Ekstraktion af stevia uden opløsningsmidler med ultralyd

Ved konventionel ekstraktion af de søde bestanddele såsom stevioglykosider fra Stevia rebaudiana anvendes giftige opløsningsmidler. For at opnå et sundt fødevareprodukt af høj kvalitet kræves en ekstraktionsmetode uden opløsningsmidler. Ultralydsekstraktionsteknikken undgår brugen af opløsningsmidler og opnår meget høje ekstraktionsudbytter på kort behandlingstid. Dermed udmærker ultralydsekstraktion af stevia sig ved en enestående effektivitet og miljøvenlighed.

Sunde ekstrakter med ultralydsekstraktion

Steviasødemidler formodes at være et sundhedsgavnligt produkt fremstillet af bladene fra urten Stevia rebaudiana Bertoni og anvendes som et kaloriefrit sødemiddel. Sødmen skyldes diterpenglykosider, der er ca. 300 gange sødere end sakkarose.
Glykosidindholdet i stevia rebaudiana Bertoni består af steviosid (5–10%), rebaudiosid A (2–4%), rebaudiosid C (1–2%), dulcosid A (0,5–1%), rebaudiosid B, rebaudiosid D og rebaudiosid E. I modsætning til de andre glykosider er rebaudiana A kendetegnet ved ikke at være bittert. Derfor er rebaudiana A den forbindelse i steviabladene, som man primært søger at udvinde. Ultralydsekstraktion understøtter ekstraktionen af steviosider og rebaudiosider med høj renhed. Ultralydsekstraktion af steviolglykosider kan nemt udføres i vand og giver høje udbytter ved en meget høj ekstraktionshastighed. Den relativt lave ekstraktionstemperatur mellem 60°C og 80°C er skånsom, så nedbrydning af ekstrakterne forhindres.

Siden stevia blev godkendt som sødemiddel, er efterspørgslen efter den naturlige, kaloriefrie sukkererstatning steget betydeligt. For at levere de efterspurgte steviaprodukter skal kapaciteten i den kommercielle produktion udvides. Ultralyd er en gennemprøvet metode til intensivering af ekstraktion.

Fordele ved ultralydsekstraktion:

• uden opløsningsmidler, f.eks. i vand
• højere udbytter
• høje ekstraktionshastigheder
• tidsbesparende
• omkostningsbesparende
• sikker
• miljøvenlig
• batchbehandling eller inlinebehandling

Ultralydsekstraktion af stevia: Forskningsresultater

Carbonell-Capella et al. (2016) sammenlignede forskellige ekstraktionsteknikker til ekstraktion af steviosider og rebaudiosider. Den højeste genvinding af steviosid blev opnået ved ultralydsekstraktion med UP400S (se billedet til venstre) med vand som opløsningsmiddel og var 3,5 gange højere end ved den traditionelle diffusionsmetode og 1,5 gange højere end for formalede steviaprøver. I dette studie blev steviablade (6 g) suspenderet i vand (180 g) ved 208C med et forhold mellem fast stof og væske på 1:30 (w/w). Ultralydsekstraktionen blev udført med en ultralydsprocessor UP400S (Hielscher GmbH, Tyskland), der arbejdede ved 400 W og en frekvens på 24 kHz. Til forsøgene indstillede Carbonell-Capellas forskerhold amplituden til 100% med kontinuerlig sonikering. En titaniumsonotrode H22 med en diameter på 22 mm og en længde på 100 mm blev monteret for at koble ultralydsbølgerne ind i prøven. Sonden blev nedsænket i en blanding med 6 g steviablade suspenderet i 180 g vand eller ethanol/vand (50%) i en glaskolbe med smal hals (kapacitet 1.000 mL). Prøverne blev nedsænket i et kølebad for at undgå opvarmning forårsaget af sonikeringen, og temperaturen blev altid holdt under 50ºC). Den samlede specifikke energitilførsel (W_spec, i kJ/kg) blev beregnet ved at gange generatorens effekt (400 J/s) (effekt) med den samlede behandlingsvarighed (sek) og dividere med produktets masse (kg). Ultralydsenergien var 178 kJ/kg (for t_US = 80 sek.)
(jf. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) undersøgte ekstraktionen af steviolglykosider sammen med andre funktionelle indholdsstoffer fra steviablade og konkluderede, at ultralydsekstraktion er en miljøvenlig teknologi, som kan anvendes til ekstraktion af funktionelle forbindelser fra steviablade med en betydeligt kortere behandlingstid og et lavere energiforbrug sammenlignet med konventionel ekstraktion.

