Stēvijas ekstrakcija ar ultraskaņu bez šķīdinātājiem

Tradicionālajā saldo sastāvdaļu, piemēram, stevioglikozīdu, ekstrakcijā no Stevia rebaudiana izmanto toksiskus šķīdinātājus. Lai iegūtu veselīgu, augstas kvalitātes pārtikas produktu, ir nepieciešama ekstrakcijas metode bez šķīdinātājiem. Ultraskaņas ekstrakcijas metode ļauj izvairīties no šķīdinātāju izmantošanas, īsā apstrādes laikā sasniedzot ļoti augstu ekstrakcijas iznākumu. Tādējādi stēvijas ekstrakcija ar ultraskaņu izceļas ar izcilu efektivitāti un draudzīgumu videi.

Veselīgi ekstrakti ar ultraskaņas ekstrakciju

Stēvijas saldinātājus uzskata par veselībai labvēlīgu produktu, ko iegūst no lakstauga Stevia rebaudiana Bertoni lapām un izmanto kā bezkaloriju saldinātāju. Saldumu nodrošina diterpēnu glikozīdi, kas ir aptuveni 300 reižu saldāki par saharozi.
Stevia rebaudiana Bertoni glikozīdu sastāvā ietilpst steviozīds (5–10%), rebaudiozīds A (2–4%), rebaudiozīds C (1–2%), dulkozīds A (0,5–1%), rebaudiozīds B, rebaudiozīds D un rebaudiozīds E. Atšķirībā no citiem glikozīdiem rebaudiana A raksturīgs rūgtuma trūkums. Tāpēc rebaudiana A ir visvairāk pieprasītais savienojums, ko iegūst no stēvijas lapām. Ultraskaņas ekstrakcija veicina augstas tīrības pakāpes steviozīdu un rebaudiozīdu iegūšanu. Ultraskaņas ekstrakciju steviola glikozīdu iegūšanai var viegli veikt ūdenī, sasniedzot augstu iznākumu ar ļoti lielu ekstrakcijas ātrumu. Salīdzinoši zemā ekstrakcijas temperatūra no 60°C līdz 80°C nodrošina saudzīgus apstākļus, kas novērš ekstraktu noārdīšanos.

Kopš stēvija ir apstiprināta lietošanai par saldinātāju, pieprasījums pēc šā dabiskā bezkaloriju cukura aizstājēja ir ievērojami pieaudzis. Lai nodrošinātu pieprasītos stēvijas produktus, ir jāpalielina komerciālās ražošanas jauda. Ultraskaņa ir pārbaudīta metode ekstrakcijas intensificēšanai.

Ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocības:

• bez šķīdinātājiem, piemēram, ūdenī
• augstāks iznākums
• liels ekstrakcijas ātrums
• laika ietaupījums
• izmaksu ietaupījums
• droša
• videi draudzīga
• apstrāde partijās vai plūsmā

Stēvijas ekstrakcija ar ultraskaņu: pētījumu rezultāti

Carbonell-Capella et al. (2016) salīdzināja dažādas ekstrakcijas metodes steviozīdu un rebaudiozīdu iegūšanai. Vislielāko steviozīda atguvi sasniedza, veicot ultraskaņas ekstrakciju ar UP400S (skatīt attēlu pa kreisi) un izmantojot ūdeni kā šķīdinātāju; tā bija 3,5 reizes lielāka nekā ar tradicionālo difūzijas metodi un 1,5 reizes lielāka nekā maltos stēvijas paraugos. Šajā pētījumā stēvijas lapas (6 g) suspendēja ūdenī (180 g) pie 208C ar cietās vielas un šķidruma masas attiecību 1:30 (w/w). Ultraskaņas ekstrakciju veica, izmantojot ultraskaņas procesoru UP400S (Hielscher GmbH, Vācija), kas darbojās ar 400 W jaudu un 24 kHz frekvenci. Eksperimentiem Carbonell-Capella pētnieku grupa iestatīja 100% amplitūdu un nepārtrauktas apstrādes ar ultraskaņu režīmu. Lai ievadītu ultraskaņas viļņus paraugā, uzstādīja titāna sonotrodi H22 ar 22 mm diametru un 100 mm garumu. Zondi iegremdēja maisījumā, kas saturēja 6 g stēvijas lapu, kuras bija suspendētas 180 g ūdens vai etanola/ūdens (50%) maisījumā šaurkakla stikla kolbā (tilpums 1 000 mL). Paraugus iegremdēja dzesēšanas vannā, lai izvairītos no apstrādes ar ultraskaņu izraisītas uzsilšanas, un temperatūru vienmēr uzturēja zemāku par 50ºC). Kopējo īpatnējo ievadīto enerģiju (W_spec, izteiktu kJ/kg) aprēķināja, reizinot ģeneratora jaudu (400 J/s) (jauda) ar kopējo apstrādes ilgumu (sekundēs) un dalot ar produkta masu (kg). Ultraskaņas enerģija bija 178 kJ/kg (ja t_US = 80 sekundes)
(sal. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) pētīja steviola glikozīdu un citu funkcionālo sastāvdaļu ekstrakciju no stēvijas lapām un secināja, ka ultraskaņas ekstrakcija ir videi draudzīga tehnoloģija, ko var izmantot funkcionālo savienojumu ekstrakcijai no stēvijas lapām ar ievērojami īsāku apstrādes laiku un mazāku enerģijas patēriņu salīdzinājumā ar tradicionālo ekstrakciju.

