Ultrazvočna ekstrakcija pešk – Trajnostno pridobivanje bioaktivnih spojin

Stranski proizvodi predelave sadja, zlasti tropine, predstavljajo neizkoriščen rezervoar bioaktivnih spojin z možnostjo uporabe v nutracevtikih, obogatitvi živil in farmacevtskih izdelkih. Vendar je učinkovito in trajnostno pridobivanje teh spojin še vedno tehnični izziv. Med nastajajočimi zelenimi ekstrakcijskimi tehnologijami dosega ekstrakcija z ultrazvokom z uporabo sonatorjev tipa sonda izjemne izkoristke. Ultrazvok omogoča hitro in učinkovito ekstrakcijo fenolnih spojin, triterpenskih kislin in drugih bioaktivnih spojin iz rastlinskih matric, kot so jabolčne tropine.

Učinkovita valorizacija sadnih stranskih proizvodov z ekstrakcijo z ultrazvokom

Ultrazvočna ekstrakcija tropin je učinkovit način za valorizacijo stranskega proizvoda pri proizvodnji soka, vina in jabolčnika. – je znanstveno potrjena, industrijsko razširljiva in uporabna ter ekonomična rešitev za valorizacijo sadnih odpadkov. Ker je sonikacija učinkovita in vsestranska, ponuja zeleno strategijo ekstrakcije za izkoriščanje potenciala kmetijskih in živilskih stranskih proizvodov, kot so jabolčne tropine.
Kot so pokazale nedavne raziskave, kombinacija kratkega časa sonikacije, zmernih koncentracij etanola in nadzorovane amplitude omogoča selektivno in učinkovito pridobivanje zdravju koristnih spojin.
Pri prizadevanju za krožnost sonikacija ni le orodje – sonikacija pomeni intenziviranje in učinkovitost postopka.

Valorizacija pešk z uporabo ultrazvočne ekstrakcije

Sadne tropine, stranski proizvod pri proizvodnji soka in vina, so sestavljene iz lupine, pulpe, semen in pecljev. Sadne tropine, ki se tradicionalno premalo izkoriščajo ali se uporabljajo za manj vredne namene, kot sta krma za živino ali biomasa, so zdaj priznane kot dragocen vir polifenolov (npr. glikozidov kvercetina, floridzina), flavonoidov, dihidrokalkonov in triterpenskih kislin (zlasti ursolne kisline). Te molekule so povezane z antioksidativnimi, protivnetnimi in protimikrobnimi lastnostmi.
Ultrazvočna ekstrakcija ponuja transformativen pristop k valorizaciji tropin, saj omogoča učinkovito sproščanje teh bioaktivnih snovi. V primerjavi s konvencionalnimi metodami ekstrakcije ultrazvočna ekstrakcija omogoča:

• Krajši čas obdelave
• Manjša poraba topil
• Višji donos
• Blažji ekstrakcijski pogoji, ki ohranjajo toplotno občutljive spojine.

Kaj pravi znanost o ultrazvočnem pridobivanju pešk

Dve vzorčni študiji znanstveno dokazujeta prednosti ultrazvočno podprte ekstrakcije (UAE) jabolčnih tropin.

Študija 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Raziskovalci so z uporabo osrednjega sestavljenega načrta optimizirali hkratno ekstrakcijo skupnih polifenolov in ursolne kisline iz jabolčnih tropin z uporabo sonikatorja Hielscher UP200Ht. Pod optimiziranimi pogoji (5,1 min, 68 % etanol, 90 % amplituda) so iz celotnih jabolčnih tropin pridobili:

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

V frakciji jabolčne lupine so bile koncentracije še višje, saj je ursolna kislina dosegla 8500 µg/g suhe snovi. Antioksidativna aktivnost ekstraktov je bila močno povezana 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 – dva močna antioksidanta dihidrohalkona. Z uporabo sonatorja Hielscher UP400St s sondo smo dobili naslednje ekstrakcijske izkoristke:

• ~13 µg/g floretina
• ~67 µg/g kloridzina
• ~1878 µg/g suhe teže skupnih fenolov
• Antioksidativna aktivnost (FRAP): do 3,58 mg TE/g

Vsestranskost - sonikacija za pomake, sokove in smoothije

Ultrazvočna ekstrakcija ni omejena le na jabolčne tropine, temveč se uspešno uporablja za širok spekter sadnih matric. V pulpi sadja, kot je pomaranča, sonikacija poveča sproščanje polifenolov, flavonoidov in antioksidantov ter ohranja njihovo funkcionalno celovitost. Podobno velja za lupine agrumov – vključno z grenivko, limono in pomarančo – so bogate s pektini in fenolnimi spojinami, ki se lahko učinkovito sprostijo z razbitjem celične stene s kavitacijo. Celo grozdna semena, znana po veliki vsebnosti polifenolov (npr. katehinov in proantocianidinov), se dobro odzivajo na ultrazvočno obdelavo in dajejo visoke koncentracije antioksidantov. Ta vsestranskost med rastlinskimi tkivi poudarja, da je sonikacija zanesljivo orodje za zeleno ekstrakcijo bioaktivnih snovi iz različnih kmetijskih in industrijskih stranskih proizvodov.

Poleg tega se vsestranskost Hielscherjevih sonikatorjev razteza na različne izdelke in aplikacije:

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

Pri proizvodnji sokov in smoothiejev visoko zmogljiva sonikacija zagotavlja:

• Stabilna disperzija vlaken in trdnih snovi
• Izboljšan občutek v ustih
• Povečana biološka uporabnost fenolov
• Ohranjanje senzoričnih in hranilnih lastnosti

Vsestranska uporaba sonikatorjev Hielscher enostavno premostiti vrzel med predelavo tropin in sokov – omogoča ekstrakcijo, homogenizacijo in pasterizacijo z isto ultrazvočno napravo.

Trajnostni poudarek

Ultrazvok pomembno prispeva k trajnosti, saj omogoča pridobivanje bioaktivnih spojin visoke vrednosti iz stranskih proizvodov predelave sadja, ki bi sicer prispevali k svetovnim živilskim odpadkom. V industriji sokov, kjer se po spravilu ali med predelavo zavrže do 25 % sadja in zelenjave, sonikacija ponuja ciljno usmerjeno in učinkovito rešitev. Ultrazvočna obdelava mešanic pomarančne pulpe in lupin na primer izboljša ključne lastnosti prehranskih vlaknin, kar podpira njihovo ponovno uporabo kot nove živilske sestavine. Ta način valorizacije ne le zmanjšuje okoljsko breme agroživilskih odpadkov, temveč je tudi v skladu s ciljem trajnostnega razvoja Združenih narodov 12 – spodbujanje odgovorne potrošnje in proizvodnje.
Pomembno je, da je sonikacija energetsko učinkovita in zelena tehnologija. – zahteva majhno porabo energije in zmanjšuje uporabo ostrih ekstrakcijskih topil, saj deluje z vodo, vodnim etanolom in NADES.
S preoblikovanjem tokov odpadkov v funkcionalne sestavine sonikacija prispeva h krožnemu gospodarstvu ter izboljšuje ekološko in gospodarsko trajnost v živilskopredelovalnem sektorju.

Izboljšajte svoj proces izdelave pomake s Hielscherjevimi sonikatorji

Hielscher Ultrasonics je vodilni proizvajalec visoko zmogljivih ultrazvočnih sistemov, zasnovanih za laboratorijske in industrijske aplikacije. Njihovi industrijski sonikatorji – kot so UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT in UIP16000hdT. – ponudba:

• Skalabilna zmogljivost (od litrov do ton na uro)
• Natančen nadzor amplitude
• 24-urno delovanje v zahtevnih okoljih
• Ultrazvočni reaktorji pod tlakom
• Združljivost z linijsko neprekinjeno obdelavo
• Enostavna integracija v (obstoječe) proizvodne linije

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

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Literatura / Reference