Oplosmiddelvrije stevia-extractie met ultrageluid

Bij de conventionele extractie van de zoete bestanddelen, zoals stevioglycosiden, uit Stevia rebaudiana worden giftige oplosmiddelen gebruikt. Om een gezond voedingsproduct van hoge kwaliteit te verkrijgen, is een oplosmiddelvrije extractiemethode vereist. De ultrasone extractietechniek vermijdt het gebruik van oplosmiddelen en bereikt zeer hoge extractieopbrengsten in een korte verwerkingstijd. Daarmee onderscheidt ultrasone stevia-extractie zich door een uitstekende efficiëntie en milieuvriendelijkheid.

Gezonde extracten met ultrasone extractie

Steviazoetstoffen worden geacht een gezondheidsbevorderend product te zijn dat wordt gemaakt van de bladeren van het kruid Stevia rebaudiana Bertoni en worden gebruikt als calorievrije zoetstof. De zoetheid wordt veroorzaakt door diterpeenglycosiden die ongeveer 300 keer zo zoet zijn als sacharose.
Het glycosidegehalte van stevia rebaudiana Bertoni bestaat uit stevioside (5–10%), rebaudioside A (2–4%), rebaudioside C (1–2%), dulcoside A (0,5–1%), rebaudioside B, rebaudioside D en rebaudioside E. In tegenstelling tot de andere glycosiden wordt rebaudiana A gekenmerkt door het ontbreken van bitterheid. Daarom is rebaudiana A de verbinding uit de steviabladeren waarop de extractie het meest is gericht. Ultrasone extractie ondersteunt de extractie van steviosiden en rebaudiosiden met een hoge zuiverheid. Ultrasone extractie van steviolglycosiden kan eenvoudig in water worden uitgevoerd en levert hoge opbrengsten bij een zeer hoge extractiesnelheid. De relatief lage extractietemperatuur tussen 60°C en 80°C is mild, waardoor afbraak van de extracten wordt voorkomen.

Sinds stevia als zoetstof is toegelaten, is de vraag naar deze natuurlijke, calorievrije suikervervanger aanzienlijk toegenomen. Om de gevraagde steviaproducten te kunnen leveren, moet de commerciële productiecapaciteit worden uitgebreid. Ultrageluid is een bewezen methode voor intensivering van de extractie.

Voordelen van ultrasone extractie:

• oplosmiddelvrij, bijvoorbeeld in water
• hogere opbrengsten
• hoge extractiesnelheden
• tijdbesparend
• kostenbesparend
• veilig
• milieuvriendelijk
• batchverwerking of inlineverwerking

Ultrasone stevia-extractie: onderzoeksresultaten

Carbonell-Capella et al. (2016) vergeleken verschillende extractietechnieken voor de extractie van steviosiden en rebaudiosiden. De hoogste terugwinning van stevioside werd verkregen met ultrasone extractie met de UP400S (zie afbeelding links), waarbij water als oplosmiddel werd gebruikt. Deze was 3,5 keer zo hoog als bij de traditionele diffusiemethode en 1,5 keer zo hoog als bij gemalen Stevia-monsters. In dit onderzoek werden steviabladeren (6 g) gesuspendeerd in water (180 g) bij 208C en een verhouding vaste stof/vloeistof van 1:30 (w/w). De ultrasone extractie werd uitgevoerd met een ultrasone processor UP400S (Hielscher GmbH, Duitsland), die werkte met een vermogen van 400 W en een frequentie van 24 kHz. Voor de experimenten stelde het onderzoeksteam van Carbonell-Capella de amplitude in op 100%, met een continue sonicatiemodus. Een titanium sonotrode H22 met een diameter van 22 mm en een lengte van 100 mm werd gemonteerd om de ultrasone golven in het monster te koppelen. De sonde werd ondergedompeld in een mengsel van 6 g Stevia-bladeren, gesuspendeerd in 180 g water of ethanol/water (50%), in een glazen kolf met nauwe hals (inhoud 1.000 mL). De monsters werden ondergedompeld in een koelbad om opwarming door sonicatie te voorkomen en de temperatuur werd altijd lager dan 50ºC gehouden). De totale specifieke energie-inbreng (W_spec, in kJ/kg) werd berekend door het generatorvermogen (400 J/s) (Power) te vermenigvuldigen met de totale behandelingsduur (sec) en te delen door de productmassa (kg). De ultrasone energie bedroeg 178 kJ/kg (voor t_US = 80 sec.)
(vgl. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) onderzochten de extractie van steviolglycosiden samen met andere functionele bestanddelen uit Stevia-bladeren en concludeerden dat ultrasone extractie een milieuvriendelijke technologie is die kan worden gebruikt voor de extractie van functionele verbindingen uit Stevia-bladeren, met een aanzienlijk kortere behandelingstijd en een lager energieverbruik dan bij conventionele extractie.

