Ultraljudsextraktion av pressrester – hållbar utvinning av bioaktiva föreningar

Biprodukter från fruktbearbetning, särskilt pressrester, utgör en outnyttjad reservoar av bioaktiva föreningar med potentiella tillämpningar inom nutraceutika, livsmedelsberikning och läkemedel. Effektiv och hållbar utvinning av dessa föreningar är dock fortfarande en teknisk utmaning. Bland framväxande gröna extraktionstekniker ger ultraljudsassisterad extraktion med sondsonikatorer enastående utvinningsutbyten. Ultraljudsbehandling möjliggör snabb och lösningsmedelseffektiv extraktion av fenolföreningar, triterpensyror och andra bioaktiva föreningar från växtmatriser som äppelpressrester.

Effektivt tillvaratagande av fruktbiprodukter med ultraljudsextraktion

Ultraljudsextraktion av pressrester är ett effektivt sätt att tillvarata biprodukten från juice-, vin- och ciderproduktion – det är en vetenskapligt validerad, industriellt skalbar och tillämpad samt ekonomisk lösning för tillvaratagande av fruktavfall. Eftersom ultraljudsbehandling är effektiv och mångsidig erbjuder den en grön extraktionsstrategi för att utnyttja potentialen hos biprodukter från jordbruks- och livsmedelssektorn, såsom äppelpressrester.
Som aktuell forskning visar möjliggör kombinationen av korta ultraljudsbehandlingstider, måttliga etanolkoncentrationer och kontrollerad amplitud selektiv och effektiv utvinning av hälsofrämjande föreningar.
I strävan efter cirkularitet är ultraljudsbehandling inte bara ett verktyg – ultraljudsbehandling innebär processintensifiering och effektivitet.

Tillvaratagande av pressrester med ultraljudsextraktion

Fruktpressrester, en biprodukt från juice- och vinproduktion, består av skal, fruktkött, frön och stjälkar. Pressrester har traditionellt underutnyttjats eller hänvisats till lågvärdiga användningsområden som djurfoder eller biomassa, men betraktas nu som en värdefull källa till polyfenoler (t.ex. kvercetinglykosider, floridzin), flavonoider, dihydrokalkoner och triterpensyror (särskilt ursolsyra). Dessa molekyler förknippas med antioxidativa, antiinflammatoriska och antimikrobiella egenskaper.
Ultraljudsextraktion erbjuder ett omvälvande tillvägagångssätt för tillvaratagande av pressrester genom att möjliggöra effektiv frisättning av dessa bioaktiva ämnen. Jämfört med konventionella extraktionsmetoder ger ultraljudsextraktion:

• Kortare bearbetningstider
• Lägre lösningsmedelsförbrukning
• Högre utbyten
• Mildare extraktionsförhållanden som bevarar värmekänsliga föreningar

Vad vetenskapen säger om ultraljudsextraktion av pressrester

Två illustrativa studier visar vetenskapligt fördelarna med ultraljudsassisterad extraktion (UAE) av äppelpressrester.

Studie 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Med en central kompositdesign optimerade forskarna den samtidiga extraktionen av totala polyfenoler och ursolsyra från ciderindustrins pressrester med en Hielscher UP200Ht-sonikator. Under optimerade förhållanden (5,1 min, 68% etanol, 90% amplitud) gav hela äppelpressrester:

• ~1300 µg/g flavonoler
• ~1200 µg/g dihydrokalkoner
• ~4200 µg/g ursolsyra

Fraktionen av äppelskal uppvisade anmärkningsvärt nog ännu högre koncentrationer, med en ursolsyrahalt på upp till 8500 µg/g torrsubstans. Extraktens antioxidativa aktivitet korrelerade starkt med polyfenolhalten, och matematisk modellering bekräftade extraktionseffektiviteten.

