การสกัดกากผลไม้ด้วยอัลตราซาวนด์ – การนำสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพกลับมาใช้ประโยชน์อย่างยั่งยืน

ผลพลอยได้จากการแปรรูปผลไม้ โดยเฉพาะกากผลไม้ เป็นแหล่งสะสมสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ยังไม่ได้ใช้ประโยชน์ ซึ่งมีศักยภาพในการนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์โภชนเภสัช การเสริมสารอาหารในอาหาร และผลิตภัณฑ์เภสัชกรรม อย่างไรก็ตาม การนำสารเหล่านี้กลับมาใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืนยังคงเป็นความท้าทายทางเทคนิค ในบรรดาเทคโนโลยีการสกัดที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่กำลังพัฒนา การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยด้วยเครื่องอัลตราซาวนด์แบบโพรบให้ผลได้ของสารที่สกัดกลับคืนมาในระดับโดดเด่น การใช้อัลตราซาวนด์ช่วยให้สกัดสารประกอบฟีนอลิก กรดไตรเทอร์พีนิก และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่น ๆ จากเมทริกซ์พืช เช่น กากแอปเปิล ได้อย่างรวดเร็วและใช้ตัวทำละลายอย่างมีประสิทธิภาพ

การเพิ่มมูลค่าผลพลอยได้จากผลไม้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์

การสกัดกากผลไม้ด้วยอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มมูลค่าผลพลอยได้จากการผลิตน้ำผลไม้ ไวน์ และไซเดอร์ – เป็นแนวทางเพิ่มมูลค่าของเสียจากผลไม้ที่ผ่านการยืนยันทางวิทยาศาสตร์ สามารถขยายขนาดและมีการนำไปใช้ในระดับอุตสาหกรรม อีกทั้งมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ เนื่องจากการใช้อัลตราซาวนด์มีประสิทธิภาพและประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย จึงเป็นกลยุทธ์การสกัดที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเพื่อใช้ประโยชน์จากศักยภาพของผลพลอยได้จากภาคเกษตรและอาหาร เช่น กากแอปเปิล
งานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่า การใช้ระยะเวลาอัลตราซาวนด์สั้นร่วมกับเอทานอลความเข้มข้นปานกลางและการควบคุมแอมพลิจูด ช่วยให้สกัดสารที่ส่งเสริมสุขภาพกลับคืนมาได้อย่างจำเพาะและมีประสิทธิภาพ
ในการมุ่งสู่การหมุนเวียนทรัพยากร การใช้อัลตราซาวนด์ไม่ได้เป็นเพียงเครื่องมือ – แต่หมายถึงการเพิ่มความเข้มข้นและประสิทธิภาพของกระบวนการ

การเพิ่มมูลค่ากากผลไม้ด้วยการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์

กากผลไม้ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตน้ำผลไม้และไวน์ ประกอบด้วยเปลือก เนื้อ เมล็ด และก้าน เดิมกากผลไม้มักถูกใช้ประโยชน์ไม่เต็มที่หรือถูกจำกัดให้ใช้ในงานมูลค่าต่ำ เช่น อาหารปศุสัตว์หรือชีวมวล แต่ปัจจุบันได้รับการยอมรับว่าเป็นแหล่งที่มีคุณค่าของโพลีฟีนอล (เช่น quercetin glycosides, phloridzin) ฟลาโวนอยด์ ไดไฮโดรชาลโคน และกรดไตรเทอร์พีนิก (โดยเฉพาะ ursolic acid) โมเลกุลเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ และต้านจุลชีพ
การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นแนวทางที่พลิกโฉมการเพิ่มมูลค่ากากผลไม้ โดยช่วยให้สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพเหล่านี้ถูกปลดปล่อยออกมาอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเทียบกับวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ให้ข้อดีดังนี้:

• ระยะเวลาแปรรูปสั้นลง
• ใช้ตัวทำละลายน้อยลง
• ผลได้สูงขึ้น
• สภาวะการสกัดอ่อนโยนกว่า ช่วยรักษาสารที่ไวต่อความร้อน

ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการสกัดกากผลไม้ด้วยอัลตราซาวนด์

งานวิจัยตัวอย่างสองชิ้นแสดงให้เห็นประโยชน์ของการสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (UAE) สำหรับกากแอปเปิลในเชิงวิทยาศาสตร์

