Ekstrakcija stevije bez otapala pomoću ultrazvuka

Konvencionalna ekstrakcija slatkih komponenti, kao što su stevioglikozidi, iz biljke Stevia rebaudiana koristi toksična otapala. Da bi se dobio zdrav, visokokvalitetan prehrambeni proizvod, potrebna je metoda ekstrakcije bez otapala. Tehnika ultrazvučne ekstrakcije izbjegava upotrebu otapala i postiže vrlo visoke prinose ekstrakcije u kratkom vremenu obrade. Time se ultrazvučna ekstrakcija stevije ističe izuzetnom efikasnošću i ekološkom prihvatljivošću.

Zdravi ekstrakti pomoću ultrazvučne ekstrakcije

Zaslađivači od stevije navodno su proizvod povoljan za zdravlje, dobijen od listova biljke Stevia rebaudiana Bertoni, a koriste se kao zaslađivač bez kalorija. Slatkoću uzrokuju diterpenski glikozidi, koji su otprilike 300 puta slađi od saharoze.
Sadržaj glikozida u biljci stevia rebaudiana Bertoni sastoji se od steviozida (5–10%), rebaudiozida A (2–4%), rebaudiozida C (1–2%), dulkozida A (0,5–1%), rebaudiozida B, rebaudiozida D i rebaudiozida E. Za razliku od ostalih glikozida, rebaudiana A odlikuje se odsustvom gorčine. Stoga je rebaudiana A najtraženije jedinjenje iz listova stevije. Ultrazvučna ekstrakcija pomaže ekstrakciju steviozida i rebaudiozida visoke čistoće. Ultrazvučna ekstrakcija steviolskih glikozida može se lako provoditi u vodi i daje visoke prinose pri vrlo visokoj brzini ekstrakcije. Relativno niska temperatura ekstrakcije između 60°C i 80°C je blaga, tako da se sprječava razgradnja ekstrakata.

Otkako je stevija odobrena kao zaslađivač, potražnja za prirodnom zamjenom za šećer bez kalorija značajno je porasla. Da bi se osigurali traženi proizvodi od stevije, moraju se proširiti kapaciteti komercijalne proizvodnje. Ultrazvuk je dokazana metoda za intenziviranje ekstrakcije.

Prednosti ultrazvučne ekstrakcije:

• bez otapala, npr. u vodi
• veći prinosi
• velike brzine ekstrakcije
• ušteda vremena
• ušteda troškova
• sigurna
• ekološki prihvatljiva
• šaržna ili inline obrada

Ultrazvučna ekstrakcija stevije: rezultati istraživanja

Carbonell-Capella i sur. (2016) uporedili su različite tehnike ekstrakcije steviozida i rebaudiozida. Najveći povrat steviozida postignut je primjenom ultrazvučne ekstrakcije pomoću UP400S (vidi sliku lijevo) uz vodu kao otapalo, što je 3,5 puta više u poređenju s tradicionalnom metodom difuzije i 1,5 puta više nego kod samljevenih uzoraka stevije. U ovoj studiji listovi stevije (6 g) suspendovani su u vodi (180 g) na 208C pri omjeru čvrste i tečne faze 1:30 (w/w). Ultrazvučna ekstrakcija provedena je pomoću ultrazvučnog procesora UP400S (Hielscher GmbH, Njemačka), koji radi na 400 W i frekvenciji od 24 kHz. Za eksperimente je istraživački tim Carbonell-Capella podesio amplitudu na 100% uz kontinuirani način sonikacije. Titanijumska sonotroda H22 prečnika 22 mm i dužine 100 mm bila je montirana kako bi se ultrazvučni talasi spregnuli s uzorkom. Sonda je uronjena u smjesu koja je sadržavala 6 g listova stevije suspendovanih u 180 g vode ili etanola/vode (50%) u staklenoj tikvici uskog grla (zapremina 1.000 mL). Uzorci su uronjeni u rashladnu kupelj kako bi se izbjeglo zagrijavanje izazvano sonikacijom, a temperatura je uvijek održavana nižom od 50ºC). Ukupni specifični unos energije (W_spec, u kJ/kg) izračunat je množenjem snage generatora (400 J/s) (snaga) s ukupnim trajanjem tretmana (s), podijeljenim s masom proizvoda (kg). Ultrazvučna energija iznosila je 178 kJ/kg (za t_US = 80 s)
(usp. Carbonell-Capella i sur. 2016)
Sic-Zlabur i sur., (2015) istraživali su ekstrakciju steviolskih glikozida zajedno s drugim funkcionalnim sastojcima iz listova stevije i zaključili da je ultrazvučna ekstrakcija ekološki prihvatljiva tehnologija koja se može koristiti za ekstrakciju funkcionalnih jedinjenja iz listova stevije uz značajno kraće vrijeme obrade i manju potrošnju energije u poređenju s konvencionalnom ekstrakcijom.

