Pilot scale hydrodynamic cavitation and hot-water extraction of Norway spruce bark yield antimicrobial and polyphenol-rich fractions

Pilot scale hydrodynamic cavitation and hot-water extraction of Norway spruce bark yield antimicrobial and polyphenol-rich fractions

Julkaisuvuosi

2025

Tekijät

Tienaho, Jenni; Liimatainen, Jaana; Myllymäki, Laura; Kaipanen, Kalle; Tagliavento, Luca; Ruuttunen, Kyösti; Rudolfsson, Magnus; Karonen, Maarit; Marjomäki, Varpu; Hagerman, Ann E.; Jyske, Tuula; Meneguzzo, Francesco; Kilpeläinen, Petri

Tiivistelmä

Norway spruce (Picea abies [L.] Karst) tree bark contains high concentrations of polyphenolic compounds with antibacterial, antioxidant, and antiviral properties. While laboratory-scale extraction studies are relatively abundant, the behavior of biomass properties and compound profiles during upscaled processing have remained underexplored. This study addresses the gap by assessing the industrial feasibility of using an industrial-scale assortment of bark biomass obtained directly from a sawmill. It compares two green pilot-scale extraction methods using only water as the solvent: hydrodynamic cavitation and hot-water extraction. The resulting lyophilized and spray-dried extracts were analyzed for their antibacterial, antiviral, and antioxidant activities, as well as their chemical composition, including carbohydrate, stilbene, tannin, and terpene contents. To further evaluate the industrial potential, a technical feasibility analysis was conducted, highlighting material and energy balances for both extraction processes and identifying areas for improvement. The findings indicate that both extraction methods effectively yielded polyphenol-rich extracts with desirable bioactivities. Notably, hot-water extracts, with slightly higher condensed tannin and stilbene content, exhibited higher antioxidant activity and greater efficacy against enterovirus (coxsackievirus A9), while hydrodynamic cavitation products showed higher activity against gram-positive and gram-negative bacteria. Lyophilization resulted in slightly lower chain-length, but higher concentrations of tannins and stilbenes compared to spray-drying. Overall, this study demonstrates that upscaled processing of spruce bark can effectively and sustainably produce commercially viable extraction products.
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Turun yliopisto

Karonen Maarit

Helsingin yliopisto

Liimatainen Jaana

Jyske Tuula

Jyväskylän yliopisto

Myllymäki Laura

Marjomäki Varpu Orcid -palvelun logo

Luonnonvarakeskus

Tienaho Jenni Orcid -palvelun logo

Jyske Tuula

Liimatainen Jaana

Kaipanen Kalle

Ruuttunen Kyösti

Kilpeläinen Petri Orcid -palvelun logo

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Kustantaja

Elsevier

Volyymi

360

Artikkelinumero

130925

Julkaisu­foorumi

67026

Julkaisufoorumitaso

2

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Kyllä

Julkaisukanavan avoin saatavuus

Osittain avoin julkaisukanava

Kustantajan version lisenssi

CC BY

Rinnakkaistallennettu

Kyllä

Julkaisumaa

Alankomaat

Kustantajan kansainvälisyys

Kansainvälinen

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Kyllä

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Kyllä

DOI

10.1016/j.seppur.2024.130925

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä

Pilot scale hydrodynamic cavitation and hot-water extraction of Norway spruce bark yield antimicrobial and polyphenol-rich fractions - Tiedejatutkimus.fi