Extracción de estevia sin disolventes mediante ultrasonidos

La extracción convencional de los componentes dulces, como los glucósidos de esteviol, de Stevia rebaudiana utiliza disolventes tóxicos. Para obtener un producto alimentario saludable y de alta calidad, se requiere un método de extracción sin disolventes. La técnica de extracción ultrasónica evita el uso de disolventes y consigue rendimientos de extracción muy elevados en un tiempo de procesamiento breve. Por ello, la extracción ultrasónica de estevia destaca por su extraordinaria eficiencia y su respeto por el medio ambiente.

Extractos saludables mediante extracción ultrasónica

Los edulcorantes de estevia se consideran un producto beneficioso para la salud, elaborado a partir de las hojas de la planta Stevia rebaudiana Bertoni, y se utilizan como edulcorantes sin calorías. El dulzor se debe a los glucósidos diterpénicos, que son aproximadamente 300 veces más dulces que la sacarosa.
El contenido de glucósidos de stevia rebaudiana Bertoni está compuesto por esteviósido (5–10%), rebaudiósido A (2–4%), rebaudiósido C (1–2%), dulcósido A (0,5–1%), rebaudiósido B, rebaudiósido D y rebaudiósido E. A diferencia de los demás glucósidos, la rebaudiana A se caracteriza por no ser amarga. Por tanto, la rebaudiana A es el compuesto que más se busca obtener de las hojas de estevia. La extracción ultrasónica facilita la obtención de esteviósidos y rebaudiósidos de alta pureza. La extracción ultrasónica de glucósidos de esteviol puede realizarse fácilmente en agua y ofrece altos rendimientos con una velocidad de extracción muy elevada. La temperatura de extracción relativamente baja entre 60 °C y 80 °C permite un tratamiento suave que evita la degradación de los extractos.

Desde la aprobación de la estevia como edulcorante, la demanda de este sustituto natural del azúcar sin calorías ha aumentado considerablemente. Para suministrar los productos de estevia demandados, es necesario ampliar la capacidad de producción comercial. Los ultrasonidos son un método probado para la intensificación de la extracción.

Ventajas de la extracción ultrasónica:

• sin disolventes, por ejemplo, en agua
• mayores rendimientos
• altas velocidades de extracción
• ahorro de tiempo
• ahorro de costes
• seguridad
• respeto por el medio ambiente
• procesamiento por lotes o en línea

Extracción ultrasónica de estevia: resultados de investigación

Carbonell-Capella et al. (2016) compararon diversas técnicas de extracción de esteviósidos y rebaudiósidos. La mayor recuperación de esteviósido se obtuvo mediante extracción ultrasónica con el UP400S (véase la imagen de la izquierda), utilizando agua como disolvente; fue 3,5 veces mayor que con el método tradicional de difusión y 1,5 veces mayor que con las muestras de estevia molida. En este estudio, se suspendieron hojas de estevia (6 g) en agua (180 g) a 208C, con una relación sólido/líquido de 1:30 (w/w). La extracción ultrasónica se realizó con un procesador ultrasónico UP400S (Hielscher GmbH, Alemania), que funcionaba a 400 W y una frecuencia de 24 kHz. Para los experimentos, el equipo de investigación de Carbonell-Capella ajustó la amplitud al 100%, con un modo de sonicación continua. Se montó un sonotrodo de titanio H22 con un diámetro de 22 mm y una longitud de 100 mm para acoplar las ondas ultrasónicas a la muestra. La sonda se sumergió en una mezcla que contenía 6 g de hojas de estevia suspendidas en 180 g de agua o etanol/agua (50%), en un matraz de vidrio de cuello estrecho (capacidad de 1.000 mL). Las muestras se sumergieron en un baño de refrigeración para evitar el calentamiento inducido por la sonicación y la temperatura se mantuvo siempre por debajo de 50ºC). El aporte total de energía específica (W_spec, en kJ/kg) se calculó multiplicando la potencia del generador (400 J/s) (Potencia) por la duración total del tratamiento (sec) y dividiendo el resultado por la masa del producto (kg). La energía ultrasónica fue de 178 kJ/kg (para t_US = 80 sec.)
(cf. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) investigaron la extracción de glucósidos de esteviol junto con otros ingredientes funcionales de las hojas de estevia y concluyeron que la extracción ultrasónica es una tecnología respetuosa con el medio ambiente que puede utilizarse para extraer compuestos funcionales de las hojas de estevia con un tiempo de tratamiento significativamente menor y un consumo energético inferior a los de la extracción convencional.

Liu et al. (2010) investigaron la extracción ultrasónica de carbohidratos totales de Stevia rebaudiana Bertoni. Para maximizar el rendimiento de carbohidratos totales de Stevia rebaudiana Bertoni, se utilizaron muestras de estevia del tipo LUYU-131. Se empleó la metodología de superficie de respuesta (RSM) para optimizar las condiciones de extracción asistida por ultrasonidos. Los resultados indicaron que las condiciones óptimas eran una temperatura de extracción de 68 °C, una potencia acústica de 60 W y un tiempo de extracción de 32 min. Con la extracción asistida por ultrasonidos, el rendimiento de los extractos aumentó en un factor de 1,5 a una temperatura de extracción más baja (68 °C), y el tiempo de extracción (32 min.) se redujo sustancialmente en comparación con el de la extracción clásica. El análisis de los componentes de los extractos crudos reveló que la cantidad relativa de rebaudiósido A aumentó en los extractos obtenidos mediante ultrasonidos en comparación con los obtenidos mediante el proceso clásico, y que los extractos obtenidos mediante ultrasonidos tenían una mejor calidad.
Alupului y Lavric (2008) confirman en su estudio la mayor eficiencia de la extracción ultrasónica de estevia y afirman que la extracción de esteviósido de Stevia rebaudiana inducida por ultrasonidos aumenta la productividad doscientas veces respecto al remojo convencional y también reduce el tiempo de tratamiento. (cf. Alupului A., Lavric V., 2008)

Posprocesamiento ultrasónico de esteviósidos

Los ultrasonidos son un método fiable para mezclar, combinar y homogeneizar, por lo que se utilizan con frecuencia durante la formulación y la preparación del producto final. Cuando es necesario disolver el extracto de estevia en un líquido, los ultrasonidos son una técnica rápida y eficiente para preparar una mezcla homogénea – independientemente de la viscosidad. La disolución ultrasónica permite preparar soluciones altamente saturadas e incluso sobresaturadas.

Sistemas de extracción ultrasónica

La gama de productos de Hielscher cubre sus necesidades – tanto si desea extraer volúmenes pequeños y medianos para análisis e investigación como si necesita realizar extracciones a gran escala para la producción comercial. Nuestra gama de ultrasonicadores incluye equipos ultrasónicos de laboratorio, sistemas de sobremesa para I+D y plantas piloto, así como sistemas ultrasónicos industriales de alta potencia con hasta 16.000 vatios por unidad, que pueden agruparse e instalarse fácilmente en contenedores. Nuestra amplia selección de accesorios ultrasónicos, como sonotrodos, celdas de flujo, reactores y amplificadores de amplitud, permite configurar de forma óptima el sistema que mejor se adapte a las necesidades de nuestros clientes.

Inversión

Todos los equipos ultrasónicos de Hielscher están diseñados para funcionar 24/7 y, por tanto, nuestros equipos permiten un rápido retorno de la inversión (RoI). Alupului et al. (2009) constataron durante su investigación que no debe pasarse por alto la justificación económica de la aplicación de ultrasonidos de alta intensidad como método de bajo coste relativo. Además, la extracción ultrasónica es una técnica convincente por su facilidad de uso y su notable eficiencia.