استخلاص الستيفيا بالموجات فوق الصوتية دون مذيبات

يستخدم الاستخلاص التقليدي للمكونات الحلوة، مثل غليكوسيدات الستيفيا، من نبات Stevia rebaudiana مذيبات سامة. وللحصول على منتج غذائي صحي وعالي الجودة، يلزم اتباع طريقة استخلاص دون مذيبات. تتجنب تقنية الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية استخدام المذيبات، وتحقق مردود استخلاص مرتفعًا جدًا خلال زمن معالجة قصير. وبذلك، يتميز استخلاص الستيفيا بالموجات فوق الصوتية بكفاءة استثنائية وبكونه صديقًا للبيئة.

مستخلصات صحية باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

يُفترض أن تكون محليات الستيفيا منتجًا مفيدًا للصحة يُصنع من أوراق نبات Stevia rebaudiana Bertoni، وتُستخدم كمُحلٍّ خالٍ من السعرات الحرارية. وتنتج الحلاوة عن غليكوسيدات ثنائية التربين تبلغ حلاوتها نحو 300 ضعف حلاوة السكروز.
يتكون المحتوى الغليكوسيدي لنبات stevia rebaudiana Bertoni من الستيفيوسيد (5–10%)، والريباوديوسيد A ‏(2–4%)، والريباوديوسيد C ‏(1–2%)، والدولكوسيد A ‏(0.5–1%)، والريباوديوسيد B، والريباوديوسيد D، والريباوديوسيد E. وعلى خلاف الغليكوسيدات الأخرى، يتميز rebaudiana A بخلوه من المرارة. ولذلك، يُعد rebaudiana A المركب الأكثر استهدافًا للاستخلاص من أوراق الستيفيا. ويساعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على استخلاص الستيفيوسيدات والريباوديوسيدات عالية النقاوة. الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لغليكوسيدات الستيفيول يمكن إجراؤه بسهولة في الماء، ويعطي مردودًا مرتفعًا بمعدل استخلاص مرتفع جدًا. وتتميز درجة حرارة الاستخلاص المنخفضة نسبيًا ، التي تتراوح بين 60°C و80°C، باعتدالها، مما يمنع تحلل المستخلصات.

منذ اعتماد الستيفيا كمُحلٍّ، ازداد الطلب على هذا البديل الطبيعي للسكر والخالي من السعرات الحرارية زيادة كبيرة. ولتوفير منتجات الستيفيا المطلوبة، يجب توسيع قدرات الإنتاج التجاري. وتُعد الموجات فوق الصوتية طريقة مثبتة لتكثيف الاستخلاص.

مزايا الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية:

• دون مذيبات، مثل الاستخلاص في الماء
• مردود أعلى
• معدلات استخلاص مرتفعة
• توفير الوقت
• توفير التكاليف
• آمن
• صديق للبيئة
• المعالجة على دفعات أو ضمن خط الإنتاج

استخلاص الستيفيا بالموجات فوق الصوتية: نتائج الأبحاث

قارن Carbonell-Capella وآخرون (2016) تقنيات استخلاص مختلفة لاستخلاص الستيفيوسيدات والريباوديوسيدات. وتحققت أعلى نسبة استرجاع للستيفيوسيد باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بجهاز UP400S (انظر الصورة على اليسار)، مع استخدام الماء كمذيب، وكانت أعلى بمقدار 3.5 أضعاف مقارنة بطريقة الانتشار التقليدية، وبمقدار 1.5 ضعف مقارنة بعينات الستيفيا المطحونة. وفي هذه الدراسة، عُلِّقت أوراق الستيفيا (6 g) في الماء (180 g) عند 208C، بنسبة مادة صلبة إلى سائل قدرها 1:30 (w/w). وأُجري الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400S ‏(Hielscher GmbH، ألمانيا)، الذي يعمل بقدرة 400 W وتردد 24 kHz. وفي التجارب، ضبط فريق البحث بقيادة Carbonell-Capella السعة عند 100%، مع نمط معالجة مستمرة بالموجات فوق الصوتية. ورُكِّب سونوترود من التيتانيوم H22 بقطر 22 mm وطول 100 mm لإقران الموجات فوق الصوتية بالعينة. وغُمِر المسبار في خليط يحتوي على 6 g من أوراق الستيفيا المعلَّقة في 180 g من الماء أو الإيثانول/الماء (50%) داخل دورق زجاجي ضيق العنق (بسعة 1,000 mL). وغُمِرت العينات في حمام تبريد لتجنب التسخين الناتج عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية، وحُوفظ على درجة الحرارة دائمًا دون 50ºC). وحُسِب إجمالي مدخل الطاقة النوعية (W_spec، بوحدة kJ/kg) بضرب قدرة المولد (400 J/s) (القدرة) في إجمالي مدة المعالجة (sec)، ثم القسمة على كتلة المنتج (kg). وبلغت طاقة الموجات فوق الصوتية 178 kJ/kg (عند t_US = 80 sec.)
(راجع Carbonell-Capella وآخرين، 2016)
درس Sic-Zlabur وآخرون (2015) استخلاص غليكوسيدات الستيفيول إلى جانب مكونات وظيفية أخرى من أوراق الستيفيا، وخلصوا إلى أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية صديقة للبيئة يمكن استخدامها لاستخلاص المركبات الوظيفية من أوراق الستيفيا بزمن معالجة أقصر بكثير واستهلاك أقل للطاقة مقارنة بالاستخلاص التقليدي.

