استخراج استویا بدون حلال با فراصوت
در استخراج متداول ترکیبات شیرین مانند استویوگلیکوزیدها از Stevia rebaudiana، از حلال‌های سمی استفاده می‌شود. برای دستیابی به یک محصول غذایی سالم و باکیفیت، به روشی برای استخراج بدون حلال نیاز است. روش استخراج فراصوتی، بدون استفاده از حلال‌ها، در زمان پردازش کوتاه به بازده استخراج بسیار بالایی دست می‌یابد. ازاین‌رو، استخراج فراصوتی استویا به‌دلیل کارایی چشمگیر و سازگاری با محیط‌زیست متمایز است.
عصاره‌های سالم با استخراج فراصوتی
شیرین‌کننده‌های استویا قرار است محصولی سودمند برای سلامت باشند که از برگ‌های گیاه Stevia rebaudiana Bertoni تهیه می‌شوند و به‌عنوان شیرین‌کننده‌ای بدون کالری به کار می‌روند. شیرینی آن‌ها ناشی از گلیکوزیدهای دی‌ترپنی است که تقریباً 300 برابر شیرین‌تر از ساکارز هستند.
محتوای گلیکوزیدی stevia rebaudiana Bertoni از استویوسید (5–10%)، ربائودیوسید A (2–4%)، ربائودیوسید C (1–2%)، دولکوسید A (0٫5–1%)، ربائودیوسید B، ربائودیوسید D و ربائودیوسید E تشکیل شده است. برخلاف گلیکوزیدهای دیگر، rebaudiana A با نداشتن تلخی مشخص می‌شود. بنابراین، rebaudiana A اصلی‌ترین ترکیب هدف برای استخراج از برگ‌های استویا است. استخراج فراصوتی به استخراج استویوسیدها و ربائودیوسیدهای با خلوص بالا کمک می‌کند. استخراج فراصوتی گلیکوزیدهای استویول را می‌توان به‌آسانی در آب انجام داد و با سرعت استخراج بسیار بالا به بازده‌های بالایی دست یافت. دمای نسبتاً پایین استخراج در محدودهٔ بین 60°C و 80°C ملایم است و از تخریب عصاره‌ها جلوگیری می‌کند.
SonoStation – مجموعه‌ای کامل برای پردازش فراصوتی، شامل مخزن، پمپ، همزن و دستگاه فراصوت
از زمانی که استفاده از استویا به‌عنوان شیرین‌کننده تأیید شده است، تقاضا برای این جایگزین طبیعی و بدون کالری شکر به‌طور چشمگیری افزایش یافته است. برای تأمین محصولات استویای مورد تقاضا، باید ظرفیت تولید تجاری افزایش یابد. فراصوت روشی اثبات‌شده است برای تشدید استخراج.
مزایای استخراج فراصوتی:
- بدون حلال، برای مثال در آب
- بازده بالاتر
- سرعت بالای استخراج
- صرفه‌جویی در زمان
- صرفه‌جویی در هزینه
- ایمن
- سازگار با محیط‌زیست
- پردازش ناپیوسته یا درون‌خطی
استخراج فراصوتی استویا: نتایج پژوهش‌ها
Carbonell-Capella et al. (2016) روش‌های مختلف استخراج را برای استخراج استویوسیدها و ربائودیوسیدها مقایسه کردند. بیشترین بازیابی استویوسید با استخراج فراصوتی به‌وسیلهٔ UP400S (تصویر سمت چپ را ببینید) و با استفاده از آب به‌عنوان حلال به دست آمد؛ این مقدار در مقایسه با روش متداول انتشار 3٫5 برابر و در مقایسه با نمونه‌های آسیاب‌شدهٔ استویا 1٫5 برابر بیشتر بود. در این مطالعه، برگ‌های استویا (6 g) در آب (180 g)، در دمای 208C و با نسبت جامد/مایع 1:30 (w/w) معلق شدند. استخراج فراصوتی با استفاده از پردازشگر فراصوتی UP400S (Hielscher GmbH، آلمان) انجام شد که با توان 400 W و فرکانس 24 kHz کار می‌کرد. تیم پژوهشی Carbonell-Capella برای آزمایش‌ها دامنه را روی 100% و حالت فراصوت‌دهی را روی پیوسته تنظیم کرد. یک سونوتْرود تیتانیومی H22 با قطر 22 mm و طول 100 mm نصب شد تا امواج فراصوت را به نمونه منتقل کند. پروب در مخلوطی حاوی 6 g برگ استویا معلق در 180 g آب یا اتانول/آب (50%)، در یک بالن شیشه‌ای دهانه‌باریک (با گنجایش 1٬000 mL)، فرو برده شد. نمونه‌ها در حمام خنک‌کننده غوطه‌ور شدند تا از گرم‌شدن ناشی از فراصوت‌دهی جلوگیری شود و دما همواره کمتر از 50ºC نگه داشته شد). کل انرژی ویژهٔ ورودی (Wspec، برحسب kJ/kg) با ضرب توان مولد (400 J/s) (Power) در کل مدت پردازش (sec) و تقسیم حاصل بر جرم محصول (kg) محاسبه شد. انرژی فراصوت برابر با 178 kJ/kg بود (برای tUS = 80 sec.)
