Ekstrakcija stevije bez otapala s ultrazvukom

Konvencionalna ekstrakcija slatkih komponenti kao što su stevioglikozidi iz Stevije rebaudiane koristi toksična otapala. Kako bi se dobio zdrav prehrambeni proizvod visoke kvalitete, potrebna je metoda ekstrakcije bez otapala. Tehnikom ultrazvučne ekstrakcije izbjegava se upotreba otapala čime se postižu vrlo visoki prinosi ekstrakcije u kratkom vremenu obrade. Pritom se ultrazvučna ekstrakcija stevije ističe izvanrednom učinkovitošću i ekološkom prihvatljivošću.

Zdravi ekstrakti ultrazvučnom ekstrakcijom

Stevia zaslađivači bi trebali biti zdravstveno koristan proizvod napravljen od listova biljke Stevia rebaudiana Bertoni i koriste se kao zaslađivači bez kalorija. Slatkoću uzrokuju diterpenski glikozidi koji su cca. 300 puta slađi od saharoze.
Sadržaj glikozida stevije rebaudiane Bertoni sastoji se od steviozida (5-10%), rebaudiozida A (2-4%), rebaudiozida C (1-2%), dulkozida A (0,5-1%), rebaudiozida B, rebaudiozida D , i rebaudiozid E. Za razliku od drugih glikozida, rebaudiana A se odlikuje negorčinom. Stoga je rebaudiana A najciljaniji spoj iz listova stevije. Ultrazvučna ekstrakcija pomaže ekstrakciju steviozida i rebaudiozida visoke čistoće. ultrazvučna ekstrakcija steviol glikozida može se lako provesti u vodi i daje visoke prinose uz vrlo visoku stopu ekstrakcije. Relativno niska temperatura ekstrakcije između 60°C i 80°C je blag kako bi se spriječila degradacija ekstrakata.

Budući da je stevija odobrena kao zaslađivač, značajno je porasla potražnja za prirodnom zamjenom za šećer bez kalorija. Kako bi se osigurali traženi proizvodi od stevije, potrebno je proširiti kapacitete komercijalne proizvodnje. Ultrazvuk je dokazana metoda za intenzifikacija ekstrakcije.

Prednosti ultrazvučne ekstrakcije:

• bez otapala, npr. u vodi
• veći prinosi
• visoke stope ekstrakcije
• ušteda vremena
• ušteda
• Sef
• ekološki prihvatljivo
• skupna ili inline obrada

Ultrazvučna ekstrakcija stevije: rezultati istraživanja

Carbonell-Capella i sur. (2016) usporedili su različite ekstrakcijske tehnike za ekstrakciju steviozida i rebaudiozida. Najveći oporavak steviozida dobiven je primjenom ultrazvučne ekstrakcije s UP400S (vidi sliku lijevo) koristeći vodu kao otapalo, što je 3,5 puta više u usporedbi s tradicionalnom metodom difuzije i 1,5 puta više od samljevenih uzoraka stevije. U ovoj studiji, listovi stevije (6 g) suspendirani su u vodi (180 g) na 208 C u omjeru krutina/tekućina od 1:30 (w/w). Ultrazvučna ekstrakcija je izvedena pomoću an ultrazvučni procesor UP400S (Hielscher GmbH, Njemačka), radi na 400 W i frekvenciji od 24 kHz. Za pokuse, istraživački tim Carbonell-Capella postavio je amplitudu na 100%, s kontinuiranim načinom sonikacije. Montirana je titanska sonotroda H22 promjera 22 mm i duljine 100 mm za spajanje ultrazvučnih valova u uzorak. Sonda je uronjena u smjesu koja je sadržavala 6 g listova stevije suspendiranih u 180 g vode ili etanol/voda (50%) u staklenoj tikvici s uskim grlom (kapacitet držanja 1000 mL). Uzorci su uronjeni u kupelj za hlađenje kako bi se izbjeglo zagrijavanje izazvano sonikacijom, a temperatura je uvijek održavana nižom od 50ºC). Ukupni specifični unos energije (W_spec, u kJ/kg) izračunato je množenjem snage generatora (400 J/s) (Snaga) s ukupnim trajanjem obrade (sek) podijeljeno s masom proizvoda (kg). Energija ultrazvuka bila je 178 kJ/kg (za t_NAS = 80 sekundi)
(usp. Carbonell-Capella et al. 2016.)
Sic-Zlabur i sur., (2015.) istraživali su ekstrakciju steviol glikozida zajedno s drugim funkcionalnim sastojcima iz lišća stevije i zaključili da je ultrazvučna ekstrakcija ekološki prihvatljiva tehnologija koja se može koristiti za ekstrakciju funkcionalnih spojeva iz lišća stevije s znatno kraće vrijeme tretmana i manja potrošnja energije u usporedbi s konvencionalnom ekstrakcijom.

