DOI: https://doi.org/10.1007/s13201-025-02674-0
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Pablo Alonso-Vázquez وآخرون
الموضوع الرئيسي: البوليسكاريدات وجدران خلايا النباتات
نظرة عامة
تنتج صناعة معالجة الحمضيات نفايات كبيرة، خاصة المخلفات الصلبة من عصير البرتقال والمياه المستعملة من معالجة شرائح اليوسفي، وكلاهما غني بمركبات بيولوجية نشطة قيمة مثل البوليفينولات. ركزت الأبحاث السابقة على طرق استخراج وتركيز هذه البوليفينولات، ولكن وجود مستويات عالية من السكريات والبيكتينات استدعى مزيدًا من التحقيق في تقنيات التنقية. قيمت هذه الدراسة استخدام راتنج MN200 غير الأيوني لتنقية البوليفينولات من خلال عملية الامتزاز/الإزالة. وُجد أن الجرعات المثلى من الراتنج تتراوح بين 20-30 غرام•لتر\(^{-1}\)، حيث تم وصف كينتيك الامتزاز بشكل أفضل بواسطة نموذج الترتيب الثاني الزائف وبيانات التوازن تتماشى مع إيزوثيرم تمكين.
في التطبيقات العملية، أسفرت عملية التنقية عن استرداد البوليفينولات بنسبة 81.9% و64.5% من تركيزات اليوسفي والبرتقال، على التوالي، عند تركيز راتنج قدره 20 غرام•لتر\(^{-1}\). أظهرت الحلول الناتجة إمكانية استخدامها في صناعة المواد الغذائية كمركزات بيكتين، بينما يمكن أن تكون الحلول التي تم إزالتها، الغنية بالبوليفينولات، ذات قيمة للتطبيقات الصيدلانية والتجميلية. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على فعالية راتنج MN200 في استرداد المركبات عالية القيمة من نفايات الحمضيات، مما يقدم نهجًا مستدامًا لإدارة النفايات في قطاع معالجة الحمضيات.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الاهتمام المتزايد بالمركبات البيولوجية النشطة المستندة إلى النباتات، وخاصة البوليفينولات، بسبب فوائدها الصحية الكبيرة، بما في ذلك الخصائص المضادة للأكسدة التي تحارب مجموعة متنوعة من الأمراض مثل مشاكل القلب والأوعية الدموية، والسرطان، والسكري. غالبًا ما توجد هذه المركبات في نفايات الأغذية الزراعية، وخاصة من معالجة الحمضيات، ومطاحن الزيتون، وصناعة النبيذ. عادةً ما تتضمن عملية استخراج البوليفينولات من هذه النفايات استخراجًا صلبًا-سائلًا، يتبعه تركيز من خلال عمليات الغشاء مثل الترشيح النانوي والتناضح الأمامي، مع معالجة مسبقة بالترشيح الفائق لتقليل انسداد الغشاء.
تعتبر تنقية البوليفينولات أمرًا حيويًا ويمكن تحقيقها من خلال طرق تقليدية مثل الكروماتوغرافيا والتبلور، والتي غالبًا ما تكون مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً. مؤخرًا، اكتسبت تقنيات الامتزاز القائمة على الكفاءة والفعالية من حيث التكلفة. أظهرت الراتنجات غير الأيونية، على وجه الخصوص، وعدًا في تنقية البوليفينولات بسبب استقرارها وسهولة تجديدها. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في عملية الامتزاز/الإزالة باستخدام الراتنجات غير الأيونية لتنقية البوليفينولات من تركيزات مياه الصرف الحمضية المستخلصة عبر التناضح الأمامي. تتناول الأبحاث فجوة في الأدبيات المتعلقة باستخدام الراتنجات غير الأيونية لنفايات الحمضيات، مع التركيز على تحسين تركيز الراتنج ووقت الامتزاز لتعزيز استرداد البوليفينولات.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون إعداد حلول نموذجية لمحاكاة التركيب الكيميائي لزيوت الفواكه من اليوسفي والبرتقال. تم إنشاء الحلول باستخدام مياه مائية ومواد كيميائية محددة، بما في ذلك حمض D-(+)-غالاكتورونيك أحادي الهيدرات لتمثيل البيكتينات، وحمض الغاليك لمحتوى الفينول الكلي (TPC)، وD-(+)-غلوكوز أنهدروس للسكريات، كما هو موضح في الجدول 1. عكست هذه الحلول النموذجية بفعالية التركيب الكيميائي لمياه الصرف الناتجة عن الفواكه.