(رجوع کنید به Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) استخراج گلیکوزیدهای استویول را همراه با سایر مواد مؤثرهٔ عملکردی از برگ‌های استویا بررسی کردند و نتیجه گرفتند که استخراج فراصوتی فناوری سازگار با محیط‌زیست است که می‌توان از آن برای استخراج ترکیبات عملکردی از برگ‌های استویا با زمان پردازش به‌مراتب کوتاه‌تر و مصرف انرژی کمتر نسبت به استخراج متداول استفاده کرد.
Liu et al. (2010) استخراج فراصوتی کربوهیدرات‌های کل از Stevia rebaudiana Bertoni را بررسی کردند. برای به‌حداکثر رساندن بازده کربوهیدرات‌های کل از Stevia rebaudiana Bertoni، استویای نوع LUYU-131 به‌عنوان نمونه استفاده شد. برای بهینه‌سازی شرایط استخراج به کمک فراصوت، روش سطح پاسخ (RSM) به کار رفت. نتایج نشان داد که شرایط بهینهٔ استخراج عبارت بودند از دمای استخراج 68°C، توان صوتی 60 W و زمان استخراج 32 min. با استفاده از استخراج به کمک فراصوت، بازده عصاره‌ها افزایش یافت به میزان 1٫5 برابر، در دمای پایین‌تر استخراج (68°C) و زمان استخراج (32 min.) در مقایسه با استخراج کلاسیک به‌طور چشمگیری کوتاه‌تر شد. تجزیه‌وتحلیل ترکیبات عصاره‌های خام نشان داد که مقدار نسبی ربائودیوسید A در عصاره‌های حاصل از استخراج به کمک فراصوت در مقایسه با عصاره‌های به‌دست‌آمده از فرایند کلاسیک افزایش یافته بود و عصاره‌های حاصل از استخراج به کمک فراصوت دارای کیفیت بهتری بودند.
Alupului and Lavric (2008) در مطالعهٔ خود کارایی برتر استخراج فراصوتی استویا را تأیید می‌کنند و بیان می‌کنند که استخراج استویوسید از Stevia rebaudiana با فراصوت، در مقایسه با خیساندن متداول، بهره‌وری را دویست برابر افزایش می‌دهد و زمان پردازش را نیز کاهش می‌دهد. (رجوع کنید به Alupului A., Lavric V., 2008)
پس‌پردازش فراصوتی استویوسیدها
فراصوت روشی قابل‌اعتماد برای مخلوط‌کردن، آمیختن و همگن‌سازی است؛ بنابراین، فراصوت اغلب هنگام فرمولاسیون و ترکیب موادِ محصول نهایی به کار می‌رود. هنگامی که لازم است عصارهٔ استویا در یک مایع حل شود، فراصوت روشی سریع و کارآمد برای تهیهٔ مخلوطی همگن است – صرف‌نظر از گرانروی. فرایند فراصوتیِ حل‌کردن امکان تهیهٔ محلول‌هایی با درجهٔ اشباع بالا و حتی فوق‌اشباع را فراهم می‌کند.
سامانه‌های استخراج فراصوتی
مجموعهٔ محصولات Hielscher پاسخ‌گوی نیازهای شماست – چه بخواهید حجم‌های کوچک و متوسط را برای تجزیه‌وتحلیل و پژوهش استخراج کنید، چه در مقیاس بزرگ تولید تجاری استخراج انجام دهید. مجموعهٔ دستگاه‌های فراصوت ما شامل دستگاه‌های فراصوت آزمایشگاهی, سامانه‌های رومیزی برای تحقیق‌وتوسعه و واحدهای پایلوت و همچنین تجهیزات فراصوت صنعتی پرتوان است؛ سامانه‌هایی با توان حداکثر 16٬000 وات برای هر واحد مجزا، که به‌آسانی می‌توان آن‌ها را در قالب مجموعه‌های چندواحدی به هم متصل کرد و در کانتینر جای داد. ما مجموعهٔ گسترده‌ای از لوازم جانبی فراصوتی ارائه می‌کنیم؛ از جمله سونوتْرود، سلول‌های جریان، راکتورها و بوسترها، که امکان پیکربندی بهینهٔ سامانه‌ای کاملاً متناسب با نیازهای مشتریان ما را فراهم می‌کنند.