Liu i sur. (2010) istraživali su ultrazvučnu ekstrakciju ukupnih ugljikohidrata iz biljke Stevia rebaudiana Bertoni. Kako bi se maksimizirao prinos ukupnih ugljikohidrata iz biljke Stevia rebaudiana Bertoni, kao uzorci korištena je stevija tipa LUYU-131. Za optimizaciju uvjeta ekstrakcije potpomognute ultrazvukom primijenjena je metodologija odzivne površine (RSM). Rezultati su pokazali da su optimalni uvjeti ekstrakcije bili temperatura ekstrakcije od 68°C, ultrazvučna snaga od 60 W i vrijeme ekstrakcije od 32 min. Primjenom ekstrakcije potpomognute ultrazvukom, prinos ekstrakata je povećan za faktor 1,5 pri nižoj temperaturi ekstrakcije (68°C), a vrijeme ekstrakcije (32 min.) znatno je skraćeno u odnosu na klasičnu ekstrakciju. Analiza komponenti sirovih ekstrakata pokazala je da se relativni udio rebaudiozida A povećao u ekstraktima dobijenim uz pomoć ultrazvuka u poređenju s ekstraktima dobijenim klasičnim postupkom, te da su ekstrakti dobijeni uz pomoć ultrazvuka imali bolji kvalitet.
Alupului i Lavric (2008) u svojoj studiji potvrđuju superiornu efikasnost ultrazvučne ekstrakcije stevije, navodeći da ekstrakcija steviozida iz biljke Stevia rebaudiana izazvana ultrazvukom rezultira poboljšanom produktivnošću u odnosu na konvencionalno potapanje za dvjesta puta, kao i kraćim vremenom tretmana. (usp. Alupului A., Lavric V., 2008)

Ultrazvučna naknadna obrada steviozida

Ultrazvuk je pouzdana metoda za miješanje, stapanje i homogenizaciju, stoga se ultrazvuk često koristi pri formulaciji i izradi smjesa konačnog proizvoda. Kada se ekstrakt stevije mora otopiti u tekućini, ultrazvuk je brza i efikasna tehnika za pripremu homogene smjese – bez obzira na viskoznost. Ultrazvučno otapanje omogućava pripremu visoko zasićenih, pa čak i prezasićenih otopina.

Ultrazvučni sistemi za ekstrakciju

Asortiman proizvoda kompanije Hielscher pokriva sve vaše potrebe – bilo da želite ekstrahovati manje i srednje zapremine za analizu i istraživanje ili ekstrahovati u velikom komercijalnom proizvodnom opsegu. Naša ponuda ultrazvučnih uređaja uključuje ultrazvučne laboratorijske uređaje, stolne sisteme za R&D i pilot-postrojenja, kao i industrijske ultrazvučne sisteme velike snage s do 16.000 vati po pojedinačnoj jedinici, koji se mogu lako povezivati u klastere i smjestiti u kontejnere. Naš širok izbor ultrazvučne dodatne opreme kao što su sonotroda, protočne ćelije, reaktori i boosteri omogućava optimalnu konfiguraciju savršeno odgovarajućeg sistema za potrebe naših kupaca.

Investicija

Svi Hielscher ultrazvučni uređaji izrađeni su za 24/7 rad, što znači da naša oprema omogućava brz povrat investicije (RoI). Alupului i sur. (2009) tokom svog istraživanja utvrdili su da se činjenica ekonomske opravdanosti primjene ultrazvuka visokog intenziteta kao relativno jeftine metode ne smije zanemariti. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija je uvjerljiva tehnika zbog jednostavne upotrebe i značajne efikasnosti.