Lahustivaba stevia ekstraktsioon ultraheliga

Magusate komponentide, näiteks stevioglükosiidide, tavapärane ekstraheerimine liigist Stevia rebaudiana kasutab mürgiseid lahusteid. Tervisliku ja kvaliteetse toidutoote saamiseks on vaja lahustivaba ekstraktsioonimeetodit. Ultraheliekstraktsiooni tehnika väldib lahustite kasutamist ning saavutab lühikese töötlusaja jooksul väga kõrge ekstraktsioonisaagise. Seetõttu paistab ultraheli abil toimuv stevia ekstraktsioon silma erakordse tõhususe ja keskkonnasõbralikkusega.

Tervislikud ekstraktid ultraheliekstraktsiooniga

Stevia magusainetel arvatakse olevat tervist toetav toime; need valmistatakse rohttaime Stevia rebaudiana Bertoni lehtedest ning neid kasutatakse nullkalorilise magusainena. Magususe põhjustavad diterpeensed glükosiidid, mis on ligikaudu 300 korda magusamad kui sahharoos.
Stevia rebaudiana Bertoni glükosiidide sisaldus koosneb steviosiidist (5–10%), rebaudiosiid A-st (2–4%), rebaudiosiid C-st (1–2%), dulkosiid A-st (0,5–1%), rebaudiosiid B-st, rebaudiosiid D-st ja rebaudiosiid E-st. Erinevalt teistest glükosiididest iseloomustab rebaudiana A mõrususe puudumine. Seetõttu on rebaudiana A stevia lehtedest kõige enam taotletav ühend. Ultraheliekstraktsioon toetab kõrge puhtusastmega steviosiidide ja rebaudiosiidide ekstraheerimist. Ultraheliekstraktsioon steviolglükosiidide puhul on hõlpsasti teostatav vees ning annab kõrge saagise väga suure ekstraktsioonikiirusega. Suhteliselt madal ekstraktsioonitemperatuur vahemikus 60°C kuni 80°C on õrn, nii et ekstraktide lagunemine hoitakse ära.

Kuna stevia on heaks kiidetud magusainena, on nõudlus looduliku, kalorivaba suhkruasendaja järele märkimisväärselt kasvanud. Nõutud steviatoodete pakkumiseks tuleb laiendada tööstusliku tootmise võimsusi. Ultraheli on tõestatud meetod ekstraktsiooni intensiivistamiseks.

Ultraheliekstraktsiooni eelised:

• lahustivaba, nt vees
• suuremad saagised
• suured ekstraktsioonikiirused
• ajasäästlik
• kulusäästlik
• ohutu
• keskkonnasõbralik
• partii- või inline-töötlus

Stevia ekstraktsioon ultraheliga: uurimistulemused

Carbonell-Capella et al. (2016) võrdlesid mitmesuguseid ekstraktsioonitehnikaid steviosiidide ja rebaudiosiidide ekstraheerimiseks. Steviosiidi suurim saagis saadi ultraheliekstraktsiooniga seadmega UP400S (vt pilti vasakul), kasutades lahustina vett; see oli 3,5 korda suurem võrreldes traditsioonilise difusioonimeetodiga ja 1,5 korda suurem kui jahvatatud Stevia proovidel. Selles uuringus suspendeeriti stevia lehed (6 g) vees (180 g) temperatuuril 208C tahke aine ja vedeliku suhtega 1:30 (w/w). Ultraheliekstraktsioon teostati, kasutades ultraheliprotsessorit UP400S (Hielscher GmbH, Saksamaa), mis töötas võimsusel 400 W ja sagedusel 24 kHz. Katsete jaoks seadis Carbonell-Capella uurimisrühm amplituudi 100%-le pideva sonikeerimisrežiimiga. Ultraheli lainete sidumiseks proovi paigaldati titaanist sonotrood H22 läbimõõduga 22 mm ja pikkusega 100 mm. Sond kasteti segusse, mis sisaldas 6 g Stevia lehti, suspendeerituna 180 g vees või etanooli/vee (50%) segus kitsakaelalises klaaskolvis (mahutavus 1 000 mL). Proove hoiti jahutusvannis, et vältida sonikeerimisest tingitud kuumenemist, ning temperatuuri hoiti alati madalamal kui 50ºC). Kogu erienergiasisend (W_spec, ühikuga kJ/kg) arvutati, korrutades generaatori võimsuse (400 J/s) (võimsus) kogu töötlusajaga (sek) ja jagades toote massiga (kg). Ultraheli energia oli 178 kJ/kg (kui t_US = 80 sek.)
(vrd Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) uurisid steviolglükosiidide ja teiste funktsionaalsete koostisosade ekstraheerimist Stevia lehtedest ning jõudsid järeldusele, et ultraheliekstraktsioon on keskkonnasõbralik tehnoloogia, mida võib kasutada funktsionaalsete ühendite ekstraheerimiseks Stevia lehtedest oluliselt lühema töötlusaja ja väiksema energiatarbimisega võrreldes tavapärase ekstraktsiooniga.

