Oldószermentes szteviaextrakció ultrahanggal

Az édes összetevők, például a sztevioglikozidok hagyományos extrakciója a Stevia rebaudiana növényből mérgező oldószereket használ. Egészséges, kiváló minőségű élelmiszer előállításához oldószermentes extrakciós módszerre van szükség. Az ultrahangos extrakciós technika elkerüli az oldószerek használatát, miközben rövid feldolgozási idő alatt nagyon magas extrakciós hozamot biztosít. Az ultrahangos szteviaextrakció így kiemelkedő hatékonyságával és környezetbarát jellegével tűnik ki.

Egészséges kivonatok ultrahangos extrakcióval

A szteviaalapú édesítőszereket a Stevia rebaudiana Bertoni nevű lágyszárú növény leveleiből készült, az egészségre jótékony hatásúnak tartott termékeknek tekintik, és kalóriamentes édesítőszerként használják őket. Az édes ízt diterpén-glikozidok adják, amelyek körülbelül 300-szor édesebbek a szacharóznál.
A stevia rebaudiana Bertoni glikozidtartalmát szteviozid (5–10%), rebaudiozid A (2–4%), rebaudiozid C (1–2%), dulkozid A (0,5–1%), rebaudiozid B, rebaudiozid D és rebaudiozid E alkotja. A többi glikoziddal ellentétben a rebaudiana A jellegzetessége, hogy nem keserű. Ezért a sztevialevelekből elsősorban a rebaudiana A vegyületet kívánják kinyerni. Az ultrahangos extrakció elősegíti a nagy tisztaságú szteviozidok és rebaudiozidok kinyerését. A szteviol-glikozidok ultrahangos extrakciója vízben könnyen elvégezhető, és nagyon nagy extrakciós sebesség mellett magas hozamot biztosít. A viszonylag alacsony extrakciós hőmérséklet 60°C és 80°C között kíméletes, így megakadályozza a kivonatok lebomlását.

Amióta a szteviát édesítőszerként engedélyezték, jelentősen megnőtt a kereslet e természetes, kalóriamentes cukorhelyettesítő iránt. Az igényelt szteviatermékek biztosításához bővíteni kell a kereskedelmi célú termelés kapacitását. Az ultrahang bevált módszer az extrakció intenzifikálására.

Az ultrahangos extrakció előnyei:

• oldószermentes, például vízben
• magasabb hozamok
• nagy extrakciós sebesség
• időmegtakarítás
• költségmegtakarítás
• biztonságos
• környezetbarát
• szakaszos vagy inline feldolgozás

Ultrahangos szteviaextrakció: kutatási eredmények

Carbonell-Capella és munkatársai (2016) különböző extrakciós technikákat hasonlítottak össze a szteviozidok és rebaudiozidok kinyerésére. A szteviozid legmagasabb kinyerési arányát az UP400S készülékkel végzett ultrahangos extrakcióval érték el (lásd a bal oldali képet), víz oldószerként történő alkalmazásával. Ez 3,5-szer magasabb volt a hagyományos diffúziós módszerrel elért értéknél, és 1,5-szer magasabb az őrölt szteviamintákénál. Ebben a vizsgálatban sztevialeveleket (6 g) szuszpendáltak vízben (180 g), 208C hőmérsékleten, 1:30 (w/w) szilárd/folyadék arány mellett. Az ultrahangos extrakciót egy UP400S ultrahangos processzorral (Hielscher GmbH, Németország) végezték, amely 400 W teljesítménnyel és 24 kHz frekvencián működött. A kísérletekhez Carbonell-Capella kutatócsoportja 100%-ra állította az amplitúdót, folyamatos ultrahangos kezelési üzemmód mellett. Egy 22 mm átmérőjű és 100 mm hosszú H22 titánszonotródát szereltek fel az ultrahanghullámok mintába történő becsatolására. A szondát egy keskeny nyakú üveglombikban (űrtartalom: 1 000 mL) lévő keverékbe merítették, amely 180 g vízben vagy etanol/víz elegyben (50%) szuszpendált 6 g sztevialevelet tartalmazott. A mintákat hűtőfürdőbe merítették az ultrahangos kezelés okozta felmelegedés elkerülésére, és a hőmérsékletet mindig 50ºC alatt tartották). A teljes fajlagos energiabevitelt (W_spec, kJ/kg egységben) úgy számították ki, hogy a generátor teljesítményét (400 J/s) (Power) megszorozták a kezelés teljes időtartamával (sec), majd elosztották a termék tömegével (kg). Az ultrahang energiája 178 kJ/kg volt (t_US = 80 sec. esetén).
(vö. Carbonell-Capella és munkatársai, 2016)
Sic-Zlabur és munkatársai (2015) a szteviol-glikozidok és más funkcionális összetevők sztevialevelekből történő kinyerését vizsgálták, és arra a következtetésre jutottak, hogy az ultrahangos extrakció környezetbarát technológia, amely a hagyományos extrakcióhoz képest jelentősen rövidebb kezelési idővel és alacsonyabb energiafogyasztással alkalmazható funkcionális vegyületek sztevialevelekből történő kinyerésére.