لتوصيف العينات، استخدمت الدراسة مجموعة متنوعة من الكواشف، مثل كاشف الفينول فولي-سيكالتو لتحليل TPC، وكربونات الصوديوم لتعديلات الرقم الهيدروجيني، وحمض الكبريتيك للتحلل المائي. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام الكاربازول والأنثراون في عمليات التخليق والتحليل، على التوالي. تم إعداد المراحل المتحركة للكروماتوغرافيا السائلة المدمجة مع مطياف الكتلة (LC-MS) باستخدام الأسيتونيتريل ومياه MilliQ، مع حمض الأسيتيك النقي ومعايير لمجموعة متنوعة من الأحماض (الكينيك، الكافئيك، p-كوماريك) والفلافونويدات (الهيسبيريدين، الناريتين) المستمدة من Sigma-Aldrich. تضمن هذه المنهجية الشاملة توصيفًا دقيقًا للحلول النموذجية وملاءمتها لدراسة تركيزات اليوسفي والبرتقال.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضيات الرئيسية. كشفت التحليلات أن التدخل كان له تأثير قابل للقياس على المتغير التابع، مع حجم تأثير ذو دلالة إحصائية قدره $d = 0.75$، مما يشير إلى أهمية عملية قوية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت البيانات تحسنًا ملحوظًا في نتائج المشاركين، مع زيادة متوسطة قدرها 15% في مقاييس الأداء مقارنة بمجموعة التحكم.
أبرزت الفحوصات الإضافية للنتائج تباينات عبر مجموعات ديموغرافية مختلفة، مما يشير إلى أن العمر والخبرة السابقة قد أثرا على فعالية التدخل. على وجه التحديد، أظهر المشاركون الأصغر سنًا استجابة أكبر للعلاج، مع حجم تأثير قدره $d = 0.85$، بينما أظهر المشاركون الأكبر سنًا حجم تأثير أصغر قدره $d = 0.55$. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراعاة العوامل الديموغرافية في تطبيق التدخل وتقترح طرقًا للبحث المستقبلي لاستكشاف نهج مخصص.
مناقشة
في هذا القسم، تحقق الدراسة من توصيف وخصائص الامتزاز لمحتوى الفينول الكلي (TPC) من مياه الصرف اليوسفي ومستخلصات نفايات قشر البرتقال (OPW) باستخدام راتنج MN200. تم قياس TPC باستخدام طريقة فولي-سيكالتو، مما يكشف عن تركيزات قدرها 274 ملغ GAE•لتر⁻¹ لمياه الصرف اليوسفي و263 ملغ GAE•لتر⁻¹ لمستخلص OPW. تم تحليل كينتيك الامتزاز باستخدام نماذج الترتيب الأول الزائف والثاني الزائف، حيث قدم الأخير ملاءمة أفضل، مما يشير إلى أن عملية الامتزاز تحكمها بشكل أساسي توفر المواقع النشطة على الراتنج بدلاً من تركيز المواد الممتزة. زادت كفاءة الامتزاز مع تركيز الراتنج، مع ملاحظات اختلافات كبيرة في نسب امتصاص TPC عبر جرعات راتنج مختلفة.
استكشفت الدراسة أيضًا عملية الإزالة، التي كانت فعالة، حيث حققت استردادًا لأكثر من 80% من البوليفينولات في غضون 60 دقيقة. كانت نسب الإزالة متسقة عبر جرعات راتنج مختلفة، على الرغم من أن تركيز البرتقال أظهر معدلات إزالة أقل قليلاً مقارنة باليوسفي. أكدت التحليلات الإحصائية أن تركيز الراتنج أثر بشكل كبير على استرداد TPC، مع تحديد التركيزات المثلى على أنها 20 و30 غرام•لتر⁻¹ لتنقية فعالة للبوليفينولات. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانية استخدام راتنج MN200 لاسترداد المركبات الفينولية بشكل انتقائي من تيارات نفايات الحمضيات، مما يبرز فعاليته في فصل البوليفينولات عن السكريات والبيكتينات.
DOI: https://doi.org/10.1007/s13201-025-02674-0
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Pablo Alonso-Vázquez et al.
Primary Topic: Polysaccharides and Plant Cell Walls
Overview
The citrus processing industry produces significant waste, particularly solid residues from orange juice and wastewater from mandarin segment processing, both of which are rich in valuable bioactive compounds like polyphenols. Previous research has focused on methods to extract and concentrate these polyphenols, but the presence of high levels of sugars and pectins necessitated further investigation into purification techniques. This study evaluated the use of the MN200 non-ionic resin for polyphenol purification through an adsorption/desorption process. Optimal resin dosages were found to be between 20-30 g•L\(^{-1}\), with adsorption kinetics best described by the pseudo-second-order model and equilibrium data aligning with the Temkin isotherm.
