Extrakcia stévie ultrazvukom bez rozpúšťadiel

Pri konvenčnej extrakcii sladkých zložiek, ako sú stevioglykozidy, zo Stevia rebaudiana sa používajú toxické rozpúšťadlá. Na získanie zdravého a vysokokvalitného potravinového produktu je potrebná metóda extrakcie bez rozpúšťadiel. Technika ultrazvukovej extrakcie umožňuje vyhnúť sa používaniu rozpúšťadiel a dosahovať veľmi vysoké výťažky extrakcie za krátky čas spracovania. Ultrazvuková extrakcia stévie tak vyniká mimoriadnou účinnosťou a šetrnosťou k životnému prostrediu.

Zdravé extrakty pomocou ultrazvukovej extrakcie

Sladidlá zo stévie sa považujú za zdraviu prospešný produkt vyrábaný z listov byliny Stevia rebaudiana Bertoni a používajú sa ako sladidlo s nulovou kalorickou hodnotou. Sladkosť spôsobujú diterpénové glykozidy, ktoré sú približne 300-krát sladšie ako sacharóza.
Glykozidový obsah Stevia rebaudiana Bertoni tvoria steviozid (5–10%), rebaudiozid A (2–4%), rebaudiozid C (1–2%), dulkozid A (0,5–1%), rebaudiozid B, rebaudiozid D a rebaudiozid E. Na rozdiel od ostatných glykozidov sa rebaudiana A vyznačuje neprítomnosťou horkosti. Preto je rebaudiana A najvyhľadávanejšou zlúčeninou z listov stévie. Ultrazvuková extrakcia napomáha extrakcii steviozidov a rebaudiozidov s vysokou čistotou. Ultrazvuková extrakcia steviolových glykozidov sa dá ľahko vykonávať vo vode a poskytuje vysoké výťažky pri veľmi vysokej rýchlosti extrakcie. Relatívne nízka teplota extrakcie medzi 60°C a 80°C je šetrná, čím sa zabraňuje degradácii extraktov.

Od schválenia stévie ako sladidla výrazne vzrástol dopyt po tejto prírodnej náhrade cukru bez kalórií. Na zabezpečenie požadovaných produktov zo stévie sa musia rozšíriť kapacity komerčnej výroby. Ultrazvuk je osvedčenou metódou na intenzifikáciu extrakcie.

Výhody ultrazvukovej extrakcie:

• bez rozpúšťadiel, napr. vo vode
• vyššie výťažky
• vysoké rýchlosti extrakcie
• úspora času
• úspora nákladov
• bezpečnosť
• šetrnosť k životnému prostrediu
• vsádzkové alebo prietokové spracovanie

Ultrazvuková extrakcia stévie: výsledky výskumu

Carbonell-Capella et al. (2016) porovnávali rôzne extrakčné techniky na extrakciu steviozidov a rebaudiozidov. Najvyššia výťažnosť steviozidu sa dosiahla použitím ultrazvukovej extrakcie pomocou UP400S (pozri obrázok vľavo) s vodou ako rozpúšťadlom, pričom bola 3,5-krát vyššia v porovnaní s tradičnou difúznou metódou a 1,5-krát vyššia ako pri pomletých vzorkách stévie. V tejto štúdii boli listy stévie (6 g) suspendované vo vode (180 g) pri 208C v pomere tuhej a kvapalnej fázy 1:30 (w/w). Ultrazvuková extrakcia sa vykonávala pomocou ultrazvukového procesora UP400S (Hielscher GmbH, Nemecko), ktorý pracoval s výkonom 400 W a frekvenciou 24 kHz. Pri experimentoch nastavil výskumný tím Carbonell-Capella amplitúdu na 100% v režime nepretržitej sonikácie. Na prenos ultrazvukových vĺn do vzorky bola namontovaná titánová sonotróda H22 s priemerom 22 mm a dĺžkou 100 mm. Sonda bola ponorená do zmesi obsahujúcej 6 g listov stévie suspendovaných v 180 g vody alebo zmesi etanolu a vody (50%) v sklenenej banke s úzkym hrdlom (objem 1 000 mL). Vzorky boli ponorené do chladiaceho kúpeľa, aby sa zabránilo zahrievaniu spôsobenému sonikáciou, a teplota sa vždy udržiavala pod 50ºC). Celkový merný energetický vstup (W_spec, v kJ/kg) sa vypočítal vynásobením výkonu generátora (400 J/s) (výkon) celkovým časom spracovania (sec) a vydelením hmotnosťou produktu (kg). Ultrazvuková energia bola 178 kJ/kg (pre t_US = 80 sec.)
(porov. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) skúmali extrakciu steviolových glykozidov spolu s ďalšími funkčnými zložkami z listov stévie a dospeli k záveru, že ultrazvuková extrakcia je technológia šetrná k životnému prostrediu, ktorú možno použiť na extrakciu funkčných zlúčenín z listov stévie s výrazne kratším časom spracovania a nižšou spotrebou energie v porovnaní s konvenčnou extrakciou.