งานวิจัยที่ 1: Pando Bedriñana และคณะ, 2024
นักวิจัยใช้การออกแบบการทดลองแบบส่วนประสมกลางเพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสกัดโพลีฟีนอลทั้งหมดและ ursolic acid พร้อมกันจากกากผลไม้ในอุตสาหกรรมไซเดอร์ โดยใช้เครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher UP200Ht ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด (5.1 min, เอทานอล 68%, แอมพลิจูด 90%) กากแอปเปิลที่รวมทุกส่วนให้ผลได้ดังนี้:

• ฟลาโวนอล ~1300 µg/g
• ไดไฮโดรชาลโคน ~1200 µg/g
• ursolic acid ~4200 µg/g

ส่วนเปลือกแอปเปิลมีความเข้มข้นสูงยิ่งขึ้นอย่างเห็นได้ชัด โดยมี ursolic acid สูงถึง 8500 µg/g ของวัตถุแห้ง ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของสารสกัดมีความสัมพันธ์อย่างมากกับปริมาณโพลีฟีนอล และการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ยืนยันประสิทธิภาพการสกัด

งานวิจัยที่ 2: Razola-Díaz และคณะ, 2022
งานวิจัยนี้มุ่งหาสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสกัด phloretin และ phloridzin – ไดไฮโดรชาลโคนสองชนิดที่มีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระสูง เมื่อใช้เครื่องอัลตราซาวนด์แบบโพรบ Hielscher UP400St ได้ผลได้จากการสกัดดังนี้:

• phloretin ~13 µg/g
• phloridzin ~67 µg/g
• สารประกอบฟีนอลิกทั้งหมด ~1878 µg/g ของน้ำหนักแห้ง
• ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ (FRAP): สูงถึง 3.58 mg TE/g

การประยุกต์ใช้ที่หลากหลาย – การใช้อัลตราซาวนด์กับกากผลไม้ น้ำผลไม้ และสมูทตี

การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงกากแอปเปิล แต่มีการนำไปใช้กับเมทริกซ์ผลไม้หลากหลายชนิดได้สำเร็จ ในเนื้อผลไม้ เช่น ส้ม การใช้อัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มการปลดปล่อยโพลีฟีนอล ฟลาโวนอยด์ และสารต้านอนุมูลอิสระ โดยยังคงความสมบูรณ์ของการทำหน้าที่ของสารเหล่านี้ไว้ ในทำนองเดียวกัน เปลือกผลไม้ตระกูลส้ม – รวมถึงเกรปฟรุต เลมอน และส้ม – อุดมด้วยเพกทินและสารประกอบฟีนอลิก ซึ่งสามารถปลดปล่อยออกมาได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการทำลายผนังเซลล์ด้วยปรากฏการณ์คาวิเทชัน แม้แต่เมล็ดองุ่นซึ่งเป็นที่ทราบกันว่ามีโพลีฟีนอลในปริมาณเข้มข้นสูง (เช่น catechins และ proanthocyanidins) ก็ตอบสนองต่อการใช้อัลตราซาวนด์ได้ดี โดยให้สารต้านอนุมูลอิสระในความเข้มข้นสูง ความสามารถในการประยุกต์ใช้กับเนื้อเยื่อพืชหลากหลายชนิดนี้แสดงให้เห็นว่าการใช้อัลตราซาวนด์เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้สำหรับการสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพด้วยวิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจากผลพลอยได้ของอุตสาหกรรมเกษตรหลากหลายประเภท

นอกจากนี้ เครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher ยังสามารถประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์และงานต่าง ๆ ได้หลากหลาย ได้แก่:

• การสกัดในวัฏภาคของเหลวในน้ำผลไม้และผลไม้บดละเอียด
• การทำให้เครื่องดื่มจากพืชและอิมัลชันเป็นเนื้อเดียวกัน
• การทำให้จุลินทรีย์และเอนไซม์หมดฤทธิ์เพื่อยืดอายุการเก็บรักษาโดยไม่เกิดความเสียหายจากความร้อน

ในการผลิตน้ำผลไม้และสมูทตี การใช้อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงช่วยให้มั่นใจได้ว่า:

• เส้นใยและของแข็งกระจายตัวอย่างคงตัว
• สัมผัสในปากดีขึ้น
• ชีวปริมาณออกฤทธิ์ของสารประกอบฟีนอลิกเพิ่มขึ้น
• คงคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสและทางโภชนาการไว้

