Ekstrakcija stevije ultrazvukom bez otapala

Konvencionalna ekstrakcija slatkih sastojaka, poput stevioglikozida, iz biljke Stevia rebaudiana provodi se uz uporabu toksičnih otapala. Kako bi se dobio zdrav, visokokvalitetan prehrambeni proizvod, potrebna je metoda ekstrakcije bez otapala. Tehnikom ultrazvučne ekstrakcije izbjegava se uporaba otapala, a pritom se postižu vrlo visoki prinosi ekstrakcije u kratkom vremenu obrade. Stoga se ultrazvučna ekstrakcija stevije ističe iznimnom učinkovitošću i ekološkom prihvatljivošću.

Zdravi ekstrakti ultrazvučnom ekstrakcijom

Smatra se da su sladila od stevije proizvod blagotvoran za zdravlje, dobiven iz listova biljke Stevia rebaudiana Bertoni, a upotrebljavaju se kao sladilo bez kalorija. Slatkoća potječe od diterpenskih glikozida koji su približno 300 puta slađi od saharoze.
Glikozidni sastav biljke stevia rebaudiana Bertoni čine steviozid (5–10%), rebaudiozid A (2–4%), rebaudiozid C (1–2%), dulkozid A (0,5–1%), rebaudiozid B, rebaudiozid D i rebaudiozid E. Za razliku od ostalih glikozida, rebaudiana A odlikuje se odsutnošću gorčine. Stoga je rebaudiana A najtraženiji spoj iz listova stevije. Ultrazvučna ekstrakcija pomaže pri ekstrakciji steviozida i rebaudiozida visoke čistoće. Ultrazvučna ekstrakcija steviol-glikozida može se jednostavno provesti u vodi te daje visoke prinose uz vrlo veliku brzinu ekstrakcije. Relativno niska temperatura ekstrakcije između 60°C i 80°C omogućuje blagu obradu kojom se sprječava razgradnja ekstrakata.

Otkako je stevija odobrena kao sladilo, potražnja za tom prirodnom zamjenom za šećer bez kalorija znatno je porasla. Kako bi se osigurali traženi proizvodi od stevije, potrebno je proširiti kapacitete komercijalne proizvodnje. Ultrazvuk je dokazana metoda za intenziviranje ekstrakcije.

Prednosti ultrazvučne ekstrakcije:

• bez otapala, npr. u vodi
• viši prinosi
• velike brzine ekstrakcije
• ušteda vremena
• ušteda troškova
• sigurnost
• ekološka prihvatljivost
• šaržna obrada ili obrada u liniji

Ultrazvučna ekstrakcija stevije: rezultati istraživanja

Carbonell-Capella i sur. (2016) usporedili su različite tehnike ekstrakcije steviozida i rebaudiozida. Najveće iskorištenje steviozida postignuto je ultrazvučnom ekstrakcijom uređajem UP400S (vidjeti sliku lijevo) uz uporabu vode kao otapala te je bilo 3,5 puta veće nego pri tradicionalnoj difuzijskoj metodi i 1,5 puta veće nego kod mljevenih uzoraka stevije. U ovom su istraživanju listovi stevije (6 g) suspendirani u vodi (180 g) pri 208C uz omjer krute i tekuće faze od 1:30 (w/w). Ultrazvučna ekstrakcija provedena je pomoću ultrazvučnog procesora UP400S (Hielscher GmbH, Njemačka), koji radi pri snazi od 400 W i frekvenciji od 24 kHz. Za pokuse je istraživački tim Carbonell-Capella postavio amplitudu na 100%, uz kontinuirani način sonikacije. Postavljena je titanska sonotroda H22 promjera 22 mm i duljine 100 mm radi prijenosa ultrazvučnih valova u uzorak. Sonda je uronjena u smjesu koja je sadržavala 6 g listova stevije suspendiranih u 180 g vode ili smjese etanola i vode (50%) u staklenoj tikvici s uskim grlom (zapremnine 1.000 mL). Uzorci su uronjeni u rashladnu kupelj kako bi se izbjeglo zagrijavanje izazvano sonikacijom, a temperatura se uvijek održavala ispod 50ºC). Ukupni specifični unos energije (W_spec, u kJ/kg) izračunat je množenjem snage generatora (400 J/s) (snaga) s ukupnim trajanjem obrade (sec) i dijeljenjem s masom proizvoda (kg). Ultrazvučna energija iznosila je 178 kJ/kg (za t_US = 80 sec.)
(usp. Carbonell-Capella i sur. 2016)
Sic-Zlabur i sur., (2015) istraživali su ekstrakciju steviol-glikozida zajedno s drugim funkcionalnim sastojcima iz listova stevije te zaključili da je ultrazvučna ekstrakcija ekološki prihvatljiva tehnologija koja se može upotrebljavati za ekstrakciju funkcionalnih spojeva iz listova stevije uz znatno kraće vrijeme obrade i manju potrošnju energije u usporedbi s konvencionalnom ekstrakcijom.