Liu et al. (2010) skúmali ultrazvukovú extrakciu celkových sacharidov zo Stevia rebaudiana Bertoni. Na maximalizáciu výťažku celkových sacharidov zo Stevia rebaudiana Bertoni sa ako vzorky použila stévia typu LUYU-131. Na optimalizáciu podmienok extrakcie za asistencie ultrazvuku sa použila metóda odozvových plôch (RSM). Výsledky ukázali, že optimálnymi podmienkami extrakcie boli teplota extrakcie 68°C, akustický výkon 60 W a čas extrakcie 32 min. Pri použití extrakcie za asistencie ultrazvuku sa výťažok extraktov zvýšil 1,5-násobne pri nižšej teplote extrakcie (68°C) a čas extrakcie (32 min.) sa v porovnaní s klasickou extrakciou podstatne skrátil. Analýza zložiek surových extraktov odhalila, že relatívne množstvo rebaudiozidu A sa v extraktoch získaných za asistencie ultrazvuku zvýšilo v porovnaní s extraktmi získanými klasickým postupom a extrakty získané za asistencie ultrazvuku mali lepšiu kvalitu.
Alupului a Lavric (2008) vo svojej štúdii potvrdzujú vyššiu účinnosť ultrazvukovej extrakcie stévie a uvádzajú, že ultrazvukom vyvolaná extrakcia steviozidu zo Stevia rebaudiana vedie k dvestonásobnému zvýšeniu produktivity oproti konvenčnému namáčaniu a tiež ku kratšiemu času spracovania. (porov. Alupului A., Lavric V., 2008)

Následné ultrazvukové spracovanie steviozidov

Ultrazvuk je spoľahlivou metódou na miešanie, premiešavanie a homogenizáciu, preto sa ultrazvuk často používa pri formulovaní a príprave zmesí konečného produktu. Keď je potrebné rozpustiť extrakt zo stévie v kvapaline, ultrazvuk je rýchlou a účinnou technikou na prípravu homogénnej zmesi – bez ohľadu na viskozitu. Ultrazvukové rozpúšťanie umožňuje prípravu vysoko nasýtených a dokonca aj presýtených roztokov.

Systémy na ultrazvukovú extrakciu

Sortiment produktov Hielscher pokryje vaše potreby – či už chcete extrahovať menšie a stredne veľké objemy na analýzu a výskum, alebo extrahovať vo veľkom meradle komerčnej výroby. Náš sortiment ultrazvukových procesorov zahŕňa ultrazvukové laboratórne zariadenia, stolové systémy na výskum a vývoj a pre poloprevádzky, ako aj priemyselné vysokovýkonné ultrazvukové systémy s výkonom až 16 000 wattov na jednu jednotku, ktoré možno ľahko spájať do skupín a umiestňovať do kontajnerov. Náš široký výber ultrazvukového príslušenstva , ako sú sonotródy, prietokové cely, reaktory a zosilňovače amplitúdy, umožňuje optimálnu konfiguráciu systému dokonale zodpovedajúