Estrazione della Stevia Senza l’Utilizzo di Solventi grazie all’Utilizzo degli Ultrasuoni

L'estrazione convenzionale dei componenti dolci come gli stevioglicosidi dalla Stevia rebaudiana utilizza solventi tossici. Per ottenere un prodotto alimentare sano e di alta qualità, è necessario un metodo di estrazione senza solventi. La tecnica di estrazione a ultrasuoni evita l'uso di solventi, ottenendo rese di estrazione molto elevate in un breve tempo di lavorazione. Pertanto, l'estrazione ultrasonica della stevia si distingue per l'eccezionale efficienza e il rispetto dell'ambiente.

Estratti Sani Grazie al Metodo di Estrazione ad Ultrasuoni

Il dolcificante a base di stevia dovrebbe presentarsi come un prodotto sano e naturale estratto dalle foglie della Stevia Rebaudiana Bertoni e utilizzato come dolcificante privo di calorie. La dolcezza del dolcificante a base di stevia è dovuta alla concentrazione di glicoside diterpenico che è circa 300 volte più dolce del saccarosio.
Il contenuto del glicoside della Stevia Rebaudiana Bertoni è composto da: stevioside (5 – 10%), rebaudioside A (2-4%), rebaudioside C (1 – 2%), dulcoside A (0,5 – 1%), rebaudioside B, rebaudioside D e rebaudioside E. A differenza degli altri glicosidi, la Rebaudiana A si caratterizza per la sua totale assenza di amarezza. Pertanto, la Rebaudiana A è il composto più ambito delle foglie di stevia. L’estrazione attraverso l’implementazione degli ultrasuoni consente l'estrazione di steviosidi e rebaudiosidi di elevata qualità e purezza. L' estrazione ad ultrasuoni di glicosidi steviolici può essere facilmente eseguita in acqua e permette rese davvero elevate. Inoltre grazie alla bassa temperatura di estrazione , compresa tra i 60°C e gli 80°C, si evita qualsiasi tipo di danneggiamento degli estratti di stevia.

L'estrazione ad ultrasuoni di stevioglicosidi dalle foglie di stevia viene eseguita con l'Hielscher UP100H. La sonicazione perturba le cellule e rilascia sostanze bioattive.

Estrazione ad ultrasuoni di Stevia con UP100H

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SonoStation di Hielscher Ultrasonics' SonoStation è una configurazione a ultrasuoni di facile utilizzo per le bilance di produzione. (Clicca per ingrandire!)

SonoStation – un sistema ad ultrasuoni con 2 ultrasuoni 2x 2kW, serbatoio e pompa mescolati – è un sistema di estrazione facile da usare.

Da quando la stevia è stata approvata come dolcificante, la domanda di questo sostituto naturale dello zucchero, privo di calorie, è aumentata in modo significativo. Per fornire i prodotti a base di stevia richiesti, è necessario ampliare le capacità di produzione commerciale. Gli ultrasuoni sono un metodo collaudato per intensificazione di estrazione.

Vantaggi dell'estrazione della stevia tramite l’utilizzo degli ultrasuoni:

  • Privo di solventi , (implementazione dell’acqua)
  • Rendimenti più elevati
  • Migliore qualità del prodotto ottenuto
  • Risparmio di tempo
  • Risparmio di costi
  • Sicuro
  • Rispettoso dell'ambiente
  • Batch o elaborazione in linea

