Chiết xuất bã quả bằng sóng siêu âm – Phục hồi bền vững các hợp chất sinh học hoạt tính

Phụ phẩm từ chế biến trái cây, đặc biệt là bã trái cây, là nguồn tài nguyên chưa được khai thác chứa các hợp chất sinh học hoạt tính có tiềm năng ứng dụng trong thực phẩm chức năng, bổ sung dinh dưỡng và dược phẩm. Tuy nhiên, việc thu hồi hiệu quả và bền vững các hợp chất này vẫn là thách thức kỹ thuật. Trong số các công nghệ chiết xuất xanh đang nổi lên, chiết xuất bằng siêu âm sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò đạt được hiệu suất thu hồi xuất sắc. Siêu âm cho phép chiết xuất nhanh chóng và hiệu quả về dung môi các hợp chất phenolic, axit triterpenic và các hợp chất sinh học khác từ các ma trận thực vật như bã táo.

Tối ưu hóa giá trị phụ phẩm trái cây bằng công nghệ chiết xuất bằng sóng siêu âm

Chiết xuất bã bằng sóng siêu âm là một phương pháp hiệu quả để tận dụng sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nước ép, rượu vang và táo ép. – Đây là một giải pháp đã được khoa học chứng minh, có thể mở rộng quy mô công nghiệp và được áp dụng rộng rãi, đồng thời là giải pháp kinh tế cho việc tận dụng phế phẩm trái cây. Do siêu âm là phương pháp hiệu quả và đa năng, nó cung cấp một chiến lược chiết xuất thân thiện với môi trường để khai thác tiềm năng của các sản phẩm phụ trong ngành nông nghiệp thực phẩm như bã táo.
Như đã được chứng minh bởi các nghiên cứu gần đây, việc kết hợp thời gian siêu âm ngắn, nồng độ ethanol vừa phải và độ dao động được kiểm soát cho phép thu hồi chọn lọc và hiệu quả các hợp chất có lợi cho sức khỏe.
Trong nỗ lực hướng tới kinh tế tuần hoàn, siêu âm không chỉ là một công cụ. – Sonication là quá trình tăng cường và nâng cao hiệu quả.

Tận dụng bã trái cây bằng phương pháp chiết xuất siêu âm

Bã trái cây, một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nước ép và rượu vang, bao gồm vỏ, thịt quả, hạt và cuống. Trước đây, bã trái cây thường bị bỏ qua hoặc chỉ được sử dụng cho các mục đích có giá trị thấp như thức ăn chăn nuôi hoặc nhiên liệu sinh khối. Tuy nhiên, hiện nay, bã trái cây được công nhận là một nguồn quý giá của các hợp chất như polyphenol (ví dụ: glycoside quercetin, phloridzin), flavonoid, dihydrochalcone và axit triterpenic (đặc biệt là axit ursolic). Các hợp chất này có liên quan đến các tính chất chống oxy hóa, chống viêm và kháng khuẩn.
Chiết xuất bằng sóng siêu âm mang lại một phương pháp đột phá trong việc tận dụng bã trái cây bằng cách cho phép giải phóng hiệu quả các hợp chất sinh học có giá trị. So với các phương pháp chiết xuất truyền thống, chiết xuất bằng sóng siêu âm cung cấp:

• Thời gian xử lý ngắn hơn
• Giảm lượng dung môi sử dụng
• năng suất cao hơn
• Điều kiện chiết xuất nhẹ nhàng hơn, giữ nguyên các hợp chất nhạy cảm với nhiệt.

Những gì khoa học nói về quá trình chiết xuất bã trái cây bằng sóng siêu âm

Hai nghiên cứu điển hình đã chứng minh một cách khoa học về lợi ích của phương pháp chiết xuất hỗ trợ bằng siêu âm (UAE) đối với bã táo.

Nghiên cứu 1: Pando Bedriñana và cộng sự, 2024
Sử dụng thiết kế composite trung tâm, các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa quá trình chiết xuất đồng thời tổng polyphenol và axit ursolic từ bã táo trong ngành sản xuất rượu táo bằng máy siêu âm Hielscher UP200Ht. Trong điều kiện tối ưu (5,1 phút, 68% ethanol, 90% biên độ), bã táo nguyên chất cho ra:

• ~1.300 µg/g flavonol
• ~1.200 µg/g dihydrochalcones
• ~4.200 µg/g axit ursolic

Đáng chú ý, phần vỏ táo có hàm lượng cao hơn đáng kể, với axit ursolic đạt 8.500 µg/g chất khô. Hoạt tính chống oxy hóa của các chiết xuất có mối tương quan mạnh mẽ với hàm lượng polyphenol, và mô hình toán học đã xác nhận hiệu quả chiết xuất.