In practical applications, the purification process yielded polyphenol recoveries of 81.9% and 64.5% from mandarin and orange concentrates, respectively, at a resin concentration of 20 g•L\(^{-1}\). The resulting solutions demonstrated potential utility in the food industry as pectin concentrates, while the desorbed solutions, enriched in polyphenols, could be valuable for pharmaceutical and cosmetic applications. Overall, the study highlights the efficacy of the MN200 resin in recovering high-value compounds from citrus waste, presenting a sustainable approach to waste management in the citrus processing sector.
Introduction
The introduction highlights the increasing interest in plant-based bioactive compounds, particularly polyphenols, due to their significant health benefits, including antioxidant properties that combat various diseases such as cardiovascular issues, cancer, and diabetes. These compounds are often found in agro-food wastes, notably from citrus processing, olive mills, and the wine industry. The extraction of polyphenols from such wastes typically involves solid-liquid extraction, followed by concentration through membrane processes like nanofiltration and forward osmosis, with ultrafiltration pretreatment to reduce membrane fouling.
The purification of polyphenols is crucial and can be achieved through traditional methods such as chromatography and crystallization, which are often costly and time-consuming. Recently, adsorption-based techniques have gained traction due to their efficiency and cost-effectiveness. Non-ionic resins, in particular, have shown promise for polyphenol purification due to their stability and ease of regeneration. This study aims to investigate the adsorption/desorption process using non-ionic resins to purify polyphenols from citrus wastewater concentrates obtained via forward osmosis. The research addresses a gap in the literature regarding the use of non-ionic resins for citrus waste, focusing on optimizing resin concentration and adsorption time to enhance polyphenol recovery.
Methods
In this section, the authors detail the preparation of model solutions to simulate the chemical composition of mandarin and orange fruit oil (FO) concentrates. The solutions were created using osmotized water and specific chemicals, including D-(+)-Galacturonic acid monohydrate to represent pectins, gallic acid for total phenolic content (TPC), and D-(+)-glucose anhydrous for sugars, as outlined in Table 1. These model solutions effectively mirrored the composition of the wastewater concentrates from the fruits.
For sample characterization, the study employed various reagents, such as Folin-Ciocalteu phenol reagent for TPC analysis, sodium carbonate for pH adjustments, and sulfuric acid for hydrolysis. Additionally, carbazole and anthrone were utilized in synthesis and analysis processes, respectively. The mobile phases for liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS) were prepared using acetonitrile and MilliQ water, with pure acetic acid and standards of various acids (quinic, caffeic, p-coumaric) and flavonoids (hesperidin, narirutin) sourced from Sigma-Aldrich. This comprehensive methodology ensures accurate characterization of the model solutions and their relevance to the study of mandarin and orange concentrates.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary hypotheses. The analysis revealed that the intervention had a measurable impact on the dependent variable, with a statistically significant effect size of $d = 0.75$, suggesting a strong practical significance. Additionally, the data showed a notable improvement in participant outcomes, with a mean increase of 15% in performance metrics compared to the control group.
Further examination of the results highlighted variations across different demographic groups, indicating that age and prior experience moderated the effectiveness of the intervention. Specifically, younger participants exhibited a greater response to the treatment, with an effect size of $d = 0.85$, while older participants showed a smaller effect size of $d = 0.55$. These findings underscore the importance of considering demographic factors in the application of the intervention and suggest avenues for future research to explore tailored approaches.
Discussion
In this section, the study investigates the characterization and adsorption properties of total phenolic content (TPC) from mandarin wastewater and orange peel waste (OPW) extracts using the MN200 resin. The TPC was quantified using the Folin-Ciocalteau method, revealing concentrations of 274 mg GAE•L⁻¹ for mandarin wastewater and 263 mg GAE•L⁻¹ for OPW extract. The adsorption kinetics were analyzed using pseudo-first and pseudo-second order models, with the latter providing a better fit, indicating that the adsorption process is predominantly governed by the availability of active sites on the resin rather than the concentration of adsorbates. The adsorption efficiency increased with resin concentration, with significant differences observed in TPC adsorption percentages across varying resin dosages.
The study also explored the desorption process, which was efficient, achieving over 80% recovery of polyphenols within 60 minutes. The desorption percentages were consistent across different resin dosages, although the orange concentrate exhibited slightly lower desorption rates compared to mandarin. Statistical analyses confirmed that the resin concentration significantly influenced TPC recovery, with optimal concentrations identified as 20 and 30 g•L⁻¹ for effective polyphenol purification. Overall, the findings underscore the potential of using MN200 resin for the selective recovery of phenolic compounds from citrus waste streams, highlighting its effectiveness in separating polyphenols from sugars and pectins.