Ultraljudsextraktion av polyfenoler ur biprodukter från olivoljeproduktion: en framgångshistoria

Olivpressrester är inte längre bara en agroindustriell biprodukt – de är en värdefull källa till högeffektiva naturliga antioxidanter. I denna studie optimerade Natural Phenolics vattenbaserad extraktion av hydroxytyrosolrika polyfenoler med ultraljudsapparaten UP400St från Hielscher. Resultaten visar en robust, reproducerbar och skalbar process som uppnår en beräknad hydroxytyrosolkoncentration på 1609,5 mg/L under optimerade ultraljudsbehandlingsförhållanden. Detta arbete visar hur precisionsteknik för ultraljud kan omvandla avfall från olivoljeproduktion till biobaserade råvaror av högsta kvalitet för livsmedel, jordbruk och hållbar industri.

Olivpressrester – ingen biprodukt, utan en resurs rik på antioxidanter

Olivpressrester (alperujo) är den huvudsakliga biprodukten från olivoljeutvinning; den årliga globala produktionen uppgår till mellan 13 och 18 miljoner ton. Polyfenoler är sekundära metaboliter som förekommer i höga koncentrationer i denna agroindustriella restprodukt. Även om dessa föreningar uppvisar enastående antioxidantverkan utgör deras förekomst i miljön i obehandlad form en betydande toxikologisk utmaning. Som en pionjär inom värdeskapande av avfall tar Natural Phenolics sig an detta problem och omvandlar denna miljöbelastning till en hållbar ekonomisk tillgång. Genom att extrahera dessa högvärdiga metaboliter tillverkar det spanska företaget Natural Phenolics biobaserade råvaror av högsta kvalitet. För närvarande ligger Natural Phenolics forskning och utveckling i framkant när det gäller att framställa avancerade växtbiostimulanter och livsmedelskonserveringsmedel med antioxidantverkan och ren märkning.

Om Natural Phenolics
Natural Phenolics är ett företag inom grön kemi som ligger i framkant inom den cirkulära ekonomin och är specialiserat på fullskaligt värdeskapande av olivpressrester (alperujo). Genom avancerade hållbara extraktionsprocesser omvandlar vi denna komplexa agroindustriella restprodukt till biobaserade kemiska råvaror av högsta kvalitet.

Natural Phenolics, ett företag baserat i Katalonien i Spanien, framställer högkvalitativa biostimulanter av jordbrukets biprodukter

Redo att skapa värde av dina olivpressrester?
Berätta om din olivoljeproduktionsprocess och ditt flöde av pressrester. Vi hjälper dig att hitta rätt utrustning för ultraljudsextraktion för att återvinna högvärdiga polyfenoler effektivt och hållbart.

Behovet av effektiv och standardiserad extraktionsteknik

Mot denna bakgrund är valet av rätt extraktionsteknik avgörande för att erhålla standardiserade extrakt. Ultraljudsassisterad extraktion (UAE) har vuxit fram som en kraftfull teknik som ger reproducerbara resultat, förkortar extraktionstiderna och minskar förbrukningen av lösningsmedel, bland andra driftsfördelar.
Här presenterar Natural Phenolics optimeringsresultaten för framställning av standardiserade vattenbaserade extrakt rika på hydroxytyrosol (HT) och andra polyfenoler. En central sammansatt försöksplan valdes som experimentmodell. De utvärderade parametrarna var amplitud och tid vid extraktionen, medan responsen mättes som hydroxytyrosolkoncentration. För detta ändamål använde de ultraljudsapparaten UP400St från Hielscher Ultrasonics, som valdes för sin användarvänliga hantering och höga precision i amplitudregleringen.

Försöksplan för ultraljudsextraktion: optimering av amplitud och extraktionstid

Denna precisa reglering var grundläggande för att särskilja effekterna av den akustiska energin från variationen i råmaterialet. Alla extraktioner genomfördes med torkade olivpressrester (20% fukthalt, 1 mm partikelstorlek) och vatten som lösningsmedel. Suspensionen bereddes med ett förhållande mellan fast material och vätska på 40%, och alla försök genomfördes vid en konstant temperatur på 35°C. Tabell 1 sammanfattar de försöksförhållanden som utvärderades med CCD-matrisen med 12 försökskörningar.

Parameter	Maximum	Minimum	Axialpunkt	Axialpunkt
Amplitud %	70	30	78	22
Tid min	30	10	34,1	5,9

I den här demonstrationen visar vi precisionen och effektiviteten vid extraktion av bioaktiva ämnen ur olivblad med en ultraljudssond. I videon använder vi ultraljudsapparaten UP400St för att extrahera bioaktiva föreningar såsom polyfenoler och flavonoider, däribland oleuropein, hydroxityrosol och luteolin, bland många andra fytokemikalier. Ultraljudsbehandling ger höga utbyten av bioaktiva föreningar av hög kvalitet med milda, giftfria lösningsmedel såsom vatten, surgjort vatten eller vattenhaltig etanol.

