การสกัดโพลีฟีนอลจากผลพลอยได้ของการผลิตน้ำมันมะกอกด้วยอัลตราโซนิก: เรื่องราวความสำเร็จ

กากมะกอกไม่ได้เป็นเพียงผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมเกษตรอีกต่อไป – แต่เป็นแหล่งสารต้านอนุมูลอิสระจากธรรมชาติที่มีประสิทธิภาพสูงและมีคุณค่า ในการศึกษานี้ Natural Phenolics ได้ปรับสภาวะการสกัดโพลีฟีนอลที่อุดมด้วย hydroxytyrosol โดยใช้น้ำให้เหมาะสมที่สุดด้วยเครื่องโซนิเคเตอร์ Hielscher รุ่น UP400St ผลลัพธ์แสดงให้เห็นถึงกระบวนการที่มีความทนทานต่อความแปรปรวน ให้ผลที่ทำซ้ำได้ และสามารถขยายขนาดได้ โดยได้ความเข้มข้นของ hydroxytyrosol ที่แบบจำลองคาดการณ์ไว้ที่ 1609.5 mg/L ภายใต้สภาวะการใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุด งานนี้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีอัลตราโซนิกที่มีความแม่นยำสามารถเปลี่ยนของเสียจากการผลิตน้ำมันมะกอกให้เป็นวัตถุดิบชีวฐานระดับพรีเมียมสำหรับอาหาร เกษตรกรรม และอุตสาหกรรมที่ยั่งยืนได้อย่างไร

กากมะกอก – ไม่ใช่ผลพลอยได้ แต่เป็นทรัพยากรที่อุดมด้วยสารต้านอนุมูลอิสระ

กากมะกอก (alperujo) เป็นผลพลอยได้หลักจากการสกัดน้ำมันมะกอก โดยมีปริมาณการผลิตทั่วโลกต่อปีระหว่าง 13 ถึง 18 ล้านตัน โพลีฟีนอลเป็นสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิที่พบในความเข้มข้นสูงในวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมเกษตรนี้ แม้ว่าสารเหล่านี้จะมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระที่โดดเด่น แต่การมีอยู่ของสารเหล่านี้ในสิ่งแวดล้อมโดยไม่ได้รับการบำบัดก่อให้เกิดความท้าทายด้านพิษวิทยาอย่างมีนัยสำคัญ ในฐานะผู้บุกเบิกการเพิ่มมูลค่าของเสีย Natural Phenolics เข้ามาจัดการปัญหานี้ โดยเปลี่ยนภาระด้านสิ่งแวดล้อมให้เป็นสินทรัพย์ทางเศรษฐกิจที่ยั่งยืน บริษัท Natural Phenolics จากสเปนผลิตวัตถุดิบชีวฐานระดับพรีเมียมด้วยการสกัดสารเมแทบอไลต์มูลค่าสูงเหล่านี้ ปัจจุบัน งานวิจัยและพัฒนาของ Natural Phenolics อยู่ในแนวหน้าของการผลิตสารกระตุ้นชีวภาพสำหรับพืชขั้นสูงและสารกันเสียในอาหารที่มีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระและมีฉลากระบุส่วนประกอบที่เรียบง่ายและชัดเจน

 
เกี่ยวกับ Natural Phenolics
Natural Phenolics เป็นบริษัทเคมีสีเขียวที่อยู่ในแนวหน้าของเศรษฐกิจหมุนเวียน โดยเชี่ยวชาญในการเพิ่มมูลค่ากากมะกอก (alperujo) อย่างเต็มรูปแบบ ด้วยกระบวนการสกัดขั้นสูงที่ยั่งยืน เราเปลี่ยนวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมเกษตรที่มีองค์ประกอบซับซ้อนนี้ให้เป็นวัตถุดิบเคมีชีวฐานระดับพรีเมียม
 

Natural Phenolics บริษัทที่ตั้งอยู่ในแคว้นกาตาลุญญา ประเทศสเปน ผลิตสารกระตุ้นชีวภาพคุณภาพสูงจากผลพลอยได้ทางการเกษตร

ความจำเป็นในการใช้เทคโนโลยีการสกัดที่มีประสิทธิภาพและได้มาตรฐาน

ด้วยบริบทนี้ การเลือกเทคโนโลยีการสกัดที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการได้สารสกัดที่มีคุณภาพตามมาตรฐาน การสกัดโดยใช้อัลตราโซนิกช่วย (UAE) ได้กลายเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งให้ผลที่ทำซ้ำได้ ลดเวลาในการสกัด และลดการใช้ตัวทำละลาย รวมถึงข้อได้เปรียบด้านการดำเนินงานอื่น ๆ
ในที่นี้ Natural Phenolics นำเสนอผลการปรับสภาวะให้เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้สารสกัดด้วยน้ำที่มีคุณภาพตามมาตรฐานและอุดมด้วย hydroxytyrosol (HT) และโพลีฟีนอลอื่น ๆ โดยเลือกใช้การออกแบบส่วนประสมกลางเป็นแบบแผนการทดลอง พารามิเตอร์ที่ประเมินคือแอมพลิจูดและเวลาในการสกัด ส่วนผลตอบสนองวัดจากความเข้มข้นของ hydroxytyrosol เพื่อวัตถุประสงค์นี้ บริษัทใช้เครื่องโซนิเคเตอร์ Hielscher Ultrasonics รุ่น UP400St ซึ่งเลือกใช้เนื่องจากใช้งานง่ายและมีความแม่นยำสูงในการควบคุมแอมพลิจูด

