Stevian liuotteeton uutto ultraäänellä

Makeiden ainesosien, kuten stevioglykosidien, tavanomaisessa uutossa Stevia rebaudiana -kasvista käytetään myrkyllisiä liuottimia. Terveellisen ja korkealaatuisen elintarvikkeen saamiseksi tarvitaan liuotteeton uuttomenetelmä. Ultraääniuutolla vältetään liuottimien käyttö ja saavutetaan erittäin suuret uuttosaannot lyhyessä käsittelyajassa. Stevian ultraääniuutto erottuu siten erinomaisella tehokkuudellaan ja ympäristöystävällisyydellään.

Terveellisiä uutteita ultraääniuutolla

Steviamakeutusaineiden oletetaan olevan terveyttä edistäviä tuotteita, jotka valmistetaan Stevia rebaudiana Bertoni -yrtin lehdistä ja joita käytetään kalorittomina makeutusaineina. Makeus johtuu diterpeeniglykosideista, jotka ovat noin 300 kertaa makeampia kuin sakkaroosi.
Stevia rebaudiana Bertonin glykosidikoostumus muodostuu steviosidista (5–10%), rebaudiosidi A:sta (2–4%), rebaudiosidi C:stä (1–2%), dulkosidi A:sta (0,5–1%), rebaudiosidi B:stä, rebaudiosidi D:stä ja rebaudiosidi E:stä. Muista glykosideista poiketen rebaudiana A:lle on ominaista kitkeryyden puuttuminen. Siksi rebaudiana A on stevian lehdistä eniten tavoiteltu yhdiste. Ultraääniuutto auttaa uuttamaan erittäin puhtaita steviosideja ja rebaudiosideja. Stevioliglykosidien ultraääniuutto voidaan helposti suorittaa vedessä, ja sillä saavutetaan suuret saannot erittäin suurella uuttonopeudella. Suhteellisen alhainen uuttolämpötila 60°C:n ja 80°C:n välillä on hellävarainen, joten uutteiden hajoaminen estyy.

Stevian hyväksyminen makeutusaineeksi on lisännyt merkittävästi tämän luonnollisen ja kalorittoman sokerinkorvikkeen kysyntää. Kysyttyjen steviatuotteiden toimittamiseksi kaupallisen tuotannon kapasiteettia on kasvatettava. Ultraääni on hyväksi todettu menetelmä uuton tehostamiseen.

Ultraääniuuton edut:

• liuotteeton, esimerkiksi vedessä
• suuremmat saannot
• suuret uuttonopeudet
• ajansäästö
• kustannussäästöt
• turvallinen
• ympäristöystävällinen
• erä- tai jatkuvatoiminen käsittely

Stevian ultraääniuutto: tutkimustuloksia

Carbonell-Capella ym. (2016) vertailivat erilaisia uuttotekniikoita steviosidien ja rebaudiosidien uuttamiseen. Suurin steviosidin talteenottosaanto saavutettiin ultraääniuutolla käyttäen laitetta UP400S (katso vasemmalla oleva kuva) ja vettä liuottimena. Saanto oli 3,5-kertainen perinteiseen diffuusiomenetelmään verrattuna ja 1,5-kertainen jauhettuihin stevianäytteisiin verrattuna. Tässä tutkimuksessa stevian lehdet (6 g) suspendoitiin veteen (180 g) lämpötilassa 208C kiinteän aineen ja nesteen suhteella 1:30 (w/w). Ultraääniuutto suoritettiin ultraääniprosessorilla UP400S (Hielscher GmbH, Saksa), joka toimi 400 W:n teholla ja 24 kHz:n taajuudella. Kokeita varten Carbonell-Capellan tutkimusryhmä asetti amplitudiksi 100% ja käytti jatkuvaa ultraäänikäsittelyä. Ultraääniaaltojen kytkemiseksi näytteeseen asennettiin titaaninen H22-sonotrodi, jonka halkaisija oli 22 mm ja pituus 100 mm. Anturi upotettiin seokseen, jossa 6 g stevian lehtiä oli suspendoitu 180 g:aan vettä tai etanoli-vesiseosta (50%) kapeakaulaisessa lasipullossa (tilavuus 1 000 mL). Näytteet upotettiin jäähdytyshauteeseen ultraäänikäsittelyn aiheuttaman lämpenemisen välttämiseksi, ja lämpötila pidettiin aina alle 50ºC:n). Kokonaisominaisenergiapanos (W_spec, yksikkönä kJ/kg) laskettiin kertomalla generaattorin teho (400 J/s) (Power) käsittelyn kokonaiskestolla (sec) ja jakamalla tulos tuotteen massalla (kg). Ultraäänienergia oli 178 kJ/kg (kun t_US = 80 sec.)
(vrt. Carbonell-Capella ym. 2016)
Sic-Zlabur ym., (2015) tutkivat stevioliglykosidien ja muiden funktionaalisten ainesosien uuttamista stevian lehdistä ja päättelivät, että ultraääniuutto on ympäristöystävällinen tekniikka, jota voidaan käyttää funktionaalisten yhdisteiden uuttamiseen stevian lehdistä huomattavasti lyhyemmällä käsittelyajalla ja pienemmällä energiankulutuksella kuin tavanomaisessa uutossa.