Liu et al. (2010) onderzochten de ultrasone extractie van totale koolhydraten uit Stevia rebaudiana Bertoni. Om de opbrengst aan totale koolhydraten uit Stevia rebaudiana Bertoni te maximaliseren, werd stevia van het type LUYU-131 als monstermateriaal gebruikt. De responsoppervlakmethodologie (RSM) werd toegepast om de omstandigheden voor de extractie met behulp van ultrageluid te optimaliseren. De resultaten wezen uit dat de optimale extractieomstandigheden een extractietemperatuur van 68°C, een ultrasoon vermogen van 60 W en een extractietijd van 32 min waren. Bij de extractie met behulp van ultrageluid nam de opbrengst aan extracten toe met een factor 1,5 bij de lagere extractietemperatuur (68°C) en werd de extractietijd (32 min.) aanzienlijk verkort ten opzichte van die van klassieke extractie. De analyse van de bestanddelen van de ruwe extracten toonde aan dat de relatieve hoeveelheid rebaudioside A in de met ultrageluid verkregen extracten toenam ten opzichte van extracten die met het klassieke proces waren verkregen, en dat de met ultrageluid verkregen extracten een betere kwaliteit hadden.
Alupului en Lavric (2008) bevestigen in hun onderzoek de superieure efficiëntie van ultrasone stevia-extractie. Zij stellen dat de door ultrageluid geïnduceerde extractie van stevioside uit Stevia rebaudiana resulteert in een tweehonderd keer zo hoge productiviteit als conventioneel weken en ook in een kortere behandelingstijd. (vgl. Alupului A., Lavric V., 2008)

Ultrasone naverwerking van steviosiden

Ultrageluid is een betrouwbare methode voor mengen, vermengen en homogeniseren, en wordt daarom vaak gebruikt bij het formuleren en samenstellen van het eindproduct. Wanneer het stevia-extract in een vloeistof moet worden opgelost, is ultrageluid een snelle en efficiënte techniek om een homogeen mengsel te bereiden – ongeacht de viscositeit. Ultrasoon oplossen maakt het mogelijk sterk verzadigde en zelfs oververzadigde oplossingen te bereiden.

Ultrasone extractiesystemen

Het productassortiment van Hielscher biedt een passende oplossing – of u nu kleinere en middelgrote volumes wilt extraheren voor analyse en onderzoek of op grote commerciële productieschaal wilt extraheren. Ons assortiment sonicatoren omvat ultrasone laboratoriumapparaten, tafelmodellen voor R&D en proefinstallaties, evenals industriële ultrasone systemen met hoog vermogen en maximaal 16.000 watt per afzonderlijke eenheid, die eenvoudig kunnen worden geclusterd en in containers kunnen worden ondergebracht. Onze ruime keuze aan ultrasone accessoires zoals sonotroden, doorstroomcellen, reactoren en boosters maakt een optimale configuratie mogelijk van het systeem dat perfect aansluit op de behoeften van onze klanten.

Investering

Alle ultrasone apparaten van Hielscher zijn ontworpen voor 24/7 gebruik, wat betekent dat onze apparatuur een snelle terugverdientijd van de investering (RoI) mogelijk maakt. Alupului et al. (2009) stelden tijdens hun onderzoek vast dat de economische rechtvaardiging van de toepassing van ultrageluid met hoge intensiteit als een relatief goedkope methode niet mag worden genegeerd. Bovendien is ultrasone extractie een overtuigende techniek dankzij het eenvoudige gebruik en de aanzienlijke efficiëntie.