Liu et al. (2010) undersøgte ultralydsekstraktion af samlede kulhydrater fra Stevia rebaudiana Bertoni. For at maksimere udbyttet af samlede kulhydrater fra Stevia rebaudiana Bertoni blev stevia af typen LUYU-131 anvendt som prøvemateriale. Responsoverflademetoden (RSM) blev anvendt til at optimere betingelserne for den ultralydsassisterede ekstraktion. Resultaterne viste, at de optimale ekstraktionsbetingelser var en ekstraktionstemperatur på 68°C, en ultralydseffekt på 60 W og en ekstraktionstid på 32 min. Ved brug af ultralydsassisteret ekstraktion blev udbyttet af ekstrakter øget med en faktor på 1,5 ved den lavere ekstraktionstemperatur (68°C), og ekstraktionstiden (32 min.) blev væsentligt forkortet sammenlignet med klassisk ekstraktion. Analysen af råekstrakternes bestanddele viste, at den relative mængde rebaudiosid A steg i de ultralydsassisterede ekstrakter sammenlignet med ekstrakter fremstillet ved den klassiske proces, og at de ultralydsassisterede ekstrakter havde bedre kvalitet.
Alupului og Lavric (2008) bekræfter i deres studie den overlegne effektivitet af ultralydsekstraktion af stevia og angiver, at ultralydsinduceret ekstraktion af steviosid fra Stevia rebaudiana giver to hundrede gange højere produktivitet end konventionel iblødsætning samt en kortere behandlingstid. (jf. Alupului A., Lavric V., 2008)

Efterbehandling af steviosider med ultralyd

Ultralyd er en pålidelig metode til blanding, sammenblanding og homogenisering, og derfor anvendes ultralyd ofte ved formulering og sammensætning af det færdige produkt. Når steviaekstraktet skal opløses i en væske, er ultralyd en hurtig og effektiv teknik til at fremstille en homogen blanding – uanset viskositeten. Opløsning med ultralyd gør det muligt at fremstille stærkt mættede og endda overmættede opløsninger.

Ultralydsekstraktionssystemer

Hielschers produktsortiment dækker dine behov – uanset om du vil ekstrahere mindre og mellemstore volumener til analyse og forskning eller ekstrahere i stor kommerciel produktionsskala. Vores produktsortiment af ultralydsapparater omfatter ultralydsapparater til laboratorier, bordmodeller til forskning og udvikling samt pilotanlæg såvel som industrielle ultralydssystemer med høj effekt med op til 16.000 watt pr. enkelt enhed, som nemt kan samles i grupper og installeres i containere. Vores brede udvalg af ultralydstilbehør såsom sonotroder, flowceller, reaktorer og boostere gør det muligt at konfigurere det system optimalt, som passer perfekt til vores kunders behov.

Investering

Alle ultralydsapparater fra Hielscher er bygget til 24/7 drift, hvilket betyder, at vores udstyr muliggør et hurtigt investeringsafkast (RoI). Alupului et al. (2009) fandt i deres forskning, at den økonomiske begrundelse for anvendelsen af ultralyd med høj intensitet som en relativt billig metode ikke bør overses. Desuden er ultralydsekstraktion en overbevisende teknik på grund af dens enkle anvendelse og betydelige effektivitet.