Technologia do Produkcja Nutraceutyków

Filtracja jest Przyszłością Produkcji Żywności

Jedno słowo przyspiesza obecnie rewolucję w przemyśle spożywczym i produkcji napojów. Wygląda na to, że termin „nutraceutyk” i wszystko co z nimi powiązane zmienia nawyki żywieniowe krajów rozwiniętych w ciągu najbliższej dekady. Nutraceutyki to produkty jadalne powstające z połączenia składników spożywczych i farmaceutycznych. Te hybrydowe suplementy, znane również jako żywność funkcjonalna, na receptę lub produkty designerskie, mają znaczne korzyści w zakresie zdrowia i leczenia chorób i stają się niezwykle popularne na całym świecie.

Analitycy biznesowi sugerują, że sektor ten będzie największym rozwijającym się rynkiem w branży spożywczej w ciągu najbliższych lat. W miarę jak rośnie zapotrzebowanie konsumentów na te produkty, a ten lukratywny biznes rodzi konkurencję, metody stosowane do filtrowania, zagęszczania i przetwarzania związków stają się coraz ważniejsze. PCI Membranes oferuje technologię membran tubularnych dla roślin nutraceutycznych, zapewniając precyzyjne i opłacalne rozwiązanie filtracyjne.

Trend w kierunku nutraceutycznych suplementów diety wywodzi się z przekonania, że ​​dieta silnie wpływa na zdrowie. Pod koniec XX wieku człowiek coraz bardziej ulegał współczesnym chorobom. Badania sugerują, że nasza nowoczesna dieta stopniowo odeszła od naturalnych składników w kierunku przetworzonych i poddanych obróbce sztucznych substancji o ograniczonej wartości odżywczej. Z badań tych wynika, że ​​nasi przodkowie jedli zdrowszą żywność niż my teraz. Dowody na to można znaleźć np. w plemionach żyjących w miejscach takich jak Andy, gdzie prymitywne praktyki żywieniowe wydają się skrywać tajemnicę długiego życia. Mówi się, że ci ludzie żyją do późnego wieku, wolni od artretyzmu, chorób serca czy raka.

Chociaż rynek rozwija się bardzo szybko, istnieje wiele przeszkód, które należy pokonać. Jednym z wyzwań stojących przed producentami jest metoda precyzyjnego filtrowania i oddzielania stosowanych przez nich ekstraktów i związków. Ponieważ nutraceutyczny produkt składa się z niewielkich wielkości składników, które należy dokładnie wymieszać, technologia zastosowana w zakładzie przetwórczym musi być najnowocześniejsza. Zastosowana metoda filtracji musi sprostać tym wyzwaniom już na etapie produkcji.

Korzyści płynące z nutraceutyków dla konsumenta są oczywiste. Łączą regularne, kompleksowe suplementy witaminowo-mineralne z żywnością, która ma odpowiadać nowoczesnym gustom. Naukowcy uważają również, że mają one właściwości prozdrowotne i mogą być stosowane w zapobieganiu wielu chorobom i dolegliwościom. Te atrakcyjne właściwości doprowadziły do ​​ogromnego popytu w krajach takich jak Japonia, gdzie jest to już przemysł warty miliardy dolarów z ponad 2000 indywidualnymi produktami na rynku. Wiara Japończyków w nutraceutyki jest tak wielka, że ​​wiele produktów spożywczych zostało zatwierdzonych przez rząd i poparte naukowo jako żywność specjalnego przeznaczenia zdrowotnego. Wśród innowacyjnych produktów sprzedawanych w miejscach takich jak Japonia znajdują się czekoladki, które mogą spowolnić rozwój raka, cukierki, które mają stymulować rozwój bakterii bifidus w okrężnicy, oraz jogurt, który, jak się twierdzi, pomaga organizmowi skuteczniej wchłaniać wapń . Ten trend występuje nie tylko w Japonii. W Europie 50% rynku żywności opiera się obecnie na nutraceutykach, a American Medical Association poinformowało, że same Niemcy wydały na nutraceutyki ponad 10 miliardów funtów w ostatnich latach.