การใช้งานเครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher ได้หลากหลายช่วยเชื่อมโยงการแปรรูปกากผลไม้กับการแปรรูปน้ำผลไม้ได้อย่างง่ายดาย – ทำให้สามารถสกัด ทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน และพาสเจอไรซ์ได้ด้วยชุดอุปกรณ์อัลตราซาวนด์เดียวกัน

ประเด็นเด่นด้านความยั่งยืน

การใช้อัลตราซาวนด์มีส่วนสำคัญต่อความยั่งยืน โดยช่วยนำสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพกลับมาใช้ประโยชน์ในมูลค่าสูงจากผลพลอยได้ของการแปรรูปผลไม้ ซึ่งหากไม่ได้นำมาใช้ประโยชน์ก็จะเพิ่มปริมาณของเสียอาหารทั่วโลก ในบริบทของอุตสาหกรรมน้ำผลไม้ซึ่งมีผักและผลไม้ถูกทิ้งหลังการเก็บเกี่ยวหรือระหว่างการแปรรูปสูงถึง 25% การใช้อัลตราซาวนด์เป็นแนวทางแก้ปัญหาที่ตรงจุดและมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น มีการแสดงให้เห็นว่าการใช้ อัลตราซาวนด์กับส่วนผสมของเนื้อและเปลือกส้มช่วยปรับปรุงคุณสมบัติสำคัญของใยอาหาร ส่งเสริมการนำกลับมาใช้เป็นส่วนผสมอาหารชนิดใหม่ แนวทางเพิ่มมูลค่านี้ไม่เพียงลดภาระต่อสิ่งแวดล้อมจากของเสียในภาคเกษตรและอาหาร แต่ยังสอดคล้องกับเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืนข้อ 12 ของสหประชาชาติ – การส่งเสริมการบริโภคและการผลิตอย่างรับผิดชอบ
ที่สำคัญ การใช้อัลตราซาวนด์เป็นเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม – ใช้พลังงานต่ำและลดการใช้ตัวทำละลายสกัดที่มีฤทธิ์รุนแรง เนื่องจากสามารถทำงานกับน้ำ เอทานอลในสารละลายน้ำ และ NADES ได้
การเปลี่ยนกระแสของเสียให้เป็นส่วนผสมที่มีคุณสมบัติเชิงหน้าที่ทำให้การใช้อัลตราซาวนด์มีส่วนสนับสนุนเศรษฐกิจหมุนเวียน และเพิ่มความยั่งยืนทั้งด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจภายในภาคการแปรรูปอาหาร

ปรับปรุงกระบวนการแปรรูปกากผลไม้ของคุณด้วยเครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็นผู้ผลิตชั้นนำของระบบอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานทั้งในห้องปฏิบัติการและระดับอุตสาหกรรม เครื่องอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมของบริษัท – เช่น UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT และ UIP16000hdT – มีคุณสมบัติดังนี้:

• กำลังการแปรรูปที่ปรับขนาดได้ (ตั้งแต่ลิตรถึงตันต่อชั่วโมง)
• การควบคุมแอมพลิจูดอย่างแม่นยำ
• การทำงาน 24/7 ในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานสูง
• เครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์ที่สามารถเพิ่มความดันได้
• รองรับการแปรรูปต่อเนื่องแบบอินไลน์
• ผสานเข้ากับสายการผลิต (ที่มีอยู่เดิม) ได้อย่างง่ายดาย

เครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher ได้รับการยืนยันแล้วในงานวิจัยที่ตีพิมพ์สำหรับการสกัดโพลีฟีนอล สารต้านอนุมูลอิสระ และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่น ๆ โดยมีประสิทธิภาพและความสามารถในการให้ผลซ้ำที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว

ตารางด้านล่างแสดงให้เห็นกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา:

การออกแบบ การผลิต และการให้คำปรึกษา – คุณภาพที่ผลิตในเยอรมนี

เครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบระดับสูงสุด ความทนทานและการใช้งานที่ง่ายช่วยให้ผสานเครื่องอัลตราซาวนด์ของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น เครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher สามารถรับมือกับสภาวะที่รุนแรงและสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานสูงได้อย่างง่ายดาย

Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงที่มีเทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher เป็นไปตามข้อกำหนด CE และตรงตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs

วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง

• 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.