Ultrazvočna ekstrakcija tropin – trajnostno pridobivanje bioaktivnih spojin

Stranski proizvodi predelave sadja, zlasti tropine, predstavljajo neizkoriščen vir bioaktivnih spojin z možnostmi uporabe v nutracevtikih, obogatitvi živil in farmacevtskih izdelkih. Vendar učinkovito in trajnostno pridobivanje teh spojin ostaja tehnični izziv. Med nastajajočimi okolju prijaznimi tehnologijami ekstrakcije dosega ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka z uporabo sonikatorjev s sondo izjemne izkoristke pridobivanja. Ultrazvočna obdelava omogoča hitro ekstrakcijo fenolnih spojin, triterpenskih kislin in drugih bioaktivnih spojin iz rastlinskih matriksov, kot so jabolčne tropine, ob učinkoviti porabi topila.

Učinkovito ovrednotenje stranskih proizvodov predelave sadja z ultrazvočno ekstrakcijo

Ultrazvočna ekstrakcija tropin je učinkovit način ovrednotenja stranskega proizvoda proizvodnje sokov, vina in jabolčnika – je znanstveno potrjena, razširljiva na industrijsko raven, že uporabljena v industriji in gospodarna rešitev za ovrednotenje sadnih odpadkov. Ker je sonikacija učinkovita in vsestranska, ponuja okolju prijazno strategijo ekstrakcije za izkoriščanje potenciala stranskih proizvodov kmetijsko-živilske dejavnosti, kot so jabolčne tropine.
Kot kažejo nedavne raziskave, kombinacija kratkih časov sonikacije, zmernih koncentracij etanola in nadzorovane amplitude omogoča selektivno in učinkovito pridobivanje spojin, ki koristijo zdravju.
Pri prizadevanjih za krožnost sonikacija ni zgolj orodje – sonikacija pomeni intenzifikacijo procesa in učinkovitost.

Ovrednotenje tropin z ultrazvočno ekstrakcijo

Sadne tropine, stranski proizvod proizvodnje sokov in vina, vsebujejo lupine, sadno meso, semena in peclje. Tropine, ki so bile tradicionalno premalo izkoriščene ali namenjene uporabi z nizko dodano vrednostjo, na primer kot krma za živino ali biomasa, so danes prepoznane kot dragocen vir polifenolov (npr. kvercetinskih glikozidov, floridzina), flavonoidov, dihidrohalkonov in triterpenskih kislin (zlasti ursolne kisline). Te molekule so povezane z antioksidativnimi, protivnetnimi in protimikrobnimi lastnostmi.
Ultrazvočna ekstrakcija ponuja preobrazbeni pristop k ovrednotenju tropin, saj omogoča učinkovito sproščanje teh bioaktivnih spojin. V primerjavi s konvencionalnimi metodami ekstrakcije ultrazvočna ekstrakcija zagotavlja:

• Krajše čase obdelave
• Manjšo porabo topila
• Večje izkoristke
• Blažje pogoje ekstrakcije, ki ohranjajo toplotno občutljive spojine

Kaj pravi znanost o ultrazvočni ekstrakciji tropin

Dve ponazoritveni študiji znanstveno dokazujeta prednosti ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka (UAE) za jabolčne tropine.

Študija 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Raziskovalci so z uporabo centralnega kompozitnega načrta optimizirali sočasno ekstrakcijo skupnih polifenolov in ursolne kisline iz tropin iz industrije jabolčnika s sonikatorjem Hielscher UP200Ht. Pri optimiziranih pogojih (5,1 min, 68% etanola, 90% amplituda) so iz celotnih jabolčnih tropin pridobili:

• ~1300 µg/g flavonolov
• ~1200 µg/g dihidrohalkonov
• ~4200 µg/g ursolne kisline

Frakcija jabolčnih lupin je izkazovala še višje koncentracije, pri čemer je vsebnost ursolne kisline dosegla 8500 µg/g suhe snovi. Antioksidativna aktivnost ekstraktov je močno korelirala z vsebnostjo polifenolov, matematično modeliranje pa je potrdilo učinkovitost ekstrakcije.

Študija 2: Razola-Díaz et al., 2022
To delo je bilo osredotočeno na optimizacijo ekstrakcije floretina in floridzina – dveh dihidrohalkonov z močnim antioksidativnim delovanjem. Z uporabo sonikatorja s sondo Hielscher UP400St so dosegli naslednje izkoristke ekstrakcije:

• ~13 µg/g floretina
• ~67 µg/g floridzina
• ~1878 µg/g suhe mase skupnih fenolnih spojin
• Antioksidativna aktivnost (FRAP): do 3,58 mg TE/g