Liu et al. (2010) pētīja kopējo ogļhidrātu ekstrakciju no Stevia rebaudiana Bertoni ar ultraskaņu. Lai maksimāli palielinātu kopējo ogļhidrātu iznākumu no Stevia rebaudiana Bertoni, par paraugiem izmantoja LUYU-131 tipa stēviju. Ultraskaņas veicinātas ekstrakcijas apstākļu optimizēšanai izmantoja atbildes virsmas metodoloģiju (RSM). Rezultāti liecināja, ka optimālie ekstrakcijas apstākļi bija 68°C ekstrakcijas temperatūra, 60 W ultraskaņas jauda un 32 min ekstrakcijas laiks. Izmantojot ultraskaņas veicinātu ekstrakciju, ekstraktu iznākums palielinājās 1,5 reizes pie zemākas ekstrakcijas temperatūras (68°C), un ekstrakcijas laiks (32 min.) bija ievērojami īsāks nekā klasiskajā ekstrakcijā. Neattīrīto ekstraktu sastāvdaļu analīze atklāja, ka ar ultraskaņu iegūtajos ekstraktos rebaudiozīda A relatīvais daudzums palielinājās salīdzinājumā ar ekstraktiem, kas iegūti ar klasisko procesu, un ar ultraskaņu iegūtajiem ekstraktiem bija labāka kvalitāte.
Alupului un Lavric (2008) savā pētījumā apstiprina stēvijas ultraskaņas ekstrakcijas augstāko efektivitāti, norādot, ka ultraskaņas ierosināta steviozīda ekstrakcija no Stevia rebaudiana nodrošina divsimt reižu lielāku produktivitāti nekā tradicionālā mērcēšana, kā arī īsāku apstrādes laiku. (sal. Alupului A., Lavric V., 2008)

Steviozīdu pēcapstrāde ar ultraskaņu

Ultraskaņa ir uzticama metode sajaukšanai, samaisīšanai un homogenizēšanai, tāpēc ultraskaņu bieži izmanto galaprodukta formulēšanā un sastāvdaļu apvienošanā. Ja stēvijas ekstrakts jāizšķīdina šķidrumā, ultraskaņa ir ātra un efektīva metode viendabīga maisījuma pagatavošanai – neatkarīgi no viskozitātes. Ultraskaņas šķīdināšana ļauj pagatavot stipri piesātinātus un pat pārsātinātus šķīdumus.

Ultraskaņas ekstrakcijas sistēmas

Hielscher produktu klāsts nodrošina risinājumu jūsu vajadzībām – neatkarīgi no tā, vai vēlaties veikt ekstrakciju mazos un vidējos tilpumos analīzei un pētniecībai vai lielā komerciālās ražošanas mērogā. Mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču klāstā ietilpst ultraskaņas laboratorijas ierīces, galda sistēmas pētniecībai un izstrādei, kā arī pilotiekārtām un rūpnieciskas lieljaudas ultraskaņas sistēmas ar jaudu līdz 16 000 vatiem katrā atsevišķā ierīcē; šīs ierīces var viegli apvienot grupās un izvietot konteineros. Mūsu plašais ultraskaņas piederumu klāsts, kurā ietilpst sonotrodes, plūsmas šūnas, reaktori un amplitūdas pastiprinātāji, ļauj optimāli konfigurēt sistēmu, kas pilnīgi atbilst mūsu klienta vajadzībām.

Ieguldījums

Visas Hielscher ultraskaņas ierīces ir paredzētas 24/7 darbībai, kas nozīmē, ka mūsu aprīkojums nodrošina ātru ieguldījumu atdevi (RoI). Alupului et al. (2009) savā pētījumā konstatēja, ka nedrīkst ignorēt augstas intensitātes ultraskaņas izmantošanas ekonomisko pamatojumu kā metodes ar salīdzinoši zemām izmaksām . Turklāt ultraskaņas ekstrakcija ir pārliecinoša metode, pateicoties tās vienkāršajai lietošanai un ievērojamajai efektivitātei.