Extracția fără solvenți a steviei cu ultrasunete

Extracția convențională a componentelor dulci, precum stevioglicozidele, din Stevia rebaudiana utilizează solvenți toxici. Pentru a obține un produs alimentar sănătos și de înaltă calitate, este necesară o metodă de extracție fără solvenți. Tehnica de extracție cu ultrasunete evită utilizarea solvenților, obținând randamente de extracție foarte ridicate într-un timp de procesare scurt. Astfel, extracția steviei cu ultrasunete se distinge printr-o eficiență remarcabilă și prin caracterul ecologic.

Extracte sănătoase prin extracție cu ultrasunete

Se presupune că îndulcitorii din stevia sunt un produs benefic pentru sănătate, obținut din frunzele plantei Stevia rebaudiana Bertoni, și sunt utilizați ca îndulcitor fără calorii. Gustul dulce este cauzat de glicozidele diterpenice, care sunt de aprox. 300 de ori mai dulci decât zaharoza.
Conținutul de glicozide al stevia rebaudiana Bertoni este compus din steviozid (5–10%), rebaudiozid A (2–4%), rebaudiozid C (1–2%), dulcozid A (0,5–1%), rebaudiozid B, rebaudiozid D și rebaudiozid E. Spre deosebire de celelalte glicozide, rebaudiana A se caracterizează prin lipsa gustului amar. Prin urmare, rebaudiana A este compusul cel mai vizat din frunzele de stevia. Extracția cu ultrasunete facilitează extracția steviozidelor și a rebaudiozidelor de înaltă puritate. Extracția cu ultrasunete a glicozidelor de steviol poate fi realizată cu ușurință în apă și oferă randamente ridicate la o viteză de extracție foarte mare. Temperatura de extracție relativ scăzută cuprinsă între 60°C și 80°C este blândă, astfel încât degradarea extractelor este prevenită.

De când stevia a fost aprobată ca îndulcitor, cererea pentru acest înlocuitor natural al zahărului, fără calorii, a crescut semnificativ. Pentru a furniza produsele din stevia solicitate, capacitățile de producție comercială trebuie extinse. Ultrasunetele reprezintă o metodă dovedită pentru intensificarea extracției.

Avantajele extracției cu ultrasunete:

• fără solvenți, de ex. în apă
• randamente mai mari
• viteze de extracție ridicate
• economie de timp
• reducerea costurilor
• sigură
• ecologică
• procesare în șarje sau în linie

Extracția steviei cu ultrasunete: rezultatele cercetărilor

Carbonell-Capella et al. (2016) au comparat diverse tehnici de extracție pentru extracția steviozidelor și a rebaudiozidelor. Cea mai mare recuperare a steviozidului a fost obținută prin aplicarea extracției cu ultrasunete cu UP400S (vezi imaginea din stânga), folosind apa ca solvent, fiind de 3,5 ori mai mare comparativ cu metoda tradițională de difuzie și de 1,5 ori mai mare decât probele de stevia măcinate. În acest studiu, frunzele de stevia (6 g) au fost suspendate în apă (180 g) la 208C, la un raport solid/lichid de 1:30 (w/w). Extracția cu ultrasunete a fost realizată cu un procesor cu ultrasunete UP400S (Hielscher GmbH, Germania), funcționând la 400 W și la o frecvență de 24 kHz. Pentru experimente, echipa de cercetare a lui Carbonell-Capella a setat amplitudinea la 100%, în modul de sonicare continuă. O sonotrodă din titan H22, cu un diametru de 22 mm și o lungime de 100 mm, a fost montată pentru a cupla undele ultrasonice în probă. Sonotroda a fost scufundată într-un amestec ce conținea 6 g de frunze de stevia suspendate în 180 g de apă sau etanol/apă (50%), într-un balon de sticlă cu gât îngust (capacitate 1.000 mL). Probele au fost introduse într-o baie de răcire pentru a evita încălzirea indusă de sonicare, iar temperatura a fost menținută întotdeauna sub 50ºC). Aportul total de energie specifică (W_spec, în kJ/kg) a fost calculat prin înmulțirea puterii generatorului (400 J/s) (Putere) cu durata totală a tratamentului (sec), împărțită la masa produsului (kg). Energia ultrasonică a fost de 178 kJ/kg (pentru t_US = 80 sec.)
(cf. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) au investigat extracția glicozidelor de steviol împreună cu alte ingrediente funcționale din frunzele de stevia și au concluzionat că extracția cu ultrasunete este o tehnologie ecologică, care poate fi utilizată pentru extracția compușilor funcționali din frunzele de stevia cu un timp de tratament semnificativ mai scurt și un consum de energie mai redus comparativ cu extracția convențională.