درس Liu وآخرون (2010) استخلاص الكربوهيدرات الكلية من نبات Stevia rebaudiana Bertoni بالموجات فوق الصوتية. ولتعظيم مردود الكربوهيدرات الكلية من Stevia rebaudiana Bertoni، استُخدمت عينات من الستيفيا من النوع LUYU-131. واستُخدمت منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتحسين ظروف الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية. وأظهرت النتائج أن ظروف الاستخلاص المثلى كانت درجة حرارة استخلاص قدرها 68°C، وقدرة فوق صوتية قدرها 60 W، وزمن استخلاص قدره 32 min. وباستخدام الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية، ازداد مردود المستخلصات بمقدار 1.5 ضعف عند درجة حرارة الاستخلاص المنخفضة (68°C)، وتقلص زمن الاستخلاص (32 min.) بدرجة كبيرة مقارنة بالاستخلاص التقليدي. وكشف تحليل مكونات المستخلصات الخام أن الكمية النسبية للريباوديوسيد A ازدادت في المستخلصات الناتجة بمساعدة الموجات فوق الصوتية مقارنة بالمستخلصات الناتجة بالطريقة التقليدية، وأن المستخلصات الناتجة بمساعدة الموجات فوق الصوتية كانت ذات جودة أفضل.
يؤكد Alupului وLavric ‏(2008) في دراستهما الكفاءة الفائقة لاستخلاص الستيفيا بالموجات فوق الصوتية، ويذكران أن استخلاص الستيفيوسيد من Stevia rebaudiana بفعل الموجات فوق الصوتية يحسن الإنتاجية بمقدار مئتي ضعف مقارنة بالنقع التقليدي، ويقلل زمن المعالجة أيضًا. (راجع Alupului A.، Lavric V.، 2008)

المعالجة اللاحقة للستيفيوسيدات بالموجات فوق الصوتية

تُعد الموجات فوق الصوتية طريقة موثوقة للخلط، والمزج و التجانس، ولذلك تُستخدم الموجات فوق الصوتية كثيرًا أثناء إعداد تركيبة المنتج النهائي وتجميع مكوناته. وعندما يلزم إذابة مستخلص الستيفيا في سائل، تكون الموجات فوق الصوتية تقنية سريعة وفعالة لتحضير مزيج متجانس – بصرف النظر عن اللزوجة. وتتيح الإذابة بالموجات فوق الصوتية تحضير محاليل عالية التشبع، بل وفوق مشبعة.

أنظمة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

تلبي مجموعة منتجات Hielscher احتياجاتك – سواء أردت استخلاص أحجام صغيرة ومتوسطة لأغراض التحليل والبحث، أو الاستخلاص على نطاق إنتاج تجاري واسع. وتشمل مجموعة أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا أجهزة مختبرية تعمل بالموجات فوق الصوتية, وأنظمة توضع على طاولة المختبر للبحث والتطوير والمنشآت التجريبية، وكذلك أنظمة صناعية عالية القدرة تعمل بالموجات فوق الصوتية بقدرة تصل إلى 16,000 واط لكل وحدة منفردة، ويمكن بسهولة تجميعها وتركيبها داخل حاويات. وتتيح مجموعتنا الواسعة من ملحقات الموجات فوق الصوتية، مثل السونوترود وخلايا التدفق والمفاعلات ومعززات السعة، تهيئة النظام على النحو الأمثل ليتوافق تمامًا مع احتياجات عملائنا.

الاستثمار

صُمِّمت جميع أجهزة Hielscher العاملة بالموجات فوق الصوتية للتشغيل 24/7 ، مما يعني أن معداتنا تتيح تحقيق عائد سريع على الاستثمار (RoI). وقد وجد Alupului وآخرون (2009) خلال أبحاثهم أنه يجب عدم إغفال الجدوى الاقتصادية لاستخدام الموجات فوق الصوتية عالية الشدة بوصفها طريقة منخفضة التكلفة نسبيًا. علاوة على ذلك، يُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية مقنعة بفضل سهولة استخدامه و كفاءته الكبيرة.