Estrazione della stevia senza solventi mediante ultrasuoni

L’estrazione convenzionale dei componenti dolci, come i glicosidi steviolici, 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 tempi di trattamento brevi. L’estrazione della stevia a ultrasuoni si distingue quindi per la sua straordinaria efficienza e il rispetto dell’ambiente.

Estratti salutari con l’estrazione a ultrasuoni

I dolcificanti a base di stevia sono considerati un prodotto benefico per la salute, ottenuto dalle foglie della pianta erbacea Stevia rebaudiana Bertoni e utilizzato come dolcificante a zero calorie. La dolcezza è dovuta a glicosidi diterpenici circa 300 volte più dolci del saccarosio.
Il contenuto di glicosidi della Stevia rebaudiana Bertoni è costituito 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 l’assenza di amarezza. Pertanto, la rebaudiana A è il composto maggiormente ricercato nelle foglie di stevia. L’estrazione a ultrasuoni favorisce l’estrazione di steviosidi e rebaudiosidi di elevata purezza. L’estrazione a ultrasuoni dei glicosidi steviolici può essere eseguita facilmente in acqua e offre rese elevate con una velocità di estrazione molto alta. La temperatura di estrazione relativamente bassa , compresa tra 60°C e 80°C, consente un trattamento delicato che previene la degradazione degli estratti.

Da quando la stevia è stata approvata come dolcificante, la domanda di questo sostituto naturale dello zucchero, privo di calorie, è aumentata significativamente. Per soddisfare la domanda di prodotti a base di stevia, è necessario ampliare le capacità produttive su scala commerciale. Gli ultrasuoni sono un metodo comprovato per l’intensificazione dell’estrazione.

Vantaggi dell’estrazione a ultrasuoni:

• senza solventi, ad esempio in acqua
• rese più elevate
• elevate velocità di estrazione
• risparmio di tempo
• risparmio sui costi
• sicurezza
• rispetto dell’ambiente
• trattamento discontinuo o in linea

Estrazione della stevia a ultrasuoni: risultati della ricerca

Carbonell-Capella et al. (2016) hanno confrontato diverse tecniche di estrazione degli steviosidi e dei rebaudiosidi. Il recupero più elevato di stevioside è stato ottenuto applicando l’estrazione a ultrasuoni con l’UP400S (vedere l’immagine a sinistra), utilizzando acqua come solvente: è risultato 3,5 volte superiore rispetto al metodo tradizionale di diffusione e 1,5 volte superiore rispetto ai campioni di Stevia macinati. In questo studio, le foglie di stevia (6 g) sono state sospese in acqua (180 g) a 208C, con un rapporto solido/liquido di 1:30 (w/w). L’estrazione a ultrasuoni è stata eseguita utilizzando un processore a ultrasuoni UP400S (Hielscher GmbH, Germania), operante a 400 W e a una frequenza di 24 kHz. Per gli esperimenti, il gruppo di ricerca di Carbonell-Capella ha impostato l’ampiezza al 100%, con una modalità di sonicazione continua. È stato montato un sonotrodo H22 in titanio, con un diametro di 22 mm e una lunghezza di 100 mm, per accoppiare le onde ultrasoniche al 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 matraccio di vetro a collo stretto (capacità di 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 al di sotto di 50ºC). L’apporto energetico specifico totale (W_spec, in kJ/kg) è stato calcolato moltiplicando la potenza del generatore (400 J/s) (Potenza) per la durata totale del trattamento (sec), dividendo poi per la massa del prodotto (kg). L’energia ultrasonica era pari a 178 kJ/kg (per t_US = 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 a ultrasuoni è una tecnologia rispettosa dell’ambiente, utilizzabile per estrarre composti funzionali dalle foglie di Stevia con tempi di trattamento significativamente più brevi e un consumo energetico inferiore rispetto all’estrazione convenzionale.

Liu et al. (2010) hanno studiato l’estrazione a ultrasuoni dei carboidrati totali dalla Stevia rebaudiana Bertoni. Per massimizzare la resa dei carboidrati totali dalla Stevia rebaudiana Bertoni, sono stati utilizzati campioni di stevia del tipo LUYU-131. La metodologia delle superfici di risposta (RSM) è stata impiegata per ottimizzare le condizioni di estrazione assistita da ultrasuoni. I risultati hanno indicato che le condizioni ottimali erano una temperatura di estrazione di 68°C, una potenza ultrasonica di 60 W e un tempo di estrazione di 32 min. Utilizzando l’estrazione assistita da ultrasuoni, la resa degli estratti è aumentata di un fattore di 1,5 alla temperatura di estrazione più bassa (68°C) e il tempo di estrazione (32 min.) si è ridotto sostanzialmente rispetto a quello dell’estrazione classica. L’analisi dei componenti degli estratti grezzi ha rivelato che la quantità relativa di rebaudioside A aumentava negli estratti assistiti da ultrasuoni rispetto agli estratti ottenuti mediante il processo classico e che gli estratti assistiti da ultrasuoni avevano una qualità migliore.
Alupului e Lavric (2008) confermano nel loro studio la maggiore efficienza dell’estrazione della stevia a ultrasuoni, affermando che l’estrazione dello stevioside dalla Stevia rebaudiana indotta dagli ultrasuoni comporta una produttività duecento volte superiore rispetto alla macerazione convenzionale e tempi di trattamento inferiori. (cfr. Alupului A., Lavric V., 2008)

Trattamento successivo degli steviosidi mediante ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono un metodo affidabile per la miscelazione, l’amalgamazione e l’omogeneizzazione, pertanto vengono spesso utilizzati durante la formulazione e la preparazione del prodotto finale. Quando l’estratto di stevia deve essere disciolto in un liquido, gli ultrasuoni sono una tecnica rapida ed efficiente per preparare una miscela omogenea – indipendentemente dalla viscosità. La dissoluzione a ultrasuoni consente di preparare soluzioni altamente sature e persino sovrasature.

Sistemi di estrazione a ultrasuoni

La gamma di prodotti Hielscher soddisfa le vostre esigenze – sia che vogliate effettuare estrazioni su volumi piccoli e medi per analisi e ricerca, sia che vogliate operare su larga scala per la produzione commerciale. La nostra gamma di sonicatori comprende dispositivi a ultrasuoni da laboratorio, sistemi da banco per ricerca e sviluppo e impianti pilota, nonché sistemi industriali a ultrasuoni ad alta potenza con una potenza fino a 16.000 watt per singola unità, che possono essere facilmente raggruppati e installati in container. La nostra ampia selezione di accessori a ultrasuoni, come sonotrodi, celle di flusso, reattori e booster, consente di configurare in modo ottimale un sistema perfettamente adatto alle esigenze dei nostri clienti.

Investimento

Tutti i dispositivi a ultrasuoni Hielscher sono progettati per il funzionamento 24/7 , il che significa che le nostre apparecchiature consentono un rapido ritorno sull’investimento (RoI). Alupului et al. (2009) hanno riscontrato durante la loro ricerca che non va trascurata la giustificazione economica dell’impiego degli ultrasuoni ad alta intensità come metodo relativamente economico . Inoltre, l’estrazione a ultrasuoni è una tecnica convincente grazie alla sua semplicità d’uso e alla notevole efficienza.