Liu et al. (2010) au investigat extracția cu ultrasunete a carbohidraților totali din Stevia rebaudiana Bertoni. Pentru a maximiza randamentul de carbohidrați totali din Stevia rebaudiana Bertoni, ca probe a fost utilizată stevia de tipul LUYU-131. Metodologia suprafeței de răspuns (RSM) a fost folosită pentru optimizarea condițiilor de extracție asistată de ultrasunete. Rezultatele au indicat drept condiții optime de extracție o temperatură de extracție de 68°C, o putere sonică de 60 W și un timp de extracție de 32 min. Prin utilizarea extracției asistate de ultrasunete, randamentul extractelor a crescut de 1,5 ori la temperatura de extracție mai scăzută (68°C), iar timpul de extracție (32 min.) a fost scurtat substanțial comparativ cu cel al extracției clasice. Analiza componentelor extractelor brute a arătat că proporția relativă de rebaudiozid A a crescut în extractele asistate de ultrasunete comparativ cu extractele obținute prin procesul clasic, iar extractele asistate de ultrasunete au avut o calitate mai bună.
Alupului și Lavric (2008) confirmă în studiul lor eficiența superioară a extracției steviei cu ultrasunete, afirmând că extracția steviozidului din Stevia rebaudiana indusă de ultrasunete are ca rezultat o productivitate de două sute de ori mai mare față de macerarea convențională, precum și un timp de tratament mai scurt. (cf. Alupului A., Lavric V., 2008)

Post-procesarea steviozidelor cu ultrasunete

Ultrasunetele reprezintă o metodă fiabilă pentru amestecare, mixare și omogenizare, de aceea ultrasunetele sunt adesea utilizate în etapele de formulare și compoundare a produsului final. Atunci când extractul de stevia trebuie dizolvat într-un lichid, ultrasunetele reprezintă o tehnică rapidă și eficientă pentru prepararea unui amestec omogen – indiferent de vâscozitate. Dizolvarea cu ultrasunete permite prepararea unor soluții foarte saturate și chiar suprasaturate.

Sisteme de extracție cu ultrasunete

Gama de produse Hielscher vă acoperă nevoile – fie că doriți să extrageți volume mici și medii pentru analiză și cercetare, fie să extrageți la scară mare de producție comercială. Gama noastră de ultrasonicatoare include dispozitive de laborator cu ultrasunete, sisteme de masă pentru cercetare-dezvoltare și instalații pilot, precum și sisteme industriale cu ultrasunete de mare putere cu până la 16.000 de wați pe unitate, care pot fi ușor grupate în clustere și integrate în containere. Selecția noastră largă de accesorii cu ultrasunete, precum sonotrode, celule de flux, reactoare și boostere, permite configurarea optimă a sistemului perfect adaptat nevoilor clienților noștri.

Investiție

Toate dispozitivele cu ultrasunete Hielscher sunt construite pentru funcționare 24/7 și, prin urmare, echipamentele noastre permit o rentabilitate rapidă a investiției (RoI). Alupului et al. (2009) au constatat în cercetarea lor că justificarea economică a aplicării ultrasunetelor de mare intensitate ca metodă relativ ieftină nu trebuie neglijată. În plus, extracția cu ultrasunete este o tehnică convingătoare datorită utilizării simple și eficienței semnificative.