Liu i sur. (2010) istraživali su ultrazvučnu ekstrakciju ukupnih ugljikohidrata iz biljke Stevia rebaudiana Bertoni. Kako bi se postigao najveći prinos ukupnih ugljikohidrata iz biljke Stevia rebaudiana Bertoni, kao uzorci upotrijebljena je stevija tipa LUYU-131. Za optimizaciju uvjeta ekstrakcije potpomognute ultrazvukom primijenjena je metodologija odzivnih površina (RSM). Rezultati su pokazali da su optimalni uvjeti ekstrakcije temperatura ekstrakcije od 68°C, ultrazvučna snaga od 60 W i vrijeme ekstrakcije od 32 min. Primjenom ekstrakcije potpomognute ultrazvukom prinos ekstrakata povećao se za faktor 1,5 pri nižoj temperaturi ekstrakcije (68°C), a vrijeme ekstrakcije (32 min.) znatno se skratilo u usporedbi s klasičnom ekstrakcijom. Analiza sastojaka sirovih ekstrakata pokazala je da se relativna količina rebaudiozida A povećala u ekstraktima dobivenima uz pomoć ultrazvuka u usporedbi s ekstraktima dobivenima klasičnim postupkom te da su ekstrakti dobiveni uz pomoć ultrazvuka bili bolje kvalitete.
Alupului i Lavric (2008) u svojem istraživanju potvrđuju nadmoćnu učinkovitost ultrazvučne ekstrakcije stevije, navodeći da ultrazvučno potaknuta ekstrakcija steviozida iz biljke Stevia rebaudiana rezultira dvjesto puta većom produktivnošću u odnosu na konvencionalno namakanje, kao i kraćim vremenom obrade. (usp. Alupului A., Lavric V., 2008)

Ultrazvučna naknadna obrada steviozida

Ultrazvuk je pouzdana metoda za miješanje, sjedinjavanje i homogeniziranje, stoga se često primjenjuje pri formuliranju i sastavljanju konačnog proizvoda. Kada je ekstrakt stevije potrebno otopiti u tekućini, ultrazvuk je brza i učinkovita tehnika za pripremu homogene smjese – neovisno o viskoznosti. Ultrazvučno otapanje omogućuje pripremu visoko zasićenih, pa čak i prezasićenih otopina.

Sustavi za ultrazvučnu ekstrakciju

Asortiman proizvoda Hielscher zadovoljava vaše potrebe – bilo da želite provoditi ekstrakciju manjih i srednjih volumena za analize i istraživanja ili ekstrakciju u velikim komercijalnim proizvodnim razmjerima. Naš asortiman ultrazvučnih uređaja uključuje laboratorijske ultrazvučne uređaje, stolne sustave za istraživanje i razvoj te pilot-postrojenja, kao i industrijske ultrazvučne sustave velike snage s do 16.000 vata po pojedinačnoj jedinici, koji se mogu jednostavno povezati u skupine i smjestiti u kontejnere. Naš širok izbor ultrazvučnog pribora , poput sonotroda, protočnih ćelija, reaktora i pojačivača amplitude, omogućuje optimalno konfiguriranje sustava koji savršeno odgovara potrebama naših kupaca.

Ulaganje

Svi ultrazvučni uređaji Hielscher izrađeni su za 24/7 rad, što znači da naša oprema omogućuje brz povrat ulaganja (RoI). Alupului i sur. (2009) tijekom svojeg istraživanja utvrdili su da se ne smije zanemariti ekonomska opravdanost primjene ultrazvuka visokog intenziteta kao relativno jeftine metode. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija uvjerljiva je tehnika zbog svoje jednostavne primjene i znatne učinkovitosti.