Extrakce stévie bez rozpouštědel pomocí ultrazvuku

Konvenční extrakce sladkých složek, jako jsou stevioglykosidy, ze Stevia rebaudiana využívá toxická rozpouštědla. Pro získání zdravého a vysoce kvalitního potravinářského produktu je nutná extrakční metoda bez rozpouštědel. Technika ultrazvukové extrakce se obejde bez použití rozpouštědel a dosahuje velmi vysokých extrakčních výtěžků v krátké době zpracování. Ultrazvuková extrakce stévie tak vyniká mimořádnou účinností a šetrností k životnímu prostředí.

Zdravé extrakty díky ultrazvukové extrakci

Stévijní sladidla jsou považována za zdraví prospěšný produkt vyráběný z listů byliny Stevia rebaudiana Bertoni a používají se jako bezkalorické sladidlo. Sladkost způsobují diterpenové glykosidy, které jsou přibl. 300krát sladší než sacharóza.
Obsah glykosidů ve stevia rebaudiana Bertoni tvoří steviosid (5–10%), rebaudiosid A (2–4%), rebaudiosid C (1–2%), dulkosid A (0,5–1%), rebaudiosid B, rebaudiosid D a rebaudiosid E. Na rozdíl od ostatních glykosidů se rebaudiana A vyznačuje tím, že není hořká. Proto je rebaudiana A nejvíce žádanou cílovou sloučeninou z listů stévie. Ultrazvuková extrakce napomáhá extrakci steviosidů a rebaudiosidů o vysoké čistotě. Ultrazvuková extrakce steviolových glykosidů je snadno proveditelná ve vodě a poskytuje vysoké výtěžky při velmi vysoké rychlosti extrakce. Relativně nízká extrakční teplota v rozmezí 60°C až 80°C je šetrná, takže se zabrání degradaci extraktů.

Od doby, kdy byla stévie schválena jako sladidlo, výrazně vzrostla poptávka po této přírodní bezkalorické náhražce cukru. Aby bylo možné poptávané stévijní produkty zajistit, je nutné rozšířit kapacity komerční výroby. Ultrazvuk je osvědčenou metodou pro intenzifikaci extrakce.

Výhody ultrazvukové extrakce:

• bez rozpouštědel, např. ve vodě
• vyšší výtěžky
• vysoká rychlost extrakce
• úspora času
• úspora nákladů
• bezpečnost
• šetrnost k životnímu prostředí
• vsádkové nebo průtokové (inline) zpracování

Ultrazvuková extrakce stévie: výsledky výzkumu

Carbonell-Capella et al. (2016) porovnali různé extrakční techniky pro extrakci steviosidů a rebaudiosidů. Nejvyššího výtěžku steviosidu bylo dosaženo při ultrazvukové extrakci přístrojem UP400S (viz obrázek vlevo) s vodou jako rozpouštědlem, a to 3,5krát vyššího ve srovnání s tradiční difuzní metodou a 1,5krát vyššího než u mletých vzorků stévie. V této studii byly listy stévie (6 g) suspendovány ve vodě (180 g) při 208C v poměru pevné látky ku kapalině 1:30 (w/w). Ultrazvuková extrakce byla provedena pomocí ultrazvukového procesoru UP400S (Hielscher GmbH, Německo), pracujícího s výkonem 400 W při frekvenci 24 kHz. Pro experimenty nastavil výzkumný tým Carbonell-Capella amplitudu na 100% s kontinuálním režimem sonikace. Titanová sonotroda H22 o průměru 22 mm a délce 100 mm byla namontována za účelem přenosu ultrazvukových vln do vzorku. Sonda byla ponořena do směsi obsahující 6 g listů stévie suspendovaných ve 180 g vody nebo ethanolu/vody (50%) v baňce s úzkým hrdlem (objem 1 000 mL). Vzorky byly ponořeny do chladicí lázně, aby se zabránilo zahřívání vyvolanému sonikací, a teplota byla vždy udržována pod 50ºC). Celkový specifický energetický vstup (W_spec, v kJ/kg) byl vypočten jako součin výkonu generátoru (400 J/s) (výkon) a celkové doby ošetření (sec) vydělený hmotností produktu (kg). Ultrazvuková energie činila 178 kJ/kg (pro t_US = 80 sec.)
(srov. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) zkoumali extrakci steviolových glykosidů spolu s dalšími funkčními složkami z listů stévie a dospěli k závěru, že ultrazvuková extrakce je technologie šetrná k životnímu prostředí, kterou lze použít k extrakci funkčních sloučenin z listů stévie s výrazně kratší dobou ošetření a nižší spotřebou energie ve srovnání s konvenční extrakcí.

