Hielscher – Ultraschall-Technologie

Lösungsmittelfreie Stevia-Extraktion mittels Ultraschall

  • Bei der konventionelle Gewinnung von Süßstoff- Komponenten wie Stevioglykosiden aus der Stevia Rebaudiana-Pflanze werden oftmals giftige Lösungsmittel verwendet.
  • Um ein gesundes und vorteilhafte Nahrungsmittel zu gewinnen, ist eine lösemittelfreie Extraktions-Verfahren erforderlich.
  • Die ultraschall-gestütuzte Extraktiontechnik kommt ohne Lösungsmittel aus und erzielt dennoch sehr hohe Erträge.

Unbelastete Extrakte durch Ultraschall-Extraktion

Stevia-basierte Süßungsmittel gelten als ein gesundheitsförderndes Produkt. Stevia-Süßungsmittel werden aus den Blättern der Stevia Rebaudiana Bertoni-Pflanze gewonnen und werden als kalorienfreier Süßstoff genutzt. Die Süße der Steviapfanze beruht auf den sogenannten Diterpenglykosiden. Die Süßkraft von Diterpenglykoside ist ca. 300-mal stärker als die von Saccharose (sog. Haushaltszucker).
Der Glykosidgehalt der Stevia Rebaudiana Bertoni-Pflanze setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: Steviosid (5–10 %), Rebaudiosid A (2–4 %), Rebaudiosid C (1–2 %), Dulcosid A (0,5–1 %), Rebaudiosid B, Rebaudiosid D und Rebaudiosid E. Im Gegensatz zu den übrigen Glykosiden zeichnet sich Rebaudiana A durch die fehlenden Bitterstoffe aus und ist daher das ideale Süßungsmittel. Daher ist Rebaudiana A der Stoff, der vorrangig aus den Stevia-Blättern extrahiert wird. Die Ultraschall-Extraktion unterstützt die Gewinnung von Steviosiden und Rebaudiosiden mit höchstem Reinheitsgrad. Die Ultraschall-Extraktion von Steviolglykosiden kann problemlos lösungsmittelfrei in Wasser durchgeführt werden. Gleichzeitig lassen sich hohe Erträge innerhalb sehr kurzer Extraktionszeiten erzielen. Die relativ geringe Extraktionstemperatur zwischen 60°C und 80°C ist ausreichend mild, so dass eine Zersetzung des Extrakts vermieden wird.

Ultraschall-Extraktion von Stevia
Seitdem ist Stevia auch in der EU als Süßungsmittel zugelassen ist, hat die Nachfrage nach dem natürlichen kalorienfreien Zuckerersatzstoff deutlich zugenommen. Um die Nachfrage nach Steviaprodukten befriedigen zu können, müssen die Extraktionskapazitäten in der kommerziellen Steviaproduktion erweitert werden. Ultraschall ist eine bewährte Methode der Extraktionsprozessintensivierung.

Vorteile der Ultraschall-Extraktion:

  • lösemittelfrei, z.B. mit Wasser
  • höhere Erträge
  • hohe Extraktionsraten
  • zeitsparend
  • kostensparend
  • sicher
  • umweltfreundlich
  • Batch- oder Inline-Verarbeitung

Ultraschall-gestützte Stevia-Extraktion: Forschungsergebnisse

Liu et al. (2010) untersuchten die ultraschall-gestützte Extraktion des Gesamtkohlenhydratgehaltes aus der Stevia Rebaudiana Bertoni-Pflanze mit dem Hielscher Ultraschallgerät UP400S. Um die Extraktionsausbeute aus der Stevia Rebaudiana Bertoni-Pflanze zu untersuchen und zu maximieren, wurde Steviaproben vom Typ LUYU-131 verwendet. Um die Prozessbedingungen der Ultraschallextraktion optimieren zu können, wurde die Response Surface Methodolgy (RSM) eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten auf, dass bei einer Extraktionstemperatur von 68°C, der Ultraschallleistung von 60 W und eine Extraktionszeit von 32 Min. optimale Extraktionbedingungen vorlagen. Mittels der ultraschall-gestützten Extraktion konnte die Extraktionsausbeute um das 1,5-fache gesteigert werden, wobei die Ultraschallextraktion mit einer niedrigeren Extraktionstemperatur (68C°) und einer deutlich verkürzten Extraktionsdauer (32 Min.) im Vergleich zu klassischen Extraktion signifikant mildere Prozessbedingungen aufweist. Die Komponenten-Analyse der Extrakte ergab, dass durch die Ultraschallextraktion der Rebaudiosid A-Gehalt gesteigert werden konnte. Zudem waren die mit Ultraschall gewonnenen Extrakte qualitativ hochwertiger.