Istnieje kilka różnych rodzajów produktów objętych szerokim pojęciem nutraceutyków. Mogą być jednym z następujących typów lub ich kombinacją: Witaminy, minerały i inne suplementy diety w postaci pigułek lub kapsułek; Ekstrakty spożywcze o właściwościach leczniczych; składniki aktywne wyekstrahowane z żywności lub napojów w normalnym użyciu (na przykład zmanipulowana, opatentowana i butelkowana forma brokułów, kapusty, winogron lub grzybów) lub substancje naturalne, które nie są tradycyjną żywnością, takie jak srebro koloidalne, hiperycyna lub insenocidy. Nowszym osiągnięciem jest wzrost popularności fitochemii, która wykorzystuje odżywcze źródło roślinne suplementu, takie jak genisteina z soi lub bioflawonoidy, które znajdują się w czosnku, owocach cytrusowych i jagodach.

Ogólnie rzecz biorąc, suplement można rozróżnić jako „całe zioło” lub „ekstrakt ziołowy”. Niektórzy wolą mieć zmielone zioła, ponieważ wierzą, że istnieją inne, jeszcze nieodkryte składniki aktywne, które są tracone w procesie ekstrakcji. Największy sektor rynku uważa jednak, że ekstrakty są składnikiem odżywczo korzystnym. Ponieważ składowe ilości różnią się w samym surowcu, producenci ekstraktów mają tendencję do standaryzacji mocy tych aktywnych składników, aby wytworzyć spójny produkt; proces produkcyjny jest zatem zaprojektowany tak, aby to osiągnąć.

Produkcja nutraceutyków jest złożonym procesem wymagającym klarowania i zagęszczania składników, a następnie procesów suszenia. Jedną z kwestii dotyczących producentów w tej chwili jest najlepszy sposób przeprowadzenia wspomnianego procesu standaryzacji. Zwykle wiąże się to z kombinacją kilku technologii, w tym membran, odparowywania, kolumn żywicznych i destylacji.

Membrany pozwalają na wstępną separację ekstraktu od surowca (kwiatów, nasion, korzeni) i eliminują stosowanie nieodnawialnych filtrów, takich jak ziemia okrzemkowa i perlity, oraz związane z nimi problemy ze składowaniem odpadów. Membrany są również wykorzystywane do przesiewania molekularnego w celu dalszego oddzielenia składników aktywnych rozpuszczonych w ekstrakcie od innych niepożądanych składników. W niektórych przypadkach odbywa się to w tym samym czasie, w którym oddzielany jest ekstrakt surowy, innym razem odbywa się to później, przed suszeniem.

Metoda filtracji tubularnej toleruje substancje zawieszone obecne w ekstraktach z kawałków łodyg, nasion lub liści. Wymaga jedynie minimalnego wstępnego podczyszczenia, podczas gdy inne membrany wymagają znacznego systemu usuwania cząstek stałych przed ich podaniem na proces filtracyjny, w przeciwnym przypadku mogą się zablokować. W wielu przypadkach wstępne oddzielenie jest możliwe podczas klarowania ekstraktu na membranach. Na przykład membrany do ultrafiltracji tubularnej (UF) mogą zatrzymywać związki o większej masie cząsteczkowej, ponieważ membrana jednocześnie zatrzymuje niepożądane ciała stałe. Zmniejsza to obciążenie innych dalszych urządzeń do separacji i oczyszczania.

„Oprócz tego odkryliśmy, że geometria tubularna membrany zapewnia wyższy odzysk filtratu niż inne dostępne geometrie, co czyni ją bardziej opłacalnym, szczególnie gdy surowiec jest cenny”.

Dodatkowo, druga faza membrany tubularnej może być wykorzystana do zatężenia pożądanych związków w permeacie z pierwszego etapu filtracji. To dodatkowo zwiększa wydajność z surowców i eliminuje marnotrawstwo.