Liu et al. (2010) zkoumali ultrazvukovou extrakci celkových sacharidů ze Stevia rebaudiana Bertoni. Za účelem maximalizace výtěžku celkových sacharidů ze Stevia rebaudiana Bertoni byla jako vzorky použita stévie typu LUYU-131. K optimalizaci podmínek ultrazvukem asistované extrakce byla použita metodika odezvové plochy (RSM). Výsledky ukázaly, že optimálními extrakčními podmínkami byly extrakční teplota 68°C, akustický výkon 60 W a doba extrakce 32 min. Při ultrazvukem asistované extrakci se výtěžek extraktů zvýšil o faktor 1,5 při nižší extrakční teplotě (68°C) a doba extrakce (32 min.) se ve srovnání s klasickou extrakcí podstatně zkrátila. Analýza složek surových extraktů ukázala, že relativní množství rebaudiosidu A se v extraktech získaných ultrazvukem asistovanou extrakcí zvýšilo ve srovnání s extrakty získanými klasickým postupem a že extrakty získané ultrazvukem asistovanou extrakcí měly lepší kvalitu.
Alupului a Lavric (2008) ve své studii potvrzují vynikající účinnost ultrazvukové extrakce stévie a uvádějí, že ultrazvukem indukovaná extrakce steviosidu ze Stevia rebaudiana vede ke dvousetnásobnému zvýšení produktivity oproti konvenčnímu máčení a také ke kratší době ošetření. (srov. Alupului A., Lavric V., 2008)

Ultrazvukové následné zpracování steviosidů

Ultrazvuk je spolehlivou metodou pro míchání, mísení a homogenizaci, a proto se ultrazvuk často používá při formulaci a kompaundaci finálního produktu. Pokud je třeba stévijní extrakt rozpustit v kapalině, je ultrazvuk rychlou a účinnou technikou pro přípravu homogenní směsi – bez ohledu na viskozitu. Ultrazvukové rozpouštění umožňuje připravit vysoce nasycené, a dokonce i přesycené roztoky.

Ultrazvukové extrakční systémy

Produktová řada Hielscher pokryje Vaše potřeby – ať už chcete extrahovat menší a středně velké objemy pro analýzu a výzkum, nebo extrahovat ve velkém komerčním výrobním měřítku. Naše produktová řada ultrazvukových zařízení zahrnuje laboratorní ultrazvuková zařízení, stolní systémy pro výzkum a vývoj a pilotní provozy, jakož i průmyslové vysoce výkonné ultrazvukové systémy s výkonem až 16 000 wattů na jednu jednotku, které lze snadno sdružovat do clusterů a umisťovat do kontejnerů. Náš široký výběr ultrazvukového příslušenství, jako jsou sonotrody, průtokové cely, reaktory a boostery, umožňuje optimální konfiguraci dokonale odpovídajícího systému podle potřeb našich zákazníků.

Investice

Všechna ultrazvuková zařízení Hielscher jsou konstruována pro provoz 24/7 , což znamená, že naše zařízení umožňují rychlou návratnost investic (RoI). Alupului et al. (2009) ve svém výzkumu zjistili, že nelze opomíjet ekonomické opodstatnění aplikace vysoce intenzivního ultrazvuku jako relativně nízkonákladové metody. Kromě toho je ultrazvuková extrakce přesvědčivou technikou díky svému jednoduchému použití a značné účinnosti.