Ультразвукова екстракція жому – стале відновлення біоактивних сполук

Побічні продукти переробки фруктів, особливо жом, являють собою невикористаний резерв біоактивних сполук із потенційним застосуванням у нутрицевтиках, збагаченні харчових продуктів та фармацевтиці. Проте ефективне та стале відновлення цих сполук залишається технічним викликом. Серед нових зелених технологій екстракції ультразвукова екстракція, що використовує зондові ультразвукові обробники, досягає видатних виходів відновлення. Ультразвукова обробка забезпечує швидку, ефективну за розчинниками екстракцію фенольних сполук, тритерпенових кислот та інших біоактивних сполук із рослинних матриць, таких як яблучний жом.

Ефективна утилізація побічних продуктів фруктів за допомогою ультразвукової екстракції

Ультразвукова екстракція жому є ефективним способом утилізації побічного продукту виробництва соків, вина та сидру – це науково обґрунтоване, промислово масштабоване та впроваджене, а також економічне рішення для утилізації фруктових відходів. Оскільки ультразвукова обробка є ефективною та універсальною, вона пропонує стратегію зеленої екстракції для використання потенціалу агропродовольчих побічних продуктів, таких як яблучний жом.
Як свідчать останні дослідження, поєднання коротких часів ультразвукової обробки, помірних концентрацій етанолу та контрольованої амплітуди дозволяє здійснювати селективне, ефективне відновлення сполук, що сприяють здоров’ю.
У прагненні до циркулярності ультразвукова обробка – це не просто інструмент – ультразвукова обробка означає інтенсифікацію процесу та ефективність.

Утилізація жому за допомогою ультразвукової екстракції

Фруктовий жом, побічний продукт виробництва соків та вина, включає шкірку, м’якуш, насіння та стебла. Традиційно недооцінений або віднесений до застосувань із низькою вартістю, таких як корм для худоби або біомаса, жом тепер визнається цінним джерелом поліфенолів (наприклад, глікозидів кверцетину, флоридзину), флавоноїдів, дигідрохалконів та тритерпенових кислот (особливо урсолової кислоти). Ці молекули асоціюються з антиоксидантними, протизапальними та антимікробними властивостями.
Ультразвукова екстракція пропонує трансформаційний підхід до утилізації жому, забезпечуючи ефективне вивільнення цих біоактивних речовин. Порівняно з традиційними методами екстракції, ультразвукова екстракція забезпечує:

• Коротші часи обробки
• Нижче споживання розчинника
• Вищі виходи
• М’якші умови екстракції, що зберігають термочутливі сполуки

Що каже наука про ультразвукову екстракцію жому

Дві прикладні дослідження науково демонструють переваги ультразвукової екстракції (UAE) для яблучного жому.

Дослідження 1: Pando Bedriñana et al., 2024
Використовуючи центральний композиційний план, дослідники оптимізували одночасну екстракцію загальних поліфенолів та урсолової кислоти з жому сидрової промисловості за допомогою ультразвукового обробника Hielscher UP200Ht. За оптимізованих умов (5,1 хв, 68% етанолу, 90% амплітуди) цілий яблучний жом дав:

• ~1300 мкг/г флавонолів
• ~1200 мкг/г дигідрохалконів
• ~4200 мкг/г урсолової кислоти

Примітно, що фракція яблучної шкірки демонструвала навіть вищі концентрації, причому урсолова кислота досягала 8500 мкг/г сухої речовини. Антиоксидантна активність екстрактів сильно корелювала з вмістом поліфенолів, а математичне моделювання підтвердило ефективність екстракції.

Дослідження 2: Razola-Díaz et al., 2022
Ця робота була зосереджена на оптимізації екстракції флоретину та флоридзину – двох потужних антиоксидантних дигідрохалконів. Використовуючи ультразвуковий обробник зондового типу Hielscher UP400St, було отримано наступні виходи екстракції:

• ~13 мкг/г флоретину
• ~67 мкг/г флоридзину
• ~1878 мкг/г сухої ваги загальних фенолів
• Антиоксидантна активність (FRAP): до 3,58 мг TE/г