Liu i sur. (2010.) istraživali su ultrazvučnu ekstrakciju ukupnih ugljikohidrata iz Stevije rebaudiane Bertoni. Kako bi se maksimizirao prinos ukupnih ugljikohidrata iz Stevije rebaudiane Bertoni, kao uzorci korištena je stevija iz vrste LUYU-131. Metodologija površine odziva (RSM) korištena je za optimizaciju uvjeta ekstrakcije potpomognute ultrazvukom. Rezultati su pokazali da su optimalni uvjeti ekstrakcije bili temperatura ekstrakcije od 68°C, zvučna snaga od 60 W i vrijeme ekstrakcije od 32 minute. Koristeći ekstrakciju potpomognutu ultrazvukom, povećan prinos ekstrakata faktorom 1,5 na niža temperatura ekstrakcije (68°C) i vrijeme ekstrakcije (32 min.) znatno skraćeno u usporedbi s klasičnom ekstrakcijom. Analiza komponenti sirovih ekstrakata otkrila je da se relativna količina rebaudiozida A povećala u ekstraktima potpomognutim ultrazvukom u usporedbi s ekstraktima dobivenim klasičnim postupkom, a ekstrakti potpomognuti ultrazvukom imali su bolja kvaliteta.
Alupului i Lavric (2008.) potvrđuju u svojoj studiji vrhunsku učinkovitost ultrazvučne ekstrakcije stevije navodeći da ekstrakcija steviozidom stevije rebaudiane inducirana ultrazvukom rezultira dvjesto puta većom produktivnošću u odnosu na konvencionalno namakanje, a također i kraćim vremenom tretmana. (usp. Alupului A., Lavrić V., 2008.)

Ultrazvučna naknadna obrada steviozida

Ultrazvuk je pouzdana metoda za miješanje, miješanje i Homogeniziranje, stoga se ultrazvuk često koristi tijekom formuliranja i slaganja konačnog proizvoda. Kada se ekstrakt stevije mora otopiti u tekućini, ultrazvuk je brza i učinkovita tehnika za pripremu homogene mješavine – bez obzira na viskoznost. Ultrazvučni otapanje omogućuje pripremu visoko zasićenih, pa čak i prezasićenih otopina.

Ultrazvučni sustavi ekstrakcije

Hielscherov asortiman proizvoda pokriva vas – želite li ekstrahirati manje i srednje količine za analizu i istraživanje ili ekstrahirati u velikim komercijalnim proizvodnim razmjerima. Naš asortiman ultrazvučnih uređaja uključuje ultrazvučni laboratorijski uređaji, bench-top sustavi za R&D i pilot postrojenja kao i industrijski ultrazvuk velike snage sustavi s do 16 000 vata po jednoj jedinici, koja se lako može grupirati i spremati u spremnike. Naš širok izbor ultrazvučnih uređaja Pribor kao što su sonotrode, protočne ćelije, reaktori i pojačivači omogućavaju optimalnu konfiguraciju sustava koji savršeno odgovara potrebama naših kupaca.

Ulaganje

Svi Hielscher ultrazvučni uređaji napravljeni su za 24/7 rad što znači da naša oprema omogućuje brzi povrat ulaganja (RoI). Alupului i sur. (2009) su tijekom istraživanja utvrdili da je činjenica ekonomske opravdanosti primjene ultrazvuka visokog intenziteta kao relativnog niska cijena metoda se ne smije zanemariti. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija je uvjerljiva tehnika zbog svoje jednostavno korištenje i značajan Učinkovitost.