Tabell 2 visar bedömningarna av modellens kvalitet för optimeringen. Den matematiska modellen förklarade 72,02% av den totala variationen (R2 = 0,7202), vilket motsvarar en mycket tillfredsställande anpassning med tanke på olivpressrestmatrisens komplexa och i grunden heterogena karaktär. Även om modellens signifikans (P = 0,101) ligger något över den traditionella tröskeln för 95% konfidens på grund av det starkt begränsade antalet frihetsgrader i matrisen med 12 försökskörningar, bekräftar de starkt negativa kvadratiska koefficienterna b11 = -61,61 och b22 = -71,61 en fysikaliskt rimlig parabolisk extraktionskinetik.

Parameter
Amplitud b2	67,6604
Tid b2	59,6054
Amplitud2 (b11)	-61,6139
Tid2 (b22)	-71,6058
R2 (b11)	0,7202
Justerat R2	0,4871
F-statistika	3,0892
p-värde	1,011179 x 10-1
Residualernas standardfel	67,05 mg/L

Ultraljudsextraktion av hydroxityrosol och polyfenoler ur olivpressrester: optimerad process med ultraljudsapparaten UP400St

Ultraljudsextraktion av polyfenoler från olivpressrester: vänster – metodens responsytemodell; höger – konturdiagram

Robust återvinning av hydroxityrosol med ultraljudsextraktion

Figur 1A visar det optimerade modellens responsytediagram. Den breda röda zonen vid platåns maximum bekräftar processens robusthet, eftersom variationer i amplituden inom intervallet 50– 60% inte orsakar några större variationer i hydroxityrosolkoncentrationen. Vid analys av de enskilda faktorernas effekter har en ökning av amplituden från 22% till 50% en avgörande inverkan och leder till en kraftig förbättring av extraktionsutbytet. Däremot stabiliserar extraktionstider som överstiger 20 minuter utbytet, vilket tyder på att lösningsmedlet är mättat i detta skede. Med detta upplägg kunde slutligen ett entydigt driftoptimum identifieras vid 61,5% amplitud och 24,2 minuters ultraljudsbehandling, med en maximal predikterad hydroxityrosolkoncentration på 1609,5 mg/L.

Sammanfattningsvis var användningen av teknik från Hielscher Ultrasonics en hörnsten i arbetet med att uppnå en mycket reproducerbar och energioptimerad process för extraktion av hydroxityrosol. Den enastående precisionen i amplitudregleringen och den robusta mekaniska prestandan hos sonotroden till UP400St garanterar att dessa milstolpar i laboratorieskala sömlöst kan överföras till industriella system med kontinuerligt flöde. Dessutom påskyndades framgången i denna optimeringsfas avsevärt av den exceptionella tekniska assistansen och det lokala stödet från Jover Labtech, Hielschers representanter i Katalonien, Spanien. Denna samverkan mellan toppmodern akustisk utrustning och kvalificerat tekniskt stöd på nära håll etablerar en tydlig och genomförbar väg mot hållbart, fullskaligt kommersiellt tillvaratagande av agroindustriell biomassa.

I detta videoklipp visar vi en installation med 2x UIP4000hdt ultraljudsapparater för intensifierad extraktion av polyfenolrik extra jungfruolivolja. Installationen som visas är i drift vid en olivkvarn på Sicilien. I videon bearbetades omogna oliver av sorten Biancolilla för framställning av extra jungfruolivolja. Hielscher industriella ultraljudsapparater installeras i olivkvarnar för att öka extraktionsutbytet och kvaliteten på extra jungfruolivolja. Kavitation som genereras av högeffektsultraljud bryter ned cellväggar och ökar olivfruktens vävnadspermeabilitet. Detta förbättrar extraktionen av olja ur olivpastan och ger därmed ett högre oljeutbyte.

Relaterade ämnen

Vanliga frågor: Ultraljudsextraktion av polyfenoler från olivpressrester

Vad är olivpressrester?

Olivpressrester, även kallade alperujo, är den huvudsakliga biprodukten som uppstår vid utvinning av olivolja. De består av olivfruktkött, skal, kärnor samt kvarvarande vatten och olja. Även om olivpressrester ofta behandlas som avfall innehåller de värdefulla bioaktiva föreningar, särskilt polyfenoler såsom hydroxityrosol.

Varför är olivpressrester en värdefull källa till polyfenoler?

Olivpressrester innehåller höga koncentrationer av fenolföreningar med starka antioxidativa egenskaper. Dessa föreningar kan återvinnas och omvandlas till naturbaserade extrakt med högt värde för användning vid livsmedelskonservering, i växtbiostimulanter, som nutraceutiska ingredienser, i kosmetika och i andra biobaserade tillämpningar.

Vad är hydroxityrosol?