Studie 2: Razola-Díaz et al., 2022
Detta arbete fokuserade på att optimera extraktionen av floretin och floridzin – två potenta antioxidativa dihydrokalkoner. Med en Hielscher UP400St-sondsonikator erhölls följande extraktionsutbyten:

• ~13 µg/g floretin
• ~67 µg/g floridzin
• ~1878 µg/g torrvikt av totala fenolföreningar
• Antioxidativ aktivitet (FRAP): upp till 3,58 mg TE/g

Mångsidighet – ultraljudsbehandling av pressrester, juicer och smoothies

Ultraljudsextraktion är inte begränsad till äppelpressrester; den har framgångsrikt tillämpats på en mängd olika fruktmatriser. I fruktköttet hos frukter som apelsiner förbättrar ultraljudsbehandling frisättningen av polyfenoler, flavonoider och antioxidanter samtidigt som deras funktionella integritet bevaras. På samma sätt är skalen från citrusfrukter – däribland grapefrukt, citron och apelsin – rika på pektiner och fenolföreningar, som effektivt kan frigöras genom kavitationsdriven nedbrytning av cellväggarna. Även druvkärnor, som är kända för sitt höga innehåll av polyfenoler (t.ex. katekiner och proantocyanidiner), svarar väl på ultraljudsbehandling och ger höga koncentrationer av antioxidanter. Denna mångsidighet i olika växtvävnader framhäver ultraljudsbehandling som ett robust verktyg för grön extraktion av bioaktiva ämnen från olika agroindustriella biprodukter.

Dessutom kan Hielschers mångsidiga ultraljudsapparater användas för olika produkter och tillämpningar:

• Extraktion i vätskefas i juicer och puréer
• Homogenisering av växtbaserade drycker och emulsioner
• Mikrobiell och enzymatisk inaktivering för förlängd hållbarhet utan termiska skador

Vid produktion av juice och smoothies säkerställer högpresterande ultraljudsbehandling:

• Stabil dispergering av fibrer och fasta partiklar
• Förbättrad munkänsla
• Förbättrad biotillgänglighet för fenolföreningar
• Bevarande av sensoriska egenskaper och näringsegenskaper

Den mångsidiga användningen av Hielschers ultraljudsapparater förenar enkelt bearbetning av pressrester och juice – vilket möjliggör extraktion, homogenisering och pastörisering med samma ultraljudsutrustning.

Hållbarhet i fokus

Ultraljudsbehandling bidrar avsevärt till hållbarhet genom att möjliggöra återvinning av bioaktiva föreningar med högt värde från biprodukter från fruktbearbetning som annars skulle bidra till det globala livsmedelsavfallet. Inom juiceindustrin, där upp till 25% av frukter och grönsaker kasseras efter skörd eller under bearbetning, erbjuder ultraljudsbehandling en riktad och effektiv lösning. Exempelvis har ultraljudsbehandling av blandningar av apelsinfruktkött och apelsinskal visat sig förbättra viktiga kostfiberegenskaper, vilket stöder deras återanvändning som nya livsmedelsingredienser. Detta sätt att förädla biprodukter minskar inte bara miljöbelastningen från jordbruks- och livsmedelsavfall utan ligger också i linje med FN:s globala mål 12 för hållbar utveckling – att främja hållbar konsumtion och produktion.
En viktig aspekt är att ultraljudsbehandling är en energieffektiv och grön teknik – den kräver låg energiförbrukning och minskar användningen av aggressiva extraktionslösningsmedel eftersom den fungerar med vatten, vattenbaserad etanol och NADES.
Genom att omvandla avfallsströmmar till funktionella ingredienser bidrar ultraljudsbehandling till en cirkulär ekonomi och förbättrar både den ekologiska och den ekonomiska hållbarheten inom livsmedelsindustrin.

Förbättra din bearbetning av pressrester med Hielschers ultraljudsapparater

Hielscher Ultrasonics är en ledande tillverkare av högpresterande ultraljudssystem utformade för både laboratorie- och industritillämpningar. Deras industriella ultraljudsapparater – såsom UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT och UIP16000hdT – erbjuder:

• Skalbar bearbetningskapacitet (från liter till ton per timme)
• Precis amplitudreglering
• Drift dygnet runt, alla dagar i veckan, i krävande miljöer
• Trycksättningsbara ultraljudsreaktorer
• Kompatibilitet med kontinuerlig inlinebearbetning
• Enkel integrering i (befintliga) produktionslinjer

Hielschers ultraljudsapparater har redan validerats i publicerad forskning för extraktion av polyfenoler, antioxidanter och andra bioaktiva föreningar, med bevisad effektivitet och reproducerbarhet.

Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielschers ultraljudsapparater är välkända för sina allra högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel användning gör det möjligt att smidigt integrera våra ultraljudsapparater i industrianläggningar. Hielschers ultraljudsapparater klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänlighet. Hielschers ultraljudsapparater är naturligtvis CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Litteratur / Referenser

• 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.