topila v tej fazi. Končno je ta arhitektura uspešno identificirala dokončno operativno optimum pri amplitudi 61,5 % in 24,2 minutah sonikacije, kar daje največjo predvideno koncentracijo hidroksitirosola 1609,5 mg/l.

Skratka, uporaba tehnologije podjetja Hielscher Ultrasonics je bila ključnega pomena za doseganje visoko ponovljivega in energetsko optimiziranega postopka za ekstrakcijo hidroksitirosola. Izjemna natančnost pri nadzoru amplitude in robustna mehanska zmogljivost sonotrode UP400St zagotavljata, da se ti mejniki na laboratorijski ravni lahko brez težav prenesejo v industrijske sisteme s kontinuiranim pretokom. Poleg tega je uspeh te optimizacijske faze znatno pospešila izjemna tehnična pomoč in lokalna podpora, ki jo je zagotovil Jover Labtech, predstavnik podjetja Hielscher v Kataloniji v Španiji. Ta sinergija med najsodobnejšo akustično opremo in strokovno inženirsko podporo na kraju samem utira jasno in izvedljivo pot k trajnostni, polno obsežni komercialni valorizaciji agroindustrijske biomase.

V tem video posnetku vam pokažemo instalacijo 2x UIP4000hdt sonikatorjev za intenzivno ekstrakcijo ekstra deviškega oljčnega olja, bogatega s polifenoli. Prikazana instalacija deluje v sicilijanskem Frantoiu. V videu so nezrele sorte Biancolilla predelali za proizvodnjo ekstra deviškega oljčnega olja. Hielscher industrijski sonikatorji so nameščeni v oljčnih oljarnah, da povečajo donos ekstrakcije in kakovost ekstra deviškega oljčnega olja. Kavitacija, ki jo ustvarja ultrazvok, razgrajuje celične stene in poveča prepustnost tkiva oljčnega sadja. To vodi do boljše ekstrakcije olja iz oljčne paste, kar ima za posledico višji donos olja.

Sorodne teme

Pogosta vprašanja: Ultrazvočna ekstrakcija polifenolov iz oljčnih tropin

Kaj so oljčni tropini?

Olive pomace, znane tudi pod imenom alperujo, so glavni stranski proizvod, ki nastane pri pridobivanju oljčnega olja. Sestavljene so iz oljčne kaše, lupin, koščic ter ostankov vode in olja. Čeprav se pogosto obravnavajo kot odpadek, olivne pomace vsebujejo dragocene bioaktivne spojine, zlasti polifenole, kot je hidroksitirosol.

Zakaj so oljčne tropine dragocen vir polifenolov?

Olive pomace vsebujejo visoke koncentracije fenolnih spojin z močnimi antioksidativnimi lastnostmi. Te spojine je mogoče izločiti in predelati v visokokakovostne naravne izvlečke za uporabo pri konzerviranju živil, rastlinskih biostimulantih, nutraceuticalnih sestavinah, kozmetiki in drugih bioloških aplikacijah.

Kaj je hidroksitirosol?

Hidroksitirosol je eden najpomembnejših polifenolov, ki jih najdemo v olivah in stranskih proizvodih iz oljk. Znana je po močnem antioksidativnem delovanju in je zelo cenjena v funkcionalnih živilih, naravnih konzervansih, kozmetičnih izdelkih ter kmetijskih biostimulantih.

Zakaj bi bilo treba iz oljčnih tropin izločati polifenole?

Pridobivanje polifenolov iz oljčnih tropin pomaga pretvoriti kmetijsko-industrijske odpadke v dragoceno surovino. To podpira strategije krožnega gospodarstva, zmanjšuje okoljsko obremenitev pri proizvodnji oljčnega olja in ustvarja nove možnosti za prihodke iz stranskih proizvodov, ki bi jih sicer bilo treba odstraniti ali obdelati.

Kaj je ekstrakcija z ultrazvokom?

