Екстракция на стевия без разтворители с ултразвук

Конвенционалната екстракция на сладките компоненти, като стевиогликозидите, от Stevia rebaudiana използва токсични разтворители. За получаване на здравословен, висококачествен хранителен продукт е необходим метод за екстракция без разтворители. Техниката за ултразвукова екстракция избягва използването на разтворители, като постига много високи добиви за кратко време на обработка. Така ултразвуковата екстракция на стевия се отличава с изключителна ефективност и екологичност.

Здравословни екстракти чрез ултразвукова екстракция

Подсладителите от стевия се смятат за полезен за здравето продукт, произведен от листата на билката Stevia rebaudiana Bertoni, и се използват като подсладител с нулево съдържание на калории. Сладкият вкус се дължи на дитерпенови гликозиди, които са приблизително 300 пъти по-сладки от захарозата.
Гликозидният състав на stevia rebaudiana Bertoni включва стевиозид (5–10%), ребаудиозид A (2–4%), ребаудиозид C (1–2%), дулкозид A (0,5–1%), ребаудиозид B, ребаудиозид D и ребаудиозид E. За разлика от другите гликозиди, rebaudiana A се характеризира с липса на горчивина. Затова rebaudiana A е най-търсеното съединение от листата на стевия. Ултразвуковата екстракция подпомага извличането на стевиозиди и ребаудиозиди с висока чистота. Ултразвуковата екстракция на стевиолови гликозиди може лесно да се извършва във вода и осигурява високи добиви при много висока скорост на екстракция. Относително ниската температура на екстракция между 60°C и 80°C е щадяща, така че се предотвратява разграждането на екстрактите.

След одобряването на стевията като подсладител търсенето на този естествен заместител на захарта без калории нарасна значително. За да се осигурят търсените продукти от стевия, капацитетът на промишленото производство трябва да бъде разширен. Ултразвукът е доказан метод за интензифициране на екстракцията.

Предимства на ултразвуковата екстракция:

• без разтворители, напр. във вода
• по-високи добиви
• високи скорости на екстракция
• спестяване на време
• спестяване на разходи
• безопасност
• екологичност
• партидна обработка или обработка в поточна линия

Ултразвукова екстракция на стевия: резултати от изследвания

Carbonell-Capella и съавт. (2016) сравняват различни техники за извличане на стевиозиди и ребаудиозиди. Най-високото извличане на стевиозид е постигнато чрез ултразвукова екстракция с UP400S (вижте изображението вляво), като за разтворител е използвана вода. То е 3,5 пъти по-високо в сравнение с традиционния дифузионен метод и 1,5 пъти по-високо спрямо смлените проби от стевия. В това изследване листа от стевия (6 g) са суспендирани във вода (180 g) при 208C и съотношение твърдо вещество/течност 1:30 (w/w). Ултразвуковата екстракция е извършена с ултразвуков процесор UP400S (Hielscher GmbH, Германия), работещ при мощност 400 W и честота 24 kHz. За експериментите изследователският екип на Carbonell-Capella задава амплитуда 100% и непрекъснат режим на ултразвукова обработка. Монтиран е титанов сонотрод H22 с диаметър 22 mm и дължина 100 mm за предаване на ултразвуковите вълни в пробата. Сондата е потопена в смес, съдържаща 6 g листа от стевия, суспендирани в 180 g вода или етанол/вода (50%), в стъклена колба с тясно гърло (вместимост 1 000 mL). Пробите са потопени в охлаждаща баня, за да се избегне нагряването, предизвикано от ултразвуковата обработка, а температурата винаги е поддържана под 50ºC). Общата специфична внесена енергия (W_spec, в kJ/kg) е изчислена чрез умножаване на мощността на генератора (400 J/s) (мощност) по общата продължителност на обработката (sec) и разделяне на масата на продукта (kg). Ултразвуковата енергия е 178 kJ/kg (за t_US = 80 sec.)
(вж. Carbonell-Capella и съавт. 2016)
Sic-Zlabur и съавт. (2015) изследват извличането на стевиолови гликозиди заедно с други функционални съставки от листата на стевия и заключават, че ултразвуковата екстракция е екологична технология, която може да се използва за извличане на функционални съединения от листата на стевия със значително по-кратко време на обработка и по-ниско потребление на енергия в сравнение с конвенционалната екстракция.

Liu и съавт. (2010) изследват ултразвуковата екстракция на общите въглехидрати от Stevia rebaudiana Bertoni. За максимизиране на добива на общи въглехидрати от Stevia rebaudiana Bertoni като проби е използвана стевия от типа LUYU-131. За оптимизиране на условията на екстракция с помощта на ултразвук е използвана методологията на повърхността на отклика (RSM). Резултатите показват, че оптималните условия за екстракция са температура 68°C, ултразвукова мощност 60 W и време на екстракция 32 min. При използване на екстракция с помощта на ултразвук добивът на екстракти се увеличава 1,5 пъти при по-ниската температура на екстракция (68°C), а времето на екстракция (32 min.) е значително съкратено в сравнение с класическата екстракция. Анализът на състава на суровите екстракти разкрива, че относителното количество на ребаудиозид A е по-високо в екстрактите, получени с помощта на ултразвук, отколкото в екстрактите, получени чрез класическия процес, и че екстрактите, получени с помощта на ултразвук, имат по-добро качество.
Alupului и Lavric (2008) потвърждават в своето изследване по-високата ефективност на ултразвуковата екстракция на стевия, като посочват, че извличането на стевиозид от Stevia rebaudiana, предизвикано от ултразвук, води до двеста пъти по-висока производителност в сравнение с конвенционалното накисване, както и до по-кратко време на обработка. (вж. Alupului A., Lavric V., 2008)

Ултразвукова последваща обработка на стевиозиди

Ултразвукът е надежден метод за разбъркване, смесване и хомогенизиране, затова често се използва при разработването на рецептурата и комбинирането на съставките на крайния продукт. Когато екстрактът от стевия трябва да бъде разтворен в течност, ултразвукът е бърза и ефективна техника за приготвяне на хомогенна смес – независимо от вискозитета. Ултразвуковото разтваряне позволява приготвянето на силно наситени и дори преситени разтвори.

Системи за ултразвукова екстракция

Продуктовата гама на Hielscher покрива вашите нужди – независимо дали искате да извършвате екстракция на малки и средни обеми за анализи и изследвания, или в голям промишлен производствен мащаб. Нашата продуктова гама от ултразвукови апарати включва ултразвукови лабораторни устройства, настолни системи за научноизследователска и развойна дейност и пилотни инсталации, както и промишлени ултразвукови системи с висока мощност до 16 000 вата на отделно устройство, които могат лесно да се обединяват в групи и да се монтират в контейнери. Нашият широк избор от ултразвукови аксесоари като сонотроди, проточни клетки, реактори и усилватели на амплитудата позволява оптимално конфигуриране на система, която напълно отговаря на нуждите на нашите клиенти.

Инвестиция

Всички ултразвукови устройства на Hielscher са конструирани за 24/7 работа, което означава, че нашето оборудване позволява бърза възвръщаемост на инвестицията (RoI). Alupului и съавт. (2009) установяват в своето изследване, че икономическата обоснованост на прилагането на ултразвук с висок интензитет като относително евтин метод не бива да се пренебрегва. Освен това ултразвуковата екстракция е убедителна техника благодарение на лесното си използване и значителната си ефективност.