Liu és munkatársai (2010) a Stevia rebaudiana Bertoni teljes szénhidráttartalmának ultrahangos extrakcióját vizsgálták. A Stevia rebaudiana Bertoni teljes szénhidráttartalmának kinyerése során elérhető hozam maximalizálásához LUYU-131 típusú szteviát használtak mintaként. Az ultrahanggal segített extrakció körülményeinek optimalizálásához válaszfelület-módszertant (RSM) alkalmaztak. Az eredmények szerint az optimális extrakciós körülményeket 68°C extrakciós hőmérséklet, 60 W ultrahang-teljesítmény és 32 min extrakciós idő jelentette. Az ultrahanggal segített extrakció alkalmazásával a kivonatok hozama 1,5-szeresére nőtt az alacsonyabb extrakciós hőmérsékleten (68°C), az extrakciós idő (32 min.) pedig jelentősen lerövidült a hagyományos extrakcióhoz képest. A nyers kivonatok összetételének elemzése kimutatta, hogy az ultrahanggal segített extrakcióval kapott kivonatokban a rebaudiozid A relatív mennyisége nagyobb volt, mint a hagyományos eljárással kapott kivonatokban, és az ultrahanggal segített extrakcióval kapott kivonatok jobb minőségűek voltak.
Alupului és Lavric (2008) tanulmányukban megerősítik az ultrahangos szteviaextrakció kiemelkedő hatékonyságát, megállapítva, hogy a Stevia rebaudiana ultrahanggal előidézett szteviozid-extrakciója a hagyományos áztatáshoz képest kétszázszoros termelékenységet, valamint rövidebb kezelési időt eredményez. (vö. Alupului A., Lavric V., 2008)

A szteviozidok ultrahangos utófeldolgozása

Az ultrahang megbízható módszer a keverésre, elegyítésre és homogenizálásra, ezért gyakran alkalmazzák a végtermék formulálása és összetevőinek összeállítása során. Amikor a szteviakivonatot folyadékban kell feloldani, az ultrahang gyors és hatékony technika homogén elegy előállítására – a viszkozitástól függetlenül. Az ultrahangos oldás lehetővé teszi erősen telített, sőt túltelített oldatok előállítását.

Ultrahangos extrakciós rendszerek

A Hielscher termékkínálata minden igényt kielégít – akár kisebb és közepes mennyiségek extrakcióját szeretné elvégezni elemzési és kutatási célokra, akár nagyüzemi, kereskedelmi célú termeléshez kíván extrakciót végezni. Ultrahangos kezelőberendezéseink kínálatában megtalálhatók ultrahangos laboratóriumi készülékek, asztali rendszerek kutatás-fejlesztéshez és kísérleti üzemekhez, valamint nagy teljesítményű ipari ultrahangos rendszerek, amelyek egységenként akár 16 000 watt teljesítményt biztosítanak, és könnyen csoportokba rendezhetők és konténerekbe telepíthetők. Ultrahangos tartozékaink – például szonotróda, átfolyó cellák, reaktorok és amplitúdóerősítők – széles választéka lehetővé teszi az ügyfeleink igényeihez tökéletesen illeszkedő rendszer optimális konfigurálását.

Beruházás

Minden Hielscher ultrahangos készüléket 24/7 üzemre terveztek, ami azt jelenti, hogy berendezéseink gyors beruházásmegtérülést (RoI) tesznek lehetővé. Alupului és munkatársai (2009) kutatásuk során megállapították, hogy a nagy intenzitású ultrahang viszonylag alacsony költségű módszerként történő alkalmazásának gazdasági indokoltsága nem hagyható figyelmen kívül. Emellett az ultrahangos extrakció meggyőző technika egyszerű alkalmazhatósága és jelentős hatékonysága miatt.