การออกแบบการทดลองสำหรับการสกัดด้วยอัลตราโซนิก: การปรับแอมพลิจูดและเวลาในการสกัดให้เหมาะสมที่สุด

การควบคุมที่แม่นยำนี้เป็นพื้นฐานสำคัญในการแยกผลของพลังงานเสียงออกจากความแปรปรวนของวัตถุดิบ การสกัดทั้งหมดดำเนินการโดยใช้กากมะกอกแห้ง (ความชื้น 20% ขนาดอนุภาค 1 mm) และใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย เตรียมสารแขวนลอยข้นโดยใช้อัตราส่วนของแข็งต่อของเหลว 40% และดำเนินการทดลองทั้งหมดที่อุณหภูมิคงที่ 35°C ตาราง 1 สรุปสภาวะการทดลองที่ประเมินผ่านเมทริกซ์ CCD ซึ่งประกอบด้วยการทดลอง 12 ครั้ง

ตาราง 2 แสดงการประเมินคุณภาพของแบบจำลองสำหรับการปรับสภาวะให้เหมาะสมที่สุด แบบจำลองทางคณิตศาสตร์อธิบายความแปรปรวนทั้งหมดได้ 72.02% (R2 = 0.7202) ซึ่งแสดงถึงความสอดคล้องกับข้อมูลในระดับที่น่าพอใจอย่างยิ่ง เมื่อพิจารณาถึงความซับซ้อนและลักษณะที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันโดยธรรมชาติของเมทริกซ์กากมะกอก แม้ว่าระดับนัยสำคัญของแบบจำลอง (P = 0.101) จะสูงกว่าเกณฑ์ความเชื่อมั่น 95% แบบดั้งเดิมเล็กน้อย เนื่องจากองศาอิสระที่จำกัดอย่างมากในเมทริกซ์การทดลอง 12 ครั้ง แต่สัมประสิทธิ์กำลังสองที่มีค่าลบมาก b11 = -61.61 และ b22 = -71.61 ยืนยันถึงจลนพลศาสตร์การสกัดแบบพาราโบลาที่สมเหตุสมผลทางกายภาพ

การสกัดโพลีฟีนอลจากกากมะกอกด้วยอัลตราโซนิก: ซ้าย – แบบจำลองพื้นผิวตอบสนองของวิธีการ; ขวา – กราฟเส้นชั้นระดับ

การแยกนำ Hydroxytyrosol กลับมาใช้ประโยชน์อย่างทนทานต่อความแปรปรวนด้วยการสกัดแบบอัลตราโซนิก

รูป 1A แสดงกราฟพื้นผิวตอบสนองของแบบจำลองที่ปรับให้เหมาะสมที่สุด บริเวณสีแดงที่กว้างบนส่วนราบของค่าสูงสุดยืนยันถึงความทนทานต่อความแปรปรวนของกระบวนการ เนื่องจากความแปรผันของแอมพลิจูดในช่วง 50– 60% ไม่ก่อให้เกิดความผันผวนอย่างมากของความเข้มข้นของ hydroxytyrosol เมื่อวิเคราะห์ผลของแต่ละปัจจัย การเพิ่มแอมพลิจูดจาก 22% เป็น 50% มีผลสำคัญอย่างยิ่ง โดยทำให้ผลได้จากการสกัดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในทางกลับกัน เวลาในการสกัดที่เกิน 20 นาทีทำให้ผลได้คงที่ ซึ่งบ่งชี้ว่าตัวทำละลายอิ่มตัวในขั้นตอนนี้ ท้ายที่สุด โครงสร้างแบบจำลองนี้ระบุจุดเหมาะสมที่สุดในการดำเนินงานได้อย่างชัดเจนที่แอมพลิจูด 61.5% และเวลาการใช้คลื่นอัลตราโซนิก 24.2 นาที โดยให้ความเข้มข้นสูงสุดของ hydroxytyrosol ที่คาดการณ์ไว้ที่ 1609.5 mg/L

โดยสรุป การใช้เทคโนโลยีของ Hielscher Ultrasonics เป็นรากฐานสำคัญในการบรรลุกระบวนการสกัด hydroxytyrosol ที่ให้ผลทำซ้ำได้ในระดับสูงและได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดด้านพลังงาน ความแม่นยำที่โดดเด่นในการควบคุมแอมพลิจูดและสมรรถนะเชิงกลที่แข็งแกร่งของโซโนโทรด UP400St รับประกันว่าความสำเร็จสำคัญในระดับห้องปฏิบัติการเหล่านี้สามารถนำไปใช้กับระบบอุตสาหกรรมที่มีการไหลต่อเนื่องได้อย่างราบรื่น นอกจากนี้ ความสำเร็จของขั้นตอนการปรับสภาวะให้เหมาะสมที่สุดยังเกิดขึ้นได้รวดเร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญด้วยความช่วยเหลือทางเทคนิคที่ยอดเยี่ยมและการสนับสนุนในพื้นที่จาก Jover Labtech ตัวแทนของ Hielscher ในแคว้นกาตาลุญญา ประเทศสเปน การผสานกันระหว่างฮาร์ดแวร์ด้านเสียงที่ล้ำสมัยกับการสนับสนุนทางวิศวกรรมจากผู้เชี่ยวชาญในพื้นที่นี้สร้างแนวทางที่ชัดเจนและปฏิบัติได้จริงสู่การเพิ่มมูลค่าชีวมวลจากอุตสาหกรรมเกษตรในเชิงพาณิชย์อย่างเต็มรูปแบบและยั่งยืน

วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง

• 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).