Liu ym. (2010) tutkivat kokonaishiilihydraattien ultraääniuuttoa Stevia rebaudiana Bertoni -kasvista. Stevia rebaudiana Bertonin kokonaishiilihydraattisaannon maksimoimiseksi näytteinä käytettiin LUYU-131-tyypin steviaa. Ultraääniavusteisen uuton olosuhteiden optimointiin käytettiin vastepintamenetelmää (RSM). Tulokset osoittivat, että optimaaliset uutto-olosuhteet olivat 68°C:n uuttolämpötila, 60 W:n ultraääniteho ja 32 min:n uuttoaika. Ultraääniavusteisessa uutossa uutteiden saanto kasvoi 1,5-kertaiseksi alemmassa uuttolämpötilassa (68°C), ja uuttoaika (32 min.) lyheni huomattavasti perinteiseen uuttoon verrattuna. Raakauutteiden koostumusanalyysi osoitti, että rebaudiosidi A:n suhteellinen määrä kasvoi ultraääniavusteisesti valmistetuissa uutteissa perinteisellä menetelmällä valmistettuihin uutteisiin verrattuna ja että ultraääniavusteiset uutteet olivat laadultaan parempia.
Alupului ja Lavric (2008) vahvistavat tutkimuksessaan stevian ultraääniuuton erinomaisen tehokkuuden ja toteavat, että ultraäänen aikaansaama steviosidin uutto Stevia rebaudiana -kasvista parantaa tuottavuuden kaksisataakertaiseksi tavanomaiseen liotukseen verrattuna ja myös lyhentää käsittelyaikaa. (vrt. Alupului A., Lavric V., 2008)

Steviosidien jälkikäsittely ultraäänellä

Ultraääni on luotettava menetelmä sekoittamiseen, seosten valmistamiseen ja homogenointiin, joten ultraääntä käytetään usein lopputuotteen formuloinnissa ja ainesosien yhdistämisessä. Kun steviauute on liuotettava nesteeseen, ultraääni on nopea ja tehokas tekniikka homogeenisen seoksen valmistamiseen – viskositeetista riippumatta. Ultraäänellä liuottaminen mahdollistaa pitkälle kyllästyneiden ja jopa ylikylläisten liuosten valmistamisen.

Ultraääniuuttojärjestelmät

Hielscherin tuotevalikoima kattaa tarpeesi – halusitpa uuttaa pieniä ja keskisuuria määriä analyysiä ja tutkimusta varten tai uuttaa laajassa kaupallisessa tuotannossa. Ultraäänilaitteiden tuotevalikoimaamme kuuluu laboratorion ultraäänilaitteita, pöytämallisia järjestelmiä tutkimus- ja kehitystyöhön sekä pilottilaitoksiin samoin kuin teollisia suuritehoisia ultraäänijärjestelmiä, joiden teho on jopa 16 000 wattia yksikköä kohti ja jotka voidaan helposti yhdistää laitekokonaisuuksiksi ja sijoittaa kontteihin. Laaja ultraäänilaitteiden lisävarustevalikoimamme , joka sisältää esimerkiksi sonotrodeja, virtauskennoja, reaktoreita ja amplitudinvahvistimia, mahdollistaa asiakkaamme tarpeisiin täydellisesti sopivan järjestelmän optimaalisen kokoonpanon.

Investointi

Kaikki Hielscherin ultraäänilaitteet on suunniteltu 24/7 käyttöön, mikä tarkoittaa, että laitteistomme mahdollistaa investoinnin nopean tuoton (RoI). Alupului ym. (2009) totesivat tutkimuksessaan, ettei voimakkaan ultraäänen käytön taloudellista perusteltavuutta suhteellisen edullisena menetelmänä pidä jättää huomiotta. Lisäksi ultraääniuutto on vakuuttava tekniikka helppokäyttöisyytensä ja huomattavan tehokkuutensa ansiosta.