Переработка отходов какаовеллы: экстракция от лабораторного до пилотного масштаба в кавитационных реакторах

Использование безотходных процессов для включения переработки пищевых отходов в модель циркулярной экономики в настоящее время является одним из наиболее активно изучаемых направлений в области устойчивого развития. Несмотря на публикацию ряда патентов и научных работ по этой теме, полное достижение этой цели всё ещё далеко. Цель настоящей работы — переработка какаовеллы, одного из основных побочных продуктов обжарки какао-бобов, для повышения эффективности выделения соединений с высокой добавленной стоимостью с помощью экологичных методов. Высокий потенциал остаточного сырья продемонстрирован посредством прямого аналитического сравнения экстрактов и состава бобов. Для выбора оптимального растворителя и технологии исследован ряд методов экстракции из исходного сырья; ультразвуковая обработка (US) и гидродинамическая кавитация (HC) сопоставлены с традиционными методами. Высокоэнергетические микросреды, возникающие при кавитации, существенно ускоряют деструкцию биомассы при низком энергопотреблении. Оптимизированный протокол предусматривает использование реактора гидродинамической кавитации с тройной смесью воды, этанола и гексана, что позволяет одновременно получать гидрофильный продукт, богатый метилксантинами и полифенолами, и липидный слой. Предварительная последовательная обработка измельчением и просеиванием обеспечила получение обогащённой фракции какаовеллы за счёт частичного удаления волокон оболочки (54,45 против 81,36% общей массовой доли волокон). Выделение последних снижает материальный баланс, однако они могут быть направлены на производство компонентов кормов для животных и мульчирование почвы. Описанные протоколы позволяют простым и удобным способом получать ценные экстракты, богатые антиоксидантными флаванолами (катехинами и эпикатехинами), теобромином (32,7 ± 0,12 мг/г какаовеллы), кофеином (1,76 ± 0,08 мг/г какаовеллы) и какао-маслом. При масштабировании до пилотного проточного реактора этот новый процесс переработки обеспечил выход гидрофильной и липофильной фракций 20,5 и 15,8% соответственно. Жирные кислоты, полученные с высоким выходом и составляющие 96,4% общей лёгкой фракции, по профилю хорошо соответствуют коммерческому какао-маслу. Антиоксидантный экстракт характеризовался высоким содержанием общих фенольных соединений — 197,4 мг/г экстракта в эквиваленте галловой кислоты — и активностью связывания радикалов 62,0 ± 3,1 мкг/мл, выраженной через DPPH EC. Результаты работы должны способствовать промышленному проектированию процессов рационального выделения побочных продуктов переработки какао в рамках стратегии безотходного производства.50