Estrazione della Stevia ad Ultrasuoni: Risultati della Ricerca

Estrattore a ultrasuoni UP400St per l'estrazione di steviosidi e rebaudiosidi dalle foglie di stevia.Carbonell-Capella et al. (2016) hanno confrontato diverse tecniche di estrazione per l'estrazione di steviosidi e rebaudiosidi. Il recupero più elevato di stevioside è stato ottenuto applicando l'estrazione a ultrasuoni con l'UP400S (vedi immagine a sinistra) utilizzando l'acqua come solvente, essendo 3,5 volte superiore rispetto al metodo di diffusione tradizionale e 1,5 volte superiore rispetto ai campioni di Stevia macinata. In questo studio, le foglie di stevia (6 g) sono state sospese in acqua (180 g) a 208 C con un rapporto solido/liquido di 1:30 (p/p). L'estrazione a ultrasuoni è stata eseguita utilizzando un processore a ultrasuoni UP400S (Hielscher GmbH, Germania)operando a 400 W e 24 kHz di frequenza. Per gli esperimenti, il team di ricerca di Carbonell-Capella ha impostato l'ampiezza al 100%, con una modalità di sonicazione continua. Un sonotrodo in titanio H22 con un diametro di 22 mm e una lunghezza di 100 mm è stato montato per accoppiare le onde ultrasonore nel campione. La sonda è stata immersa in una miscela contenente 6 g di foglie di Stevia sospese in 180 g di acqua o etanolo/acqua (50%) in un pallone di vetro a collo stretto (capacità 1.000 mL). I campioni sono stati immersi in un bagno di raffreddamento per evitare il riscaldamento indotto dalla sonicazione e la temperatura è stata mantenuta sempre inferiore a 50ºC). L'input di energia specifica totale (Wspec, in kJ/kg) è stato calcolato moltiplicando la potenza del generatore (400 J/s) (Power) per la durata totale del trattamento (sec) divisa per la massa del prodotto (kg). L'energia degli ultrasuoni era di 178 kJ/kg (per tUS = 80 sec.)
(cfr. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) hanno studiato l'estrazione dei glicosidi steviolici insieme ad altri ingredienti funzionali dalle foglie di Stevia e hanno concluso che l'estrazione ad ultrasuoni è una tecnologia ecologica che può essere utilizzata per l'estrazione di composti funzionali dalle foglie di Stevia con un tempo di trattamento significativamente più breve e un consumo energetico inferiore rispetto all'estrazione convenzionale.

Liu et al. (2010) hanno studiato l'estrazione ad ultrasuoni dei carboidrati totali dalla Stevia rebaudiana Bertoni. Al fine di massimizzare il rendimento dei carboidrati totali dalla Stevia rebaudiana Bertoni, la stevia del tipo LUYU-131 è stata utilizzata come campione. La metodologia della superficie di risposta (RSM) è stata impiegata per ottimizzare le condizioni di estrazione assistita da ultrasuoni. I risultati hanno indicato che le condizioni di estrazione ottimali erano una temperatura di estrazione di 68°C, una potenza sonora di 60 W e un tempo di estrazione di 32 minuti. Utilizzando l'estrazione assistita da ultrasuoni, la rendimento è aumentato del 1,5% rispetto al metodo di estrazione tradizionale ( temperatura di estrazione bassa (68°C) e più breve (32 min)). Dall’analisi dei prodotti ottenuti si è evinto che la quantità di Rebaudiana A presente è maggiore rispetto alla quantità riscontrata nei prodotti ottenuti con il metodo di estrazione tradizionale e inoltre risulta essere anche di qualità superiore.
Alupului e Lavric (2008) confermano nel loro studio l'efficienza superiore dell'estrazione ultrasonica della stevia affermando che l'estrazione di stevioside indotta dagli ultrasuoni della Stevia rebaudiana comporta una produttività migliore rispetto all'ammollo convenzionale di duecento volte e anche un tempo di trattamento inferiore. (cfr. Alupului A., Lavric V., 2008)

Post-Elaborazione ad Ultrasuoni degli Steviosidi

E’ ormai risaputo che gli ultrasuoni sono un metodo sicuro e affidabile per la miscelazione e l'omogeneizzazionedi composti pertanto sono ampiamente impiegati sia durante la formulazione che la composizione del prodotto finale. Quando l'estratto di stevia deve essere disciolto in un liquido, gli ultrasuoni rappresentano una tecnica veloce ed efficiente per preparare una miscela omogenea – indipendentemente dalla viscosità. La dissoluzione mediante l’utilizzo di ultrasuoni permette di preparare soluzioni altamente sature e persino più che sature.