سرمایه‌گذاری
همهٔ دستگاه‌های فراصوت Hielscher برای کارکرد 24/7 ساخته شده‌اند؛ به این معنا که تجهیزات ما امکان بازگشت سریع سرمایه (RoI) را فراهم می‌کنند. Alupului et al. (2009) در پژوهش خود دریافتند که نباید توجیه اقتصادی کاربرد فراصوت با شدت بالا را به‌عنوان روشی نسبتاً کم‌هزینه نادیده گرفت. افزون بر این، استخراج فراصوتی روشی قابل‌اتکا است، به‌دلیل کاربری ساده و سطح چشمگیر کارایی آن.
ساختار مولکولی استویوسید.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
منابع / مراجع
- Carbonell-Capella, Juana; Šic Žlabur, Jana; Rimac, Suzana; Barba, Francisco; Grimi, Nabil; Koubaa, Mohamed; Brncic, Mladen; Vorobiev, Eugene (2016): Electrotechnologies, microwaves, and ultrasounds combined with binary mixtures of ethanol and water to extract steviol glycosides and antioxidant compounds from Stevia rebaudiana leaves. Journal of Food Processing and Preservation 41, 2016.
- 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.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Alupului, Ani Toboc; Vasile, Lavric (2008): Artificial Neural Network Modelling of Ultrasound and Microwave Extraction of Bioactive Constituents from Medicinal Plants. Chem. Eng. Trans. 14, 2008. 83–90.
- 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.
- Wang L.; Weller C.L. (2006): Recent advances in extraction of nutraceuticals from plants. Trends in Food Science and Technology 17, 2006. 300-312.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
نکات دانستنی
گلیکوزیدهای استویول
گلیکوزیدهای استویول موادی هستند که طعم شیرین برگ‌های استویا را ایجاد می‌کنند. این گلیکوزیدهای استویول از ترکیبات دی‌ترپنی هستند. ساختار شیمیایی آن‌ها بر پایهٔ مولکول استویول است که در آن، اتم هیدروژن گروه کربوکسیل با یک مولکول گلوکز جایگزین می‌شود تا یک استر تشکیل شود و هیدروژن گروه هیدروکسیل با ترکیب‌هایی از گلوکز و رامنوز جایگزین می‌شود تا یک استال تشکیل شود.
گلیکوزیدهای استویول موجود در برگ‌های S. rebaudiana عبارت‌اند از (با درصد وزنی تقریبی):
- استویوسید (5–10%)
- ربائودیوسید A (2–4%)
- ربائودیوسید C (1–2%)
- دولکوسید A (0٫5–1%)
- ربائودیوسید B
- ربائودیوسید D
- ربائودیوسید E
ربائودیوسید B، ربائودیوسید D و ربائودیوسید E فقط در مقادیر بسیار ناچیز یافت می‌شوند. مخلوط گلیکوزیدهای استویول استخراج‌شده از این گیاه که به‌صورت تجاری عرضه و به‌عنوان شیرین‌کنندهٔ بدون کالری استفاده می‌شود، عمدتاً از حدود 80% استویوسید، 8% ربائودیوسید A و 0٫6% ربائودیوسید C تشکیل شده است.
تجهیزات فراصوتی
هموژنایزرهای فراصوتی بافت اغلب با نام‌های سونیکاتور پروبی/سونیفیکاتور، لیزکنندهٔ صوتی، تخریب‌کنندهٔ فراصوتی، آسیاب فراصوتی، سونوپاره‌ساز، سونیفایر، متلاشی‌کنندهٔ صوتی، تخریب‌کنندهٔ سلولی، پراکنده‌ساز فراصوتی، امولسیون‌ساز یا حل‌کننده شناخته می‌شوند. این اصطلاحات متفاوت از کاربردهای گوناگونی ناشی می‌شوند که می‌توان با فراصوت‌دهی انجام داد.