Універсальність – ультразвукова обробка для жому, соків та смузі

Ультразвукова екстракція не обмежується яблучним жмихом; її успішно застосовують до широкого спектру фруктових матриць. У м’якоті таких фруктів, як апельсин, ультразвукова обробка сприяє вивільненню поліфенолів, флавоноїдів та антиоксидантів, зберігаючи їхню функціональну цілісність. Аналогічно, шкірка цитрусових – включаючи грейпфрут, лимон та апельсин – багата на пектини та фенольні сполуки, які можна ефективно вивільнити через руйнування клітинних стінок, спричинене кавітацією. Навіть виноградні кісточки, відомі своєю щільною поліфенольною структурою (наприклад, катехіни та проантоціанідини), добре реагують на ультразвукову обробку, забезпечуючи високі концентрації антиоксидантів. Ця універсальність щодо рослинних тканин підкреслює ультразвукову обробку як надійний інструмент для зеленої екстракції біоактивних речовин із різноманітних агропромислових побічних продуктів.

Крім того, універсальність ультразвукових систем Hielscher поширюється на різноманітні продукти та застосування:

• Екстракція в рідкій фазі в соках та пюре
• Гомогенізація рослинних напоїв та емульсій
• Мікробна та ензимна інактивація для подовження терміну придатності без термічного пошкодження

У виробництві соків та смузі високопродуктивна ультразвукова обробка забезпечує:

• Стабільну дисперсію волокон та твердих частинок
• Покращені відчуття в роті
• Підвищену біодоступність фенольних сполук
• Збереження сенсорних та харчових властивостей

Різноманітне використання ультразвукових систем Hielscher легко долає розрив між переробкою жмиху та соків – дозволяючи екстракцію, гомогенізацію та пастеризацію за допомогою тієї самої ультразвукової установки.

Акцент на сталості

Ультразвукова обробка суттєво сприяє сталості, забезпечуючи високоцінне вилучення біоактивних сполук із побічних продуктів переробки фруктів, які інакше сприяли б глобальним харчовим відходам. У контексті сокової промисловості, де до 25% фруктів та овочів відкидаються після збору врожаю або під час переробки, ультразвукова обробка пропонує цільове, ефективне рішення. Наприклад, було показано, що ультразвукова обробка сумішей м’якоті та шкірки апельсинів покращує ключові властивості дієтичних волокон, підтримуючи їхнє повторне використання як нових харчових інгредієнтів. Цей шлях вартісної переробки не лише зменшує екологічне навантаження від харчових відходів, а й відповідає Цілі сталого розвитку ООН 12 – сприяння відповідальному споживанню та виробництву.
Важливо, що ультразвукова обробка є енергоефективною та зеленою технологією – вимагає низького енергоспоживання та зменшує використання жорстких екстрагентів, оскільки працює з водою, водним етанолом та NADES.
Перетворюючи потоки відходів на функціональні інгредієнти, ультразвукова обробка сприяє циркулярній економіці та покращує як екологічну, так і економічну сталість у секторі харчової промисловості.

Покращте свій процес переробки жмиху за допомогою ультразвукових систем Hielscher

Hielscher Ultrasonics є провідним виробником високопродуктивних ультразвукових систем, розроблених як для лабораторних, так і для промислових застосувань. Їхні промислові ультразвукові системи – такі як UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT та UIP16000hdT – пропонують:

• Масштабовану пропускну здатність (від літрів до тонн на годину)
• Точне керування амплітудою
• Робота 24/7 у складних умовах
• Ультразвукові реактори, що працюють під тиском
• Сумісність із безперервним потоковим процесингом
• Просту інтеграцію в (існуючі) виробничі лінії

Ультразвукові системи Hielscher вже підтверджені в опублікованих дослідженнях для екстракції поліфенолів, антиоксидантів та інших біоактивних сполук, демонструючи доведену ефективність та відтворюваність.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну обробну здатність наших ультразвукових систем:

Дизайн, виробництво та консалтинг – якість, зроблена в Німеччині

Ультразвукові обробники Hielscher відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації забезпечують плавну інтеграцію наших ультразвукових обробників у промислові об’єкти. Ультразвукові обробники Hielscher легко витримують суворі умови та складне середовище.

Hielscher Ultrasonics є компанією, сертифікованою за ISO, і приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим обробникам, що мають передові технології та зручний інтерфейс користувача. Звісно, ультразвукові обробники Hielscher відповідають вимогам CE та вимогам UL, CSA і RoHs.

Література / Посилання

• 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.