Sistemi di Estrazione ad Ultrasuoni

Grazie alla sua ampia gamma di prodotti, Hielscher è in grado di soddisfare tutti i suoi clienti nonostante le loro diverse necessità poiché è in grado di offrire sia macchinari adatti all’estrazione – di volumi di piccole o di medie dimensioni per analisi e ricerche di laboratori, sia macchinari per la produzione commerciale su larga scala. La gamma di prodotti Hieslcher include dispositivi ad ultrasuoni lab, sistemi di banco per R&D e impianti pilota come ad esempio impianti ad ultrasuoni industriali ad alta potenza che permettono il raggiungimento di addirittura 16.000 watt per ogni singola unità, e inoltre possono poi essere facilmente raggruppati e containerizzati. Grazie alla vasta selezione di Accessori per ultrasuoni che Hielscher propone, come ad esempio il sonotrodo, il booster, i reattori e le celle di flusso, permette una configurazione ottimale del sistema perfettamente corrispondente alle esigenze del cliente.

Investimento

Tutti i dispositivi ad ultrasuoni Hielscher sono costruiti per operare 24 ore su 24, 7 giorni su 7 pertanto permettono un veloce ritorno sull'investimento sostenuto (rapido RoI). Alupului et al (2009) grazie alle loro ricerche hanno verificato che non si può non considerare il metodo ad estrazione ad ultrasuoni come un metodo ad alta intensità ma alla fine economico e basso costo . Inoltre la tecnica di estrazione ad ultrasuoni ultrasuoni appare convincente in quanto di semplice utilizzo e significativa efficienza.

L'estrazione a ultrasuoni degli stevioglicosidi dalle foglie di stevia viene eseguita con l'Hielscher UP200St. La sonicazione distrugge le cellule e rilascia sostanze bioattive come gli steviosidi e i rebaudiosidi.

Estrazione a ultrasuoni della Stevia con UP200St

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Gli ultrasuoni intensificano in modo significativo l'estrazione di steviosidi come il rebaudioside A.

Struttura molecolare dello stevioside

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La SonoStation di Hielscher semplifica la sonicazione di lotti di medie dimensioni utilizzando un reattore a celle a flusso. La SonoStation compatta combina un serbatoio agitato da 38 litri con una pompa a cavità progressiva regolabile che può alimentare fino a 3 litri al minuto in uno o due reattori a celle a flusso a ultrasuoni.

Stazione di miscelazione a ultrasuoni - SonoStation con 2 omogeneizzatori da 2000 watt



Letteratura / Referenze


Particolarità / Cose da sapere

Steviol Glycosides

I glicosidi steviolici sono le sostanze responsabili del sapore dolce delle foglie di stevia. Questi glicosidi dello steviolo sono composti del diterpene. Hanno la struttura chimica di una molecola di steviolo dove il suo atomo di idrogeno carbossile è sostituito da una molecola di glucosio per formare un estere, e un idrossigeno idrossile con combinazioni di glucosio e ramnosio per formare un acetale.
I glicosidi steviolici che si trovano nelle foglie di S. rebaudiana includono (con una percentuale di peso circa):

  • Stevioside (5-10%)
  • Rebaudioside A (2-4%)
  • Rebaudioside C (1-2%)
  • Dulcoside A (0,5-1%)
  • Rebaudioside B
  • Rebaudioside D
  • Rebaudioside E

Rebaudioside B, rebaudioside D, rebaudioside E si trovano solo in quantità minime. La miscela di glicoside steviolicoside steviolica disponibile in commercio utilizzata come dolcificante non calorico estratto dalla pianta è composta per lo più da circa l'80% di stevioside, 8% di rebaudioside A e 0,6% di rebaudioside C.

Apparecchiature ad ultrasuoni

Gli omogeneizzatori di tessuto ad ultrasuoni sono spesso indicati come sonda sonicator/ sonificatore, lyser sonico, ecografo, ultrasuoni, macinatore ad ultrasuoni, sono-ruptore, sonificatore, dismembratore sonico, distruttore cellulare, dispersore ad ultrasuoni, emulsionante o dissolvente. I diversi termini derivano dalle varie applicazioni che possono essere soddisfatte dalla sonicazione.