Bei der herkömmlichen Extraktion der süßen Bestandteile wie Stevioglykoside aus Stevia rebaudiana werden giftige Lösungsmittel verwendet. Um ein gesundes, hochwertiges Lebensmittel zu erhalten, ist eine lösungsmittelfreie Extraktionsmethode erforderlich. Die Ultraschallextraktionstechnik vermeidet den Einsatz von Lösungsmitteln und erzielt sehr hohe Extraktionsausbeuten in kurzer Verarbeitungszeit. Dabei zeichnet sich die Ultraschall-Stevia-Extraktion durch hervorragende Effizienz und Umweltfreundlichkeit aus.

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.

Seit Stevia als Süßungsmittel zugelassen ist, ist die Nachfrage nach dem natürlichen, kalorienfreien Zuckerersatz deutlich gestiegen. Um die nachgefragten Stevia-Produkte anbieten zu können, müssen die Kapazitäten der kommerziellen Produktion erweitert werden. Ultraschall ist eine bewährte Methode zur 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

Carbonell-Capella et al. (2016) verglichen verschiedene Extraktionstechniken für die Extraktion von Steviosiden und Rebaudiosiden. Die höchste Gewinnung von Steviosid wurde bei der Ultraschallextraktion mit dem UP400S (siehe Bild links) unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel erzielt. Sie war 3,5 Mal höher als bei der traditionellen Diffusionsmethode und 1,5 Mal höher als bei gemahlenen Steviaproben. In dieser Studie wurden Steviablätter (6 g) in Wasser (180 g) bei 208°C in einem Fest-Flüssig-Verhältnis von 1:30 (w/w) suspendiert. Die Ultraschallextraktion erfolgte mit einem Ultraschallprozessor UP400S (Hielscher GmbH, Deutschland)mit einer Leistung von 400 W und einer Frequenz von 24 kHz. Für die Experimente stellte das Forschungsteam von Carbonell-Capella die Amplitude auf 100 % ein, mit einem kontinuierlichen Beschallungsmodus. Eine Titansonotrode H22 mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Länge von 100 mm wurde montiert, um die Ultraschallwellen in die Probe einzukoppeln. Die Sonde wurde in eine Mischung getaucht, die 6 g Steviablätter in 180 g Wasser oder Ethanol/Wasser (50 %) in einem enghalsigen Glaskolben (Fassungsvermögen 1 000 ml) enthielt. Die Proben wurden in ein Kühlbad getaucht, um eine Erhitzung durch die Beschallung zu vermeiden, und die Temperatur wurde immer unter 50ºC gehalten.) Der gesamte spezifische Energieaufwand (W_spec(in kJ/kg) wurde durch Multiplikation der Generatorleistung (400 J/s) (Leistung) mit der Gesamtbehandlungsdauer (sec) geteilt durch die Produktmasse (kg) berechnet. Die Ultraschallenergie betrug 178 kJ/kg (für t_US = 80 Sek.)
(vgl. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al. (2015) untersuchten die Extraktion von Steviolglykosiden zusammen mit anderen funktionellen Inhaltsstoffen aus Steviablättern und kamen zu dem Schluss, dass die Ultraschallextraktion eine umweltfreundliche Technologie ist, die für die Extraktion funktioneller Verbindungen aus Steviablättern mit einer deutlich kürzeren Behandlungszeit und einem geringeren Energieverbrauch im Vergleich zur konventionellen Extraktion verwendet werden kann.

Liu et al. (2010) untersuchten die Ultraschallextraktion von Gesamtkohlenhydraten aus Stevia rebaudiana Bertoni. Um die Ausbeute an Gesamtkohlenhydraten aus Stevia rebaudiana Bertoni zu maximieren, wurde Stevia vom Typ LUYU-131 als Probe verwendet. Zur Optimierung der ultraschallunterstützten Extraktionsbedingungen wurde die Response Surface Methodology (RSM) eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass die optimalen Extraktionsbedingungen eine Extraktionstemperatur von 68°C, eine Schallleistung von 60 W und eine Extraktionszeit von 32 Minuten waren. Mit der ultraschallunterstützten 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.
Alupului und Lavric (2008) bestätigen in ihrer Studie die überlegene Effizienz der Steviaextraktion mit Ultraschall und stellen fest, dass die ultraschallinduzierte Steviosidextraktion von Stevia rebaudiana zu einer zweihundertfachen Produktivitätssteigerung gegenüber dem konventionellen Einweichen und zu einer geringeren Behandlungsdauer führt. (vgl. Alupului A., Lavric V., 2008)

Nachgelagerte Ultraschallverarbeitung der Stevioside

Ultraschall ist eine zuverlässige Methode für das Mischen, Mischen 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.