Składniki przeciwutleniające większości naturalnych farmaceutyków stosowanych w produkcji nutraceutyków nazywane są fenolami (również polifenolami) i ich związkami pokrewnymi. Mają one tendencję do zanieczyszczania membran i innych urządzeń oddzielających, takich jak żywice. Membrana tubularna o wysokim przepływie krzyżowym zmniejsza skłonność do zarastania i jest łatwa do czyszczenia po zakończeniu cyklu filtracji. Powszechną metodą jest użycie membrany tubularnej dla procesu UF, a następnie membrany spiralnej dla procesu odwróconej osmozy.

Inną kluczową zaletą tej metody jest to, że toleruje wyższe temperatury niż inne alternatywy, dzięki czemu jest w stanie przetwarzać delikatne materiały przeciwutleniające szybciej i dokładniej.

Odparowanie można również wykorzystać do zatężenia przefiltrowanego ekstraktu przed suszeniem, aby zmniejszyć rozmiar suszarki i wynikające z tego koszty energii. W niektórych przypadkach niepożądane związki o podobnej wielkości to pożądane związki, które można oddzielić i usunąć żywicami. Destylacja jest również wykorzystywana do odzyskiwania rozpuszczalników, a także ewentualnego oddzielania rozpuszczonych związków.

Jak widać na Schemacie 1.1, surowiec jest zrzucany na przenośnik, który przenosi dalej do zbiornika ekstrakcyjnego. W razie potrzeby można przeprowadzić separację sitową w celu oddzielenia nasion lub substancji stałych od reszty surowca, jeśli jest to konieczne dla określonej receptury. Inną opcją podczas tego procesu przesiewania jest mycie surowca. Wszystkie powstałe przesiane ciała stałe można następnie wysłać do kompostowi i jako takie można w pełni poddać recyklingowi.

Zbiornik ekstrakcyjny może być pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze otoczenia lub może być ogrzewany według potrzeb (można również stosować szybkowary) i może również wykorzystywać rozpuszczalniki, takie jak etanol, w celu zwiększenia ekstrakcji pożądanych składników aktywnych.

Po zakończeniu ekstrakcji ekstrakt można ponownie przesiać w celu usunięcia ekstraktu ze zużytych substancji stałych (kwiatów, korzeni, nasion itp.). Rozpylanie wody podczas przesiewania lub przeciwprądowe fazy ekstrakcji mogą być również stosowane do całkowitego usunięcia wszelkich rozpuszczonych składników aktywnych ze zużytych substancji stałych. Te zużyte substancje stałe można również sprasować w celu dalszego usunięcia ekstraktu ze zużytych substancji stałych. Wyciśnięty ekstrakt można następnie połączyć z ekstraktem przesianym powyżej, a placek można po prostu wysłać do kompostowni.

Ekstrakt odzyskany z tego drugiego procesu przesiewania jest przesyłany do procesu ultrafiltracji lub mikrofiltracji. W tym momencie wszystkie pozostałe zawieszone ciała stałe są usuwane z ekstraktu. Można zastosować dodatkowe etapy rozdzielania i zatężania, w zależności od pożądanego stężenia składników aktywnych w produkcie końcowym. Te dodatkowe etapy mogą być potrzebne, aby zapewnić nie tylko wyższe stężenie, ale także stałe znormalizowane stężenie w produkcie końcowym. Tutaj można zastosować metodę odparowywania, kolumny żywiczne i technologię destylacji, jak omówiono wcześniej. Po tym etapie można przeprowadzić dalsze rozdzielanie i zagęszczanie na membranach. Permeat z etapu zatężania może być ponownie użyty w etapie ekstrakcji, a jeśli w permeacie znajdują się rozpuszczalniki, można go zatężyć na etapie destylacji przed ponownym użyciem.

Wraz z szybkim rozwojem sektora nutraceutyków w przemyśle spożywczym i produkcji napojów, na całym świecie rośnie wykorzystanie technologii membran tubularnych. Wśród wielu produktów wytwarzanych przy użyciu tej metody filtracji znajdują się nutraceutyczne produkty uboczne z owoców, warzyw i ekstraktów ziołowych. Różnorodność zastosowań ekstrakcji, w których wykorzystuje się membrany tubularne firmy PCI Membranes, odzwierciedla rosnący trend w kierunku składników nutraceutycznych, który obecnie rewolucjonizuje nasze procedury zdrowotne i dietetyczne.