Extraktion av fruktkärnor med ultraljud – Hållbar återvinning av bioaktiva ämnen

Biprodukter från fruktbearbetning, särskilt pressrester, utgör en outnyttjad reservoar av bioaktiva föreningar med potentiella tillämpningar inom näringsläkemedel, livsmedelsberikning och läkemedel. Ändå är den effektiva och hållbara återvinningen av dessa föreningar fortfarande en teknisk utmaning. Bland framväxande gröna extraktionstekniker uppnår ultraljudsassisterad extraktion med hjälp av sonikatorer av sondtyp enastående återvinningsutbyten. Ultraljud möjliggör en snabb, lösningsmedels-effektiv utvinning av fenoliska föreningar, triterpenic syror och andra bioaktiva föreningar från växtmatriser såsom äpple pomace.

Effektiv Valorisering av fruktbiprodukter med ultraljudsextraktion

Ultrasonic pomace extraktion är ett effektivt sätt att värdesätta biprodukten av juice, vin och ciderproduktion – det är en vetenskapligt validerad, industriellt skalbar och antagen och en ekonomisk lösning för valorisering av fruktavfall. Eftersom ultraljudsbehandling är effektiv och mångsidig erbjuder den en grön extraktionsstrategi för att utnyttja potentialen hos biprodukter från jordbruks- och livsmedelsindustrin som äppelpressrester.
Som framgår av ny forskning möjliggör kombinationen av korta sonikeringstider, måttliga etanolkoncentrationer och kontrollerad amplitud en selektiv och effektiv återvinning av hälsofrämjande föreningar.
I strävan efter cirkularitet är sonikering inte bara ett verktyg – sonikering innebär processintensifiering och effektivitet.

Valorisering av pomace med hjälp av ultraljudsextraktion

Fruktrester, en biprodukt från juice- och vinproduktion, består av skal, fruktkött, frön och stjälkar. Fruktrester har traditionellt underutnyttjats eller förpassats till lågvärdiga användningsområden som djurfoder eller biomassa, men är nu erkända som en värdefull källa till polyfenoler (t.ex. quercetinglykosider, phloridzin), flavonoider, dihydrokalkoner och triterpeniska syror (särskilt ursolsyra). Dessa molekyler är förknippade med antioxidativa, antiinflammatoriska och antimikrobiella egenskaper.
Ultraljudsextraktion erbjuder ett transformativt tillvägagångssätt för pomace valorisering genom att möjliggöra effektiv frisättning av dessa bioactives. Jämfört med konventionella extraktionsmetoder ger ultraljudsextraktion:

• Kortare handläggningstider
• Lägre förbrukning av lösningsmedel
• Högre avkastning
• Mildare extraktionsförhållanden, vilket bevarar värmekänsliga ämnen

Vad vetenskapen säger om ultraljudsextraktion av pomace

Två exemplifierande studier visar vetenskapligt fördelarna med ultraljudsassisterad extraktion (UAE) för äppelpressrester.

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

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

Särskilt äppelskalsfraktionen uppvisade ännu högre koncentrationer, med ursolsyra som nådde 8500 µg/g torrsubstans. Extraktens antioxidantaktivitet korrelerade starkt med polyfenolinnehållet, och matematisk modellering bekräftade extraktionseffektiviteten.

Studie 2: Razola-Díaz et al., 2022
Detta arbete fokuserade på att optimera extraktionen av phloretin och phloridzin – två potenta antioxidanta dihydrokalkoner. Med hjälp av en Hielscher UP400St sonikator av sondtyp erhölls följande extraktionsutbyten:

• ~13 µg/g av phloretin
• ~67 µg/g av kloridzin
• ~1878 µg/g torrvikt av totala fenoliska ämnen
• Antioxidantaktivitet (FRAP): upp till 3,58 mg TE/g