Nghiên cứu 2: Razola-Díaz và cộng sự, 2022
Công trình này tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình chiết xuất phloretin và phloridzin. – Hai hợp chất chống oxy hóa mạnh dihydrochalcones. Sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò Hielscher UP400St, các nhà nghiên cứu đã thu được các hiệu suất chiết xuất sau:

• ~13 µg/g phloretin
• ~67 µg/g phloridzin
• ~1878 µg/g trọng lượng khô của tổng hợp chất phenolic
• Hoạt tính chống oxy hóa (FRAP): lên đến 3,58 mg TE/g

Đa năng – Sử dụng sóng siêu âm cho bã trái cây, nước ép và sinh tố

Chiết xuất bằng sóng siêu âm không chỉ giới hạn ở bã táo; nó đã được áp dụng thành công trên nhiều loại ma trận trái cây khác nhau. Trong phần thịt của các loại trái cây như cam, sóng siêu âm giúp tăng cường giải phóng polyphenol, flavonoid và chất chống oxy hóa, đồng thời bảo toàn tính toàn vẹn chức năng của chúng. Tương tự, vỏ của các loại trái cây họ cam quýt – bao gồm bưởi, chanh và cam – Chứa hàm lượng cao pectin và hợp chất phenolic, có thể được giải phóng hiệu quả thông qua quá trình phá vỡ thành tế bào do cavitation. Ngay cả hạt nho, nổi tiếng với hàm lượng polyphenolic dày đặc (ví dụ: catechin và proanthocyanidin), cũng phản ứng tốt với xử lý siêu âm, cho ra nồng độ cao các chất chống oxy hóa. Sự đa dạng này trong các mô thực vật nhấn mạnh vai trò của siêu âm như một công cụ mạnh mẽ cho quá trình chiết xuất xanh các hợp chất sinh học từ các sản phẩm phụ đa dạng của ngành nông nghiệp và công nghiệp.

Hơn nữa, tính đa năng của máy siêu âm Hielscher còn được áp dụng cho nhiều loại sản phẩm và ứng dụng khác nhau:

• Chiết xuất pha lỏng trong nước ép và bột nhão
• Hòa trộn đồng nhất các loại đồ uống và hỗn hợp nhũ tương từ thực vật
• Ức chế vi sinh vật và enzym để kéo dài thời hạn sử dụng mà không gây hư hỏng do nhiệt.

Trong sản xuất nước ép và sinh tố, quá trình siêu âm hiệu suất cao đảm bảo:

• Sự phân tán ổn định của sợi và chất rắn
• Cải thiện cảm giác trong miệng
• Tăng cường sinh khả dụng của các hợp chất phenolic
• Bảo quản các đặc tính cảm quan và dinh dưỡng

Sự ứng dụng đa năng của máy siêu âm Hielscher giúp dễ dàng kết nối quy trình xử lý bã và nước ép. – Cho phép chiết xuất, đồng nhất hóa và tiệt trùng bằng cùng một thiết bị siêu âm.

Điểm nhấn về bền vững

Siêu âm đóng góp đáng kể vào sự bền vững bằng cách cho phép thu hồi các hợp chất sinh học có giá trị cao từ phụ phẩm của quá trình chế biến trái cây, vốn có thể góp phần vào lượng rác thải thực phẩm toàn cầu. Trong ngành công nghiệp nước ép, nơi lên đến 25% trái cây và rau củ bị bỏ đi sau thu hoạch hoặc trong quá trình chế biến, siêu âm cung cấp một giải pháp mục tiêu và hiệu quả. Ví dụ, xử lý siêu âm hỗn hợp vỏ và thịt cam đã được chứng minh là cải thiện các đặc tính quan trọng của chất xơ, hỗ trợ việc tái sử dụng chúng như nguyên liệu thực phẩm mới. Con đường tận dụng này không chỉ giảm gánh nặng môi trường của chất thải nông nghiệp mà còn phù hợp với Mục tiêu Phát triển Bền vững số 12 của Liên Hợp Quốc. – Khuyến khích tiêu dùng và sản xuất có trách nhiệm.
Đặc biệt, siêu âm là một công nghệ tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường. – Yêu cầu tiêu thụ năng lượng thấp và giảm việc sử dụng các dung môi chiết xuất mạnh vì nó hoạt động với nước, ethanol nước và NADES.
Bằng cách chuyển đổi dòng chất thải thành các thành phần chức năng, siêu âm góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn và nâng cao cả tính bền vững sinh thái lẫn kinh tế trong ngành chế biến thực phẩm.

Nâng cao quy trình xử lý bã trái cây với máy siêu âm Hielscher

Hielscher Ultrasonics là nhà sản xuất hàng đầu về các hệ thống siêu âm hiệu suất cao, được thiết kế cho cả ứng dụng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp. Các máy siêu âm công nghiệp của họ – chẳng hạn như UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT và UIP16000hdT – Đề nghị:

• Khả năng mở rộng công suất (từ lít đến tấn mỗi giờ)
• Kiểm soát biên độ chính xác
• Hoạt động 24/7 trong môi trường khắc nghiệt
• Bình phản ứng siêu âm có thể chịu áp suất
• Tương thích với xử lý liên tục trong dòng
• Tích hợp đơn giản vào (các) dây chuyền sản xuất hiện có

Các thiết bị siêu âm Hielscher đã được xác nhận trong các nghiên cứu đã công bố về việc chiết xuất polyphenol, chất chống oxy hóa và các hợp chất sinh học hoạt tính khác, với hiệu quả và độ tái hiện đã được chứng minh.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Văn học / Tài liệu tham khảo