Extraction de stévia sans solvant par ultrasons

L’extraction conventionnelle des composants sucrants, tels que les stévioglycosides, de Stevia rebaudiana fait appel à des solvants toxiques. Pour obtenir un produit alimentaire sain et de haute qualité, une méthode d’extraction sans solvant est nécessaire. La technique d’extraction par ultrasons évite l’utilisation de solvants tout en atteignant des rendements d’extraction très élevés en un temps de traitement court. L’extraction de stévia par ultrasons se distingue ainsi par une efficacité exceptionnelle et par son respect de l’environnement.

Des extraits sains grâce à l’extraction par ultrasons

Les édulcorants à base de stévia sont censés être un produit bénéfique pour la santé, fabriqué à partir des feuilles de la plante Stevia rebaudiana Bertoni, et sont utilisés comme édulcorant zéro calorie. Le goût sucré est dû à des glycosides diterpéniques, environ 300 fois plus sucrés que le saccharose.
La teneur en glycosides de stevia rebaudiana Bertoni se compose de stévioside (5–10%), de rébaudioside A (2–4%), de rébaudioside C (1–2%), de dulcoside A (0,5–1%), de rébaudioside B, de rébaudioside D et de rébaudioside E. Contrairement aux autres glycosides, la rebaudiana A se caractérise par son absence d’amertume. C’est pourquoi la rebaudiana A est le composé le plus recherché dans les feuilles de stévia. L’extraction par ultrasons favorise l’extraction de stéviosides et de rébaudiosides de grande pureté. L’extraction par ultrasons des glycosides de stéviol peut être facilement réalisée dans l’eau et donne des rendements élevés avec une vitesse d’extraction très élevée. La température d’extraction relativement basse comprise entre 60°C et 80°C est douce, de sorte que la dégradation des extraits est évitée.

Depuis que la stévia est autorisée comme édulcorant, la demande pour ce substitut naturel et sans calorie du sucre a considérablement augmenté. Pour fournir les produits à base de stévia demandés, les capacités de production commerciale doivent être étendues. Les ultrasons sont une méthode éprouvée pour l’intensification de l’extraction.

Avantages de l’extraction par ultrasons :

• sans solvant, p. ex. dans l’eau
• rendements plus élevés
• vitesses d’extraction élevées
• gain de temps
• réduction des coûts
• sûr
• respectueux de l’environnement
• traitement par lots ou en ligne

Extraction de stévia par ultrasons : résultats de recherche

Carbonell-Capella et al. (2016) ont comparé différentes techniques d’extraction pour l’extraction des stéviosides et des rébaudiosides. La récupération de stévioside la plus élevée a été obtenue par extraction par ultrasons avec le UP400S (voir l’image de gauche) en utilisant l’eau comme solvant ; elle était 3,5 fois supérieure à celle de la méthode de diffusion traditionnelle et 1,5 fois supérieure à celle des échantillons de stévia broyés. Dans cette étude, des feuilles de stévia (6 g) ont été mises en suspension dans de l’eau (180 g) à 208C avec un rapport solide/liquide de 1:30 (w/w). L’extraction par ultrasons a été réalisée à l’aide d’un processeur à ultrasons UP400S (Hielscher GmbH, Allemagne), fonctionnant à 400 W et à une fréquence de 24 kHz. Pour les expériences, l’équipe de recherche de Carbonell-Capella a réglé l’amplitude à 100%, en mode de sonication continu. Une sonotrode en titane H22 d’un diamètre de 22 mm et d’une longueur de 100 mm a été montée afin de coupler les ondes ultrasonores dans l’échantillon. La sonde a été immergée dans un mélange contenant 6 g de feuilles de stévia en suspension dans 180 g d’eau ou d’éthanol/eau (50%) dans une fiole en verre à col étroit (capacité 1 000 mL). Les échantillons ont été plongés dans un bain de refroidissement afin d’éviter l’échauffement induit par la sonication, et la température a toujours été maintenue en dessous de 50ºC). L’apport d’énergie spécifique total (W_spec, en kJ/kg) a été calculé en multipliant la puissance du générateur (400 J/s) (Puissance) par la durée totale du traitement (sec), divisée par la masse de produit (kg). L’énergie ultrasonore était de 178 kJ/kg (pour t_US = 80 sec.)
(cf. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) ont étudié l’extraction des glycosides de stéviol ainsi que d’autres ingrédients fonctionnels à partir de feuilles de stévia et ont conclu que l’extraction par ultrasons est une technologie respectueuse de l’environnement qui peut être utilisée pour l’extraction de composés fonctionnels des feuilles de stévia avec un temps de traitement nettement plus court et une consommation d’énergie plus faible par rapport à l’extraction conventionnelle.