Ekstrakcija z ultrazvokom je napredna tehnika ekstrakcije, ki z akustično energijo pospeši sproščanje dragocenih spojin iz rastlinskih surovin. Ultrazvočna kavitacija izboljša prenos snovi med trdno biomaso in topilom, kar omogoča hitrejšo, učinkovitejšo in bolj ponovljivo ekstrakcijo v primerjavi z mnogimi 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 hidroksitirosol, ter lahko skrajša čas ekstrakcije, zmanjša porabo topila in zmanjša spremenljivost 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 hidroksitirosolom, iz posušenih oljčnih tropin. Zaradi tega je ta postopek še posebej privlačen za uporabo v ekstrakcijskih postopkih, ki so v skladu z načelom »clean label«, primerni za živilske namene in okolju prijazni.

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, zanesljivega delovanja in primernosti za nadzorovano optimizacijo ekstrakcije polifenolov iz oljčnih tropin v laboratorijskem obsegu.

Kateri parametri procesa so bili optimizirani?

V študiji sta bila optimizirana dva ključna parametra ultrazvočne ekstrakcije: amplituda ultrazvoka in čas ekstrakcije. Ti parametri so bili ocenjeni z uporabo centralnega kompozitnega načrta, da bi ugotovili njihov vpliv na koncentracijo hidroksitirosola v vodnem ekstraktu.

Kakšni so bili optimalni pogoji za ekstrakcijo hidroksitirosola?

V študiji so bili kot optimalni pogoji ekstrakcije določeni amplituda 61,5 % in 24,2 minute ultrazvočne obdelave. V teh pogojih je model napovedal najvišjo koncentracijo hidroksitirosola v višini 1609,5 mg/l.

Zakaj je nadzor amplitude pomemben pri ultrazvočni ekstrakciji?

Nadzor amplitude je ključnega pomena, saj določa intenzivnost ultrazvočne kavitacije. Natančno nastavljanje amplitude uporabnikom omogoča, da optimizirajo učinkovitost ekstrakcije, preprečijo nepotrebno porabo energije in pridobijo bolj ponovljive ekstrakte kljub naravnim odstopanjem v surovinah iz biomase, kot so oljčni tropini.

Ali je ultrazvočno pridobivanje olja iz oljčnih tropin mogoče izvajati v večjem obsegu?

Da. Ultrazvočna ekstrakcija je zelo prilagodljiva, če se ustrezno nadzirajo procesni parametri, kot so amplituda, vnesena energija, pretok, temperatura in čas zadrževanja. Študija poudarja pomen ultrazvočne tehnologije podjetja Hielscher pri prenosu optimizacije iz laboratorijskega obsega v industrijsko predelavo s kontinuiranim pretokom.

Kakšne izdelke je mogoče izdelati iz izvlečkov polifenolov iz oljčnih tropin?

Izvlečki iz oljčnih tropin, bogati s polifenoli, se lahko uporabljajo v številnih visokokakovostnih izdelkih, med drugim kot naravni antioksidativni konzervansi za živila, rastlinski biostimulanti, kozmetične sestavine, nutraceuticalne formulacije in specialne sestavine na biološki osnovi.

Kako ultrazvočna ekstrakcija prispeva k trajnostni proizvodnji oljčnega olja?

Ultrazvočna ekstrakcija prispeva k trajnostni proizvodnji oljčnega olja, saj omogoča izkoriščanje oljčnih tropin, namesto da bi jih obravnavali zgolj kot odpadek. Z izločanjem dragocenih antioksidantov iz tega stranskega proizvoda lahko proizvajalci zmanjšajo vpliv na okolje, izboljšajo učinkovitost rabe virov in ustvarijo dodatne vire vrednosti.

Ali se ultrazvočni sistemi podjetja Hielscher lahko uporabljajo za predelavo oljčnih tropin v industrijskem obsegu?

Da. Ultrazvočni sistemi podjetja Hielscher so primerni za razvoj postopkov, pilotno testiranje in ekstrakcijo v industrijskem obsegu. Zaradi natančnega nadzora ultrazvočnih parametrov in razpoložljivosti v prilagodljivih konfiguracijah so ti sistemi zelo primerni za neprekinjeno predelavo oljčnih tropin in drugih tokov kmetijsko-industrijske 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).