Vsestranskost – sonikacija za tropine, sokove in smutije

Ultrazvočna ekstrakcija ni omejena na jabolčne tropine; uspešno je bila uporabljena za širok nabor sadnih matriksov. V sadnem mesu sadežev, kot so pomaranče, sonikacija izboljšuje sproščanje polifenolov, flavonoidov in antioksidantov ter ohranja njihovo funkcionalno celovitost. Podobno so lupine citrusov – vključno z grenivkami, limonami in pomarančami – bogate s pektini in fenolnimi spojinami, ki jih je mogoče učinkovito sprostiti z razgradnjo celičnih sten zaradi kavitacije. Tudi grozdne pečke, znane po visoki vsebnosti polifenolov (npr. katehinov in proantocianidinov), se dobro odzivajo na ultrazvočno obdelavo, s katero pridobimo visoke koncentracije antioksidantov. Ta vsestranskost pri različnih rastlinskih tkivih poudarja sonikacijo kot zanesljivo orodje za okolju prijazno ekstrakcijo bioaktivnih spojin iz raznovrstnih stranskih proizvodov kmetijske in predelovalne industrije.

Poleg tega vsestranskost sonikatorjev Hielscher zajema različne izdelke in načine uporabe:

• Ekstrakcija v tekoči fazi v sokovih in pirejih
• Homogenizacija rastlinskih napitkov in emulzij
• Mikrobna in encimska inaktivacija za podaljšanje roka uporabnosti brez toplotnih poškodb

Pri proizvodnji sokov in smutijev visokozmogljiva sonikacija zagotavlja:

• Stabilno disperzijo vlaknin in trdnih delcev
• Izboljšan občutek v ustih
• Povečano biološko uporabnost fenolnih spojin
• Ohranjanje senzoričnih in prehranskih lastnosti

Vsestranska uporaba sonikatorjev Hielscher zlahka povezuje obdelavo tropin in sokov – omogoča ekstrakcijo, homogenizacijo in pasterizacijo z isto ultrazvočno opremo.

Trajnost v ospredju

Ultrazvočna obdelava pomembno prispeva k trajnosti, saj omogoča pridobivanje bioaktivnih spojin z visoko dodano vrednostjo iz stranskih proizvodov predelave sadja, ki bi sicer prispevali k svetovni količini odpadne hrane. V industriji sokov, kjer se po spravilu ali med predelavo zavrže do 25% sadja in zelenjave, sonikacija ponuja ciljno usmerjeno in učinkovito rešitev. Dokazano je na primer, da ultrazvočna obdelava mešanic pomarančnega sadnega mesa in lupin izboljšuje ključne lastnosti prehranskih vlaknin ter podpira njihovo ponovno uporabo kot novih živilskih sestavin. Ta način ovrednotenja ne zmanjšuje le okoljskega bremena kmetijsko-živilskih odpadkov, temveč je tudi skladen s ciljem trajnostnega razvoja OZN 12 – spodbujanjem odgovorne porabe in proizvodnje.
Pomembno je, da je sonikacija energetsko učinkovita in okolju prijazna tehnologija – zahteva majhno porabo energije in zmanjšuje uporabo agresivnih ekstrakcijskih topil, saj deluje z vodo, vodnim etanolom in NADES.
Sonikacija s pretvarjanjem tokov odpadkov v funkcionalne sestavine prispeva h krožnemu gospodarstvu ter izboljšuje tako okoljsko kot gospodarsko trajnost v sektorju predelave živil.

Izboljšajte svoj proces obdelave tropin s sonikatorji Hielscher

Hielscher Ultrasonics je vodilni proizvajalec visokozmogljivih ultrazvočnih sistemov, zasnovanih tako za laboratorijsko kot industrijsko uporabo. Njihovi industrijski sonikatorji – kot so UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT in UIP16000hdT – ponujajo:

• Prilagodljivo zmogljivost obdelave (od litrov do ton na uro)
• Natančen nadzor amplitude
• Delovanje 24/7 v zahtevnih okoljih
• Ultrazvočne reaktorje, v katerih je mogoče vzpostaviti nadtlak
• Združljivost z neprekinjeno obdelavo v pretočnem sistemu
• Preprosto vključitev v (obstoječe) proizvodne linije

Sonikatorji Hielscher so v objavljenih raziskavah že potrjeni za ekstrakcijo polifenolov, antioksidantov in drugih bioaktivnih spojin, z dokazano učinkovitostjo in ponovljivostjo.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:

Načrtovanje, proizvodnja in svetovanje – kakovost iz Nemčije

Ultrazvočne naprave Hielscher so znane po najvišjih standardih kakovosti in načrtovanja. Robustnost in preprosto upravljanje omogočata nemoteno vključitev naših ultrazvočnih naprav v industrijske obrate. Ultrazvočne naprave Hielscher zlahka obvladujejo težke pogoje in zahtevna okolja.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Ultrazvočne naprave Hielscher so seveda skladne z zahtevami CE ter izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Literatura / Viri

• 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.