Nachgelagerte Ultraschallverarbeitung der Stevioside

Ultraschall ist eine zuverlässige Methode für das Mischen, Vermahlen und Homogenisieren, deshalb wird Ultraschall wird häufig für die Formulierung und Compoundierung von Endprodukten eingesetzt. Wenn das Stevia-Extrakt in einer Flüssigkeit gelöst werden soll, ist Ultraschall eine schnelle und effiziente Technik, um eine homogene Mischung herzustellen – egal welche Sättigung bzw. Viskosität die Lösung aufweist. Das ultraschall-gestützte Lösen ermöglicht die Herstellung von hochgesättigten und sogar übersättigten Lösungen.

Ultraschall-Extraktionssysteme

Hielscher's breite Produktpalette bietet Ihnen das passende Ultraschallsystem für Ihre Anwendung – egal ob Sie kleine und mittlere Volumina für Analyse- und Forschungszwecke oder für die großangelegte kommerzielle Produktion extrahieren wollen. Unser Sortiment umfasst Ultraschall-Laborgeräte, Benchtop-Systeme für F&E, Pilotanlagen sowie industrielle Hochleistungs-Ultraschall Systeme mit bis zu 16000 Watt pro Einheit. Hielscher Industrie-Ultraschallgeäte können problemlos geclustert und containerisiert werden. Unsere breite Auswahl an Ultraschall- Zubehör , wie z.B. Sonotroden, Durchflusszellen, Reaktoren und Booster, ermöglichen die optimale Konfiguration für optimal auf Kundenanforderungen abgestimmte Systeme.

Investition

Alle Hielscher-Ultraschallgeräte sind für den 24/7 Betrieb gebaut. Das bedeutet, dass unser Ultraschallequipment einen schnellen Return on Investment (RoI) ermöglicht. Alupului et al. (2009) haben bei ihrer Forschung zur Ultraschallextraktion von Stevia festgestellt, dass der Einsatz von Hochleistung-Ultraschall eine kostengünstige Methode ist. Darüber hinaus überzeugt die Ultraschall-Extraktion aufgrund ihrer einfachen Nutzung und ihrer deutlich höheren Effizienz.

Ultraschall verstärkt die Gewinnung von Steviosiden wie Rebaudiosid A deutlich.

Molekülstruktur von Steviosid

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Literatur

  • Liu, Jie; Li, Jin-Wei; Tang, Jian (2010): Ultrasonically assisted extraction of total carbohydrates from Stevia rebaudiana Bertoni and identification of extracts. Food and Bioproducts Processing 88/ 2-3, 2010. 215-221.
  • Toboc, Ani (Alupului); Lavric, Vasile (2012): Artificial Neural Network Modelling of Ultrasound and Microwave Extraction of Bioactive Constituents from Medicinal Plants. Revista Chimica 63/7, 2012. 743-748.
  • Wang L.; Weller C.L. (2006): Recent advances in extraction of nutraceuticals from plants. Trends in Food Science and Technology 17, 2006. 300-312.
  • Žlabur, Jana Šic; Voća, Sandra; Dobričević, Nadica; Brnčić, Mladen; Dujmić, Filip; Karlović, Sven (2012): Possibilities of Using High Intensity Ultrasound Technology with Stevia – a Review. Croatian Journal of Food Technology, Biotechnology and Nutrition 7, 2012. 152-158.

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Wissenswertes

Ultraschall-Homogenisatoren werden oft als Sonicator, Ultraschall-Lysegerät, Ultraschall-Disruptor, Ultraschall-Labormühle, Sono-Ruptor, Sonifier, Dismembrator, Zell-Disruptor, Ultraschall-Dispergierer oder Ultraschallemulgiergerät bezeichnet. Die unterschiedlichen Bezeichnungen ergeben sich aus den zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen, für die Ultraschallgeräte eingesetzt werden.