Экстракция стевии без растворителей с помощью ультразвука

При традиционной экстракции сладких компонентов, таких как стевиогликозиды, из Stevia rebaudiana используются токсичные растворители. Для получения полезного для здоровья высококачественного пищевого продукта необходим метод экстракции без растворителей. Ультразвуковая экстракция позволяет избежать использования растворителей и обеспечивает очень высокий выход экстракта за короткое время обработки. Таким образом, ультразвуковая экстракция стевии отличается выдающейся эффективностью и экологичностью.

Полезные для здоровья экстракты благодаря ультразвуковой экстракции

Подсластители из стевии считаются полезным для здоровья продуктом, получаемым из листьев травянистого растения Stevia rebaudiana Bertoni, и используются в качестве подсластителя с нулевой калорийностью. Сладость обусловлена дитерпеновыми гликозидами, которые приблизительно в 300 раз слаще сахарозы.
Гликозидный состав stevia rebaudiana Bertoni включает стевиозид (5–10%), ребаудиозид A (2–4%), ребаудиозид C (1–2%), дулкозид A (0,5–1%), ребаудиозид B, ребаудиозид D и ребаудиозид E. В отличие от других гликозидов, rebaudiana A характеризуется отсутствием горечи. Поэтому rebaudiana A является наиболее востребованным целевым соединением из листьев стевии. Ультразвуковая экстракция способствует получению стевиозидов и ребаудиозидов высокой чистоты. Ультразвуковая экстракция гликозидов стевиола может легко проводиться в воде и обеспечивает высокий выход при очень высокой скорости экстракции. Относительно низкая температура экстракции от 60°C до 80°C обеспечивает щадящие условия, предотвращающие разложение экстрактов.

После того как стевия была разрешена к применению в качестве подсластителя, спрос на этот натуральный заменитель сахара без калорий значительно вырос. Для обеспечения востребованных продуктов из стевии необходимо расширять мощности промышленного производства. Ультразвук является проверенным методом интенсификации экстракции.

Преимущества ультразвуковой экстракции:

• без растворителей, например в воде
• более высокий выход
• высокая скорость экстракции
• экономия времени
• снижение затрат
• безопасность
• экологичность
• периодическая или поточная обработка

Ультразвуковая экстракция стевии: результаты исследований

Carbonell-Capella et al. (2016) сравнили различные методы экстракции стевиозидов и ребаудиозидов. Наибольшее извлечение стевиозида было достигнуто при ультразвуковой экстракции с помощью UP400S (см. изображение слева) с использованием воды в качестве растворителя: оно было в 3,5 раза выше по сравнению с традиционным диффузионным методом и в 1,5 раза выше, чем для измельчённых образцов стевии. В этом исследовании листья стевии (6 g) суспендировали в воде (180 g) при 208C и соотношении твёрдой и жидкой фаз 1:30 (w/w). Ультразвуковую экстракцию проводили с использованием ультразвукового процессора UP400S (Hielscher GmbH, Германия), работающего при мощности 400 W и частоте 24 kHz. Для экспериментов исследовательская группа Carbonell-Capella установила амплитуду на 100% и использовала непрерывный режим обработки ультразвуком. Для передачи ультразвуковых волн в образец был установлен титановый сонотрод H22 диаметром 22 mm и длиной 100 mm. Зонд погружали в смесь, содержащую 6 g листьев стевии, суспендированных в 180 g воды или смеси этанол/вода (50%), в стеклянной колбе с узким горлом (вместимостью 1 000 mL). Образцы помещали в охлаждающую ванну, чтобы избежать нагрева, вызванного обработкой ультразвуком, и постоянно поддерживали температуру ниже 50ºC). Общую удельную подведённую энергию (W_spec, в kJ/kg) рассчитывали путём умножения мощности генератора (400 J/s) (мощность) на общую продолжительность обработки (sec) и деления на массу продукта (kg). Ультразвуковая энергия составляла 178 kJ/kg (при t_US = 80 sec.)
(см. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) исследовали экстракцию гликозидов стевиола вместе с другими функциональными ингредиентами из листьев стевии и пришли к выводу, что ультразвуковая экстракция является экологичной технологией, которая может использоваться для извлечения функциональных соединений из листьев стевии при значительно меньшей продолжительности обработки и более низком энергопотреблении по сравнению с традиционной экстракцией.

Liu et al. (2010) исследовали ультразвуковую экстракцию суммарных углеводов из Stevia rebaudiana Bertoni. Для максимального увеличения выхода суммарных углеводов из Stevia rebaudiana Bertoni в качестве образцов использовали стевию типа LUYU-131. Для оптимизации условий экстракции с помощью ультразвука применяли методологию поверхности отклика (RSM). Результаты показали, что оптимальными условиями экстракции были температура 68°C, мощность ультразвука 60 W и продолжительность экстракции 32 min. При использовании экстракции с помощью ультразвука выход экстрактов увеличился в 1,5 раза при более низкой температуре экстракции (68°C), а продолжительность экстракции (32 min.) существенно сократилась по сравнению с классической экстракцией. Анализ компонентов неочищенных экстрактов показал, что относительное содержание ребаудиозида A в экстрактах, полученных с помощью ультразвука, увеличилось по сравнению с экстрактами, полученными классическим способом, и экстракты, полученные с помощью ультразвука, имели более высокое качество.
Alupului и Lavric (2008) в своём исследовании подтверждают превосходящую эффективность ультразвуковой экстракции стевии, указывая, что экстракция стевиозида из Stevia rebaudiana под воздействием ультразвука обеспечивает увеличение производительности в двести раз по сравнению с традиционным замачиванием, а также сокращение продолжительности обработки. (см. Alupului A., Lavric V., 2008)

Последующая ультразвуковая обработка стевиозидов

Ультразвук является надёжным методом перемешивания, смешивания и гомогенизации, поэтому его часто используют при разработке рецептуры и приготовлении конечного продукта. Когда экстракт стевии необходимо растворить в жидкости, ультразвук служит быстрым и эффективным способом получения однородной смеси – независимо от вязкости. Ультразвуковое растворение позволяет получать высоконасыщенные и даже пересыщенные растворы.

Системы ультразвуковой экстракции

Ассортимент продукции Hielscher удовлетворит ваши потребности – независимо от того, требуется ли вам экстракция малых и средних объёмов для анализа и исследований или экстракция в масштабах крупного промышленного производства. Наш ассортимент ультразвуковых аппаратов включает лабораторные ультразвуковые устройства, настольные системы для исследований и разработок и опытных установок, а также промышленные высокомощные ультразвуковые системы мощностью до 16 000 ватт на одно устройство, которые можно легко объединять в группы и размещать в контейнерах. Наш широкий ассортимент ультразвуковых принадлежностей , таких как сонотроды, проточные ячейки, реакторы и бустеры, позволяет оптимально настроить систему, идеально соответствующую потребностям наших клиентов.

Инвестиции

Все ультразвуковые устройства Hielscher рассчитаны на работу в режиме 24/7 , что означает, что наше оборудование позволяет быстро окупить инвестиции (RoI). Alupului et al. (2009) в ходе своего исследования установили, что нельзя пренебрегать экономической обоснованностью применения ультразвука высокой интенсивности как относительно недорогого метода. Кроме того, ультразвуковая экстракция является убедительным технологическим решением благодаря простоте применения и значительной эффективности.