Hydroxityrosol är en av de viktigaste polyfenolerna som finns i oliver och biprodukter från oliver. Ämnet är känt för sin kraftfulla antioxidativa aktivitet och är mycket uppskattat i funktionella livsmedel, naturliga konserveringsmedel, kosmetiska formuleringar och biostimulerande produkter för jordbruket.

Varför bör polyfenoler extraheras från olivpressrester?

Återvinning av polyfenoler från olivpressrester bidrar till att omvandla en agroindustriell restprodukt till en värdefull råvara. Detta stöder strategier för cirkulär ekonomi, minskar miljöbelastningen från olivoljeproduktion och skapar nya intäktsmöjligheter från biprodukter som annars skulle behöva bortskaffas eller behandlas.

Vad är ultraljudsassisterad extraktion?

Ultraljudsassisterad extraktion är en avancerad extraktionsteknik som använder akustisk energi för att intensifiera frisättningen av värdefulla föreningar från växtmaterial. Ultraljudskavitation förbättrar massöverföringen mellan den fasta biomassan och lösningsmedlet, vilket möjliggör snabbare, effektivare och mer reproducerbar extraktion jämfört med många konventionella metoder.

Hur förbättrar ultraljud extraktionen av polyfenoler från olivpressrester?

Ultraljud genererar kavitationskrafter i det flytande mediet, vilka bidrar till att bryta upp växtcellstrukturer och förbättra lösningsmedlets inträngning i biomassan. Detta påskyndar frisättningen av polyfenoler såsom hydroxityrosol och kan minska extraktionstiden, lösningsmedelsförbrukningen och processvariationen.

Kan vatten användas som lösningsmedel vid ultraljudsextraktion av olivpressrester?

Ja. Studien visar hur vatten används som extraktionslösningsmedel för att utvinna hydroxityrosolrika polyfenoler från torkade olivpressrester. Detta gör processen särskilt attraktiv för miljövänliga extraktionstillämpningar och för extraktion av produkter av livsmedelskvalitet med rena ingrediensförteckningar.

Vilken ultraljudsutrustning användes i studien?

I studien användes sonotroden Hielscher Ultrasonics UP400St. Denna ultraljudsprocessor valdes för sin precisa amplitudreglering, robusta prestanda och lämplighet för kontrollerad optimering i laboratorieskala av polyfenolextraktion från olivpressrester.

Vilka processparametrar optimerades?

I studien optimerades två centrala parametrar för ultraljudsextraktion: ultraljudsbehandlingens amplitud och extraktionstiden. Dessa parametrar utvärderades med en central sammansatt försöksplan för att fastställa deras inverkan på hydroxityrosolkoncentrationen i det vattenbaserade extraktet.

Vilka var de optimerade betingelserna för extraktion av hydroxityrosol?

De optimerade extraktionsbetingelser som identifierades i studien var 61,5% amplitud och 24,2 minuters ultraljudsbehandling. Under dessa betingelser förutsade modellen en maximal hydroxityrosolkoncentration på 1609,5 mg/L.

Varför är amplitudreglering viktig vid ultraljudsextraktion?

Amplitudreglering är avgörande eftersom den bestämmer ultraljudskavitationens intensitet. Precis amplitudinställning gör det möjligt för användarna att optimera extraktionseffektiviteten, undvika onödig energitillförsel och framställa mer reproducerbara extrakt trots naturlig variation i biomassaråvaror såsom olivpressrester.

Är ultraljudsextraktion av olivpressrester skalbar?

Ja. Ultraljudsextraktion är mycket skalbar när processparametrar såsom amplitud, energitillförsel, flödeshastighet, temperatur och uppehållstid regleras korrekt. Studien belyser betydelsen av Hielschers ultraljudsteknik för att överföra optimering i laboratorieskala till industriell bearbetning med kontinuerligt flöde.

Vilka produkter kan tillverkas av polyfenolextrakt från olivpressrester?

Polyfenolrika extrakt från olivpressrester kan användas i en mängd olika tillämpningar med högt värde, bland annat naturliga antioxidativa konserveringsmedel för livsmedel, växtbiostimulanter, kosmetiska ingredienser, nutraceutiska formuleringar och biobaserade specialingredienser.

Hur bidrar ultraljudsextraktion till hållbar olivoljeproduktion?

Ultraljudsextraktion bidrar till hållbar olivoljeproduktion genom att förädla olivpressrester i stället för att enbart behandla dem som avfall. Genom att utvinna värdefulla antioxidanter från denna biprodukt kan producenter minska miljöpåverkan, förbättra resurseffektiviteten och skapa ytterligare värdeflöden.

Kan Hielschers ultraljudssystem användas för industriell förädling av olivpressrester?

Ja. Hielschers ultraljudssystem lämpar sig för processutveckling, pilotförsök och extraktion i industriell skala. Den precisa regleringen av ultraljudsparametrar och tillgången till skalbara konfigurationer gör systemen väl lämpade för kontinuerlig bearbetning av olivpressrester och andra agroindustriella biomassaflöden.

Litteratur / Referenser

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).