Mångsidighet - ultraljudsbehandling för marmelad, juice och smoothies

Ultraljudsextraktion är inte begränsad till äpple pomace; det har framgångsrikt tillämpats på ett brett spektrum av fruktmatriser. I massan av frukter som apelsin, förbättrar ultraljudsbehandling frisättningen av polyfenoler, flavonoider och antioxidanter, bevara deras funktionella integritet. På samma sätt är skalen av citrusfrukter – inklusive grapefrukt, citron och apelsin – är rika på pektiner och fenoliska föreningar, som effektivt kan frigöras genom kavitationsdriven cellväggsupplösning. Även druvkärnor, kända för sitt täta polyfenoliska innehåll (t.ex. katekiner och proanthocyanidiner), svarar bra på ultraljudsbehandling, vilket ger höga koncentrationer av antioxidanter. Denna mångsidighet över växtvävnader belyser ultraljud som ett robust verktyg för grön extraktion av bioactives från olika agroindustriella biprodukter.

Hielschers sonikatorer är dessutom mångsidiga och kan användas till många olika produkter och applikationer:

• Extraktion i vätskefas i juicer och puréer
• Homogenisering av växtbaserade drycker och emulsioner
• Mikrobiell och enzymatisk inaktivering för förlängning av hållbarhetstiden utan termisk skada

Vid juice- och smoothieproduktion säkerställer högpresterande ultraljudsbehandling:

• Stabil dispergering av fibrer och fasta ämnen
• Förbättrad munkänsla
• Förbättrad biotillgänglighet för fenoliska ämnen
• Bevarande av sensoriska och näringsmässiga egenskaper

Den mångsidiga användningen av Hielschers sonikatorer överbryggar enkelt klyftan mellan bearbetning av pressrester och juice – vilket möjliggör extraktion, homogenisering och pastörisering med samma ultraljudsuppsättning.

Fokus på hållbarhet

Ultraljud bidrar väsentligt till hållbarhet genom att möjliggöra högvärdig återhämtning av bioaktiva föreningar från fruktbearbetningsbiprodukter som annars skulle bidra till globalt matavfall. I samband med juiceindustrin, där upp till 25% av frukt och grönsaker kasseras efter skörd eller under bearbetning, erbjuder ultraljud en riktad, effektiv lösning. Till exempel har ultraljudsbehandling av apelsinmassa-skalblandningar visat sig förbättra viktiga kostfiberegenskaper, vilket stöder deras återanvändning som nya livsmedelsingredienser. Denna valoriseringsväg minskar inte bara miljöbelastningen från jordbruks- och livsmedelsavfall utan är också i linje med FN:s mål för hållbar utveckling, mål 12 – främja ansvarsfull konsumtion och produktion.
Det är viktigt att sonikering är en energieffektiv och miljövänlig teknik – kräver låg energiförbrukning och minskar användningen av starka extraktionslösningsmedel eftersom den fungerar med vatten, vattenbaserad etanol och NADES.
Genom att omvandla avfallsströmmar till funktionella ingredienser bidrar sonikering till en cirkulär ekonomi och förbättrar både den ekologiska och ekonomiska hållbarheten inom livsmedelssektorn.

Förbättra din pressmassaprocess med Hielscher Sonicators

Hielscher Ultrasonics är en ledande tillverkare av högpresterande ultraljudssystem avsedda för både laboratorie- och industriapplikationer. Deras industriella sonikatorer – som till exempel UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT och UIP16000hdT – erbjudande:

• Skalbar genomströmning (från liter till ton per timme)
• Exakt amplitudkontroll
• 24/7 drift i krävande miljöer
• Trycksättningsbara ultraljudsreaktorer
• Kompatibilitet med kontinuerlig bearbetning inline
• Enkel integrering i (befintliga) produktionslinjer

Hielschers sonikatorer är redan validerade i publicerad forskning för extrahering av polyfenoler, antioxidanter och andra bioaktiva föreningar, med bevisad effektivitet och reproducerbarhet.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.

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

Litteratur / Referenser