Liu et al. (2010) ont étudié l’extraction par ultrasons des glucides totaux de Stevia rebaudiana Bertoni. Afin de maximiser le rendement en glucides totaux de Stevia rebaudiana Bertoni, de la stévia du type LUYU-131 a été utilisée comme échantillons. La méthodologie des surfaces de réponse (RSM) a été employée pour optimiser les conditions d’extraction assistée par ultrasons. Les résultats ont indiqué que les conditions d’extraction optimales étaient une température d’extraction de 68°C, une puissance sonore de 60 W et un temps d’extraction de 32 min. Grâce à l’extraction assistée par ultrasons, le rendement en extraits a augmenté d’un facteur 1,5 à une température d’extraction plus basse (68°C) et le temps d’extraction (32 min.) a été considérablement raccourci par rapport à celui de l’extraction classique. L’analyse des composants des extraits bruts a révélé que la quantité relative de rébaudioside A augmentait dans les extraits obtenus par ultrasons par rapport aux extraits obtenus par le procédé classique, et que les extraits assistés par ultrasons étaient de meilleure qualité.
Alupului et Lavric (2008) confirment dans leur étude l’efficacité supérieure de l’extraction de stévia par ultrasons, en indiquant que l’extraction de stévioside de Stevia rebaudiana induite par ultrasons multiplie la productivité par deux cents par rapport au trempage conventionnel, avec en outre un temps de traitement plus court. (cf. Alupului A., Lavric V., 2008)

Post-traitement des stéviosides par ultrasons

Les ultrasons sont une méthode fiable de mélange, brassage et homogénéisation, c’est pourquoi les ultrasons sont souvent utilisés lors de la formulation et du compoundage du produit final. Lorsque l’extrait de stévia doit être dissous dans un liquide, les ultrasons constituent une technique rapide et efficace pour préparer un mélange homogène – quelle que soit la viscosité. La dissolution par ultrasons permet de préparer des solutions fortement saturées, voire sursaturées.

Systèmes d’extraction par ultrasons

La gamme de produits Hielscher répond à tous vos besoins – que vous souhaitiez extraire des volumes petits et moyens pour l’analyse et la recherche ou extraire à grande échelle en production commerciale. Notre gamme d’ultrasonicateurs comprend des appareils de laboratoire à ultrasons, des systèmes de paillasse pour la R&D et les installations pilotes ainsi que des systèmes industriels à ultrasons de haute puissance allant jusqu’à 16 000 watts par unité, qui peuvent être facilement regroupés en clusters et intégrés dans des conteneurs. Notre vaste sélection de solutions à ultrasons, notamment des accessoires tels que sonotrodes, cellules à circulation, réacteurs et boosters, permet la configuration optimale d’un système parfaitement adapté aux besoins de nos clients.

Investissement

Tous les appareils à ultrasons Hielscher sont conçus pour fonctionner 24/7 – ce qui signifie que nos équipements permettent un retour sur investissement rapide (RoI). Alupului et al. (2009) ont constaté au cours de leurs recherches que la justification économique de l’application des ultrasons de haute intensité en tant que méthode relativement peu coûteuse ne doit pas être négligée. En outre, la technique d’extraction par ultrasons est convaincante en raison de sa simplicité d’utilisation et de sa grande efficacité.