Liu et al. (2010) uurisid kogusüsivesikute ultraheliekstraktsiooni liigist Stevia rebaudiana Bertoni. Stevia rebaudiana Bertoni kogusüsivesikute saagise maksimeerimiseks kasutati proovidena tüüpi LUYU-131 stevia. Ultraheli abil toimuva ekstraktsiooni tingimuste optimeerimiseks kasutati vastuspinna metoodikat (RSM). Tulemused näitasid, et optimaalsed ekstraktsioonitingimused olid ekstraktsioonitemperatuur 68°C, ultraheli võimsus 60 W ja ekstraktsiooniaeg 32 min. Ultraheli abil toimuvat ekstraktsiooni kasutades suurenes ekstraktide saagis 1,5-kordselt, kusjuures kasutati madalamat ekstraktsioonitemperatuuri (68°C) ning ekstraktsiooniaega (32 min.) lühendati oluliselt võrreldes klassikalise ekstraktsiooniga. Toorekstraktide komponentide analüüs näitas, et rebaudiosiid A suhteline sisaldus suurenes ultraheli abil saadud ekstraktides võrreldes klassikalise protsessiga saadud ekstraktidega ning ultraheli abil saadud ekstraktidel oli parem kvaliteet.
Alupului ja Lavric (2008) kinnitavad oma uuringus ultraheli abil toimuva stevia ekstraktsiooni paremat tõhusust, väites, et ultraheli abil toimuv steviosiidi ekstraheerimine liigist Stevia rebaudiana annab kahesaja korda parema tootlikkuse kui tavapärane leotamine ning ka lühema töötlusaja. (vrd Alupului A., Lavric V., 2008)

Steviosiidide ultraheli järeltöötlus

Ultraheli on usaldusväärne meetod segamiseks, kokkusegamiseks ja homogeniseerimiseks, seetõttu kasutatakse ultraheli sageli lõpptoote koostamisel ja kompaundeerimisel. Kui stevia ekstrakt tuleb vedelikus lahustada, on ultraheli kiire ja tõhus tehnika homogeense segu valmistamiseks – olenemata viskoossusest. Ultraheli lahustamine võimaldab valmistada väga kõrge küllastusastmega ja isegi üleküllastatud lahuseid.

Ultraheliekstraktsioonisüsteemid

Hielscheri tootevalik katab teie vajadused – olenemata sellest, kas soovite ekstraheerida väiksemaid ja keskmise suurusega mahtusid analüüsiks ja uuringuteks või ekstraheerida suures tööstuslikus tootmismahus. Meie ultraheli sonikaatorite tootevalik hõlmab ultraheli laboriseadmeid, lauaseadmeid teadus- ja arendustegevuse ning pilootjaamade jaoks, samuti tööstuslikke suure võimsusega ultraheli süsteeme võimsusega kuni 16 000 vatti ühe seadme kohta, mida saab hõlpsasti klastrisse ühendada ja konteinerisse paigutada. Meie lai valik ultraheli lisavarustust nagu sonotroodid, läbivoolukambrid, reaktorid ja boosterid võimaldab konfigureerida meie klientide vajadustele täpselt sobiva optimaalse süsteemi.

Investeering

Kõik Hielscheri ultraheliseadmed on ehitatud 24/7 töörežiimiks, mis tähendab, et meie seadmed võimaldavad kiiret investeeringutasuvust (RoI). Alupului et al. (2009) leidsid oma uuringus, et suure intensiivsusega ultraheli rakendamise majanduslikku põhjendatust ei tohi suhteliselt odava meetodina tähelepanuta jätta. Lisaks on ultraheliekstraktsioon veenev tehnika tänu oma lihtsale kasutamisele ja märkimisväärsele tõhususele.