Ултразвучна екстракција комине – одрживо издвајање биоактивних једињења

Нуспроизводи прераде воћа, посебно комина, представљају неискоришћен резервоар биоактивних једињења с потенцијалном применом у нутрацеутицима, обогаћивању хране и фармацеутским производима. Ипак, ефикасно и одрживо издвајање ових једињења остаје технички изазов. Међу новим зеленим технологијама екстракције, екстракција потпомогнута ултразвуком помоћу соникатора са сондом постиже изузетне приносе издвајања. Ултразвучни третман омогућава брзу екстракцију фенолних једињења, тритерпенских киселина и других биоактивних једињења из биљних матрица као што је комина јабуке, уз ефикасну употребу растварача.

Ефикасна валоризација нуспроизвода прераде воћа ултразвучном екстракцијом

Ултразвучна екстракција комине је ефикасан начин валоризације нуспроизвода производње сокова, вина и јабуковаче – она представља научно потврђено, индустријски скалабилно и примењено, као и економично решење за валоризацију воћног отпада. Пошто је соникација ефикасна и свестрана, она пружа зелену стратегију екстракције за искоришћавање потенцијала нуспроизвода пољопривредно-прехрамбене индустрије као што је комина јабуке.
Као што показују недавна истраживања, комбиновање кратког времена соникације, умерених концентрација етанола и контролисане амплитуде омогућава селективно и ефикасно издвајање једињења која повољно утичу на здравље.
У тежњи ка циркуларности, соникација није само алат – соникација значи интензификацију и ефикасност процеса.

Валоризација комине ултразвучном екстракцијом

Воћна комина, нуспроизвод производње сокова и вина, обухвата кору, пулпу, семенке и петељке. Комина, која је традиционално недовољно искоришћавана или намењивана применама мале вредности као што су сточна храна или биомаса, сада је препозната као вредан извор полифенола (нпр. гликозида кверцетина, флоризина), флавоноида, дихидрохалкона и тритерпенских киселина (нарочито урсолне киселине). Ови молекули се повезују са антиоксидативним, антиинфламаторним и антимикробним својствима.
Ултразвучна екстракција нуди трансформативан приступ валоризацији комине тако што омогућава ефикасно ослобађање ових биоактивних једињења. У поређењу са конвенционалним методама екстракције, ултразвучна екстракција обезбеђује:

• Краће време обраде
• Мању потрошњу растварача
• Веће приносе
• Блаже услове екстракције, уз очување једињења осетљивих на топлоту

Шта наука каже о ултразвучној екстракцији комине

Две репрезентативне студије научно показују предности екстракције потпомогнуте ултразвуком (UAE) за комину јабуке.

Студија 1: Pando Bedriñana и сар., 2024
Применом централног композитног плана експеримента, истраживачи су оптимизовали истовремену екстракцију укупних полифенола и урсолне киселине из комине из индустрије јабуковаче помоћу соникатора Hielscher UP200Ht. У оптимизованим условима (5,1 min, 68% етанола, 90% амплитуде), из целокупне комине јабуке добијени су следећи приноси:

• ~1300 µg/g флавонола
• ~1200 µg/g дихидрохалкона
• ~4200 µg/g урсолне киселине

Посебно је значајно да је фракција коре јабуке показала још веће концентрације, при чему је садржај урсолне киселине достигао 8500 µg/g суве материје. Антиоксидативна активност екстраката била је у снажној корелацији са садржајем полифенола, а математичко моделовање потврдило је ефикасност екстракције.

Студија 2: Razola-Díaz и сар., 2022
Овај рад је био усмерен на оптимизацију екстракције флоретина и флоризина – два дихидрохалкона са снажним антиоксидативним дејством. Помоћу соникатора са сондом Hielscher UP400St добијени су следећи приноси екстракције:

• ~13 µg/g флоретина
• ~67 µg/g флоризина
• ~1878 µg/g суве масе укупних фенолних једињења
• Антиоксидативна активност (FRAP): до 3,58 mg TE/g

Свестраност – соникација комине, сокова и смутија

Ултразвучна екстракција није ограничена на комину јабуке; успешно се примењује на широк спектар воћних матрикса. У пулпи воћа попут поморанџе, соникација побољшава ослобађање полифенола, флавоноида и антиоксиданаса, уз очување њиховог функционалног интегритета. Слично томе, коре цитрусног воћа – укључујући грејпфрут, лимун и поморанџу – богате су пектинима и фенолним једињењима, која се могу ефикасно ослободити разарањем ћелијских зидова изазваним кавитацијом. Чак и семенке грожђа, познате по високом садржају полифенола (нпр. катехина и проантоцијанидина), добро реагују на ултразвучни третман, при чему се добијају високе концентрације антиоксиданаса. Ова свестраност у обради различитих биљних ткива истиче соникацију као поуздан алат за зелену екстракцију биоактивних једињења из разноврсних агроиндустријских нуспроизвода.

Поред тога, свестраност Hielscher соникатора обухвата различите производе и примене:

• Екстракција у течној фази у соковима и пиреима
• Хомогенизација напитака на биљној бази и емулзија
• Инактивација микроорганизама и ензима ради продужења рока трајања без термичког оштећења

У производњи сокова и смутија, соникација високих перформанси обезбеђује:

• Стабилно дисперговање влакана и чврстих честица
• Побољшан осећај у устима
• Повећану биорасположивост фенолних једињења
• Очување сензорних и нутритивних својстава

Свестрана употреба Hielscher соникатора лако повезује обраду комине и сокова – омогућавајући екстракцију, хомогенизацију и пастеризацију истим ултразвучним системом.

Одрживост у фокусу

Ултразвучни третман значајно доприноси одрживости тиме што омогућава издвајање биоактивних једињења високе вредности из нуспроизвода прераде воћа који би иначе допринели глобалној количини отпада од хране. У индустрији сокова, где се до 25% воћа и поврћа одбацује након бербе или током прераде, соникација нуди циљано, ефикасно решење. На пример, показано је да ултразвучни третман мешавина пулпе и коре поморанџе побољшава кључна својства дијететских влакана, чиме се подржава њихова поновна употреба као нових прехрамбених састојака. Овај начин валоризације не само да смањује оптерећење животне средине отпадом из пољопривреде и прехрамбене индустрије већ је и у складу са Циљем одрживог развоја УН 12 – подстицањем одговорне потрошње и производње.
Важно је и то што је соникација енергетски ефикасна и зелена технологија – захтева малу потрошњу енергије и смањује употребу агресивних растварача за екстракцију, јер се спроводи са водом, воденим раствором етанола и NADES.
Претварањем токова отпада у функционалне састојке, соникација доприноси циркуларној економији и побољшава и еколошку и економску одрживост у сектору прераде хране.

Унапредите процес обраде комине помоћу Hielscher соникатора

Hielscher Ultrasonics је водећи произвођач ултразвучних система високих перформанси намењених како лабораторијским тако и индустријским применама. Њихови индустријски соникатори – као што су UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT и UIP16000hdT – нуде:

• Скалабилан капацитет обраде (од литара до тона на сат)
• Прецизну контролу амплитуде
• Рад 24/7 у захтевним окружењима
• Ултразвучне реакторе који се могу ставити под притисак
• Компатибилност са континуалном проточном обрадом
• Једноставну интеграцију у (постојеће) производне линије

Hielscher соникатори су већ потврђени у објављеним истраживањима за екстракцију полифенола, антиоксиданаса и других биоактивних једињења, уз доказану ефикасност и поновљивост.

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:

Пројектовање, производња и консалтинг – квалитет произведен у Немачкој

Hielscher ултразвучни процесори познати су по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних процесора у индустријска постројења. Hielscher ултразвучни процесори лако се носе са тешким условима и захтевним радним окружењима.

Hielscher Ultrasonics је компанија сертификована према ISO стандардима и посебан нагласак ставља на ултразвучне процесоре високих перформанси који се одликују најсавременијом технологијом и једноставношћу употребе. Наравно, Hielscher ултразвучни процесори усаглашени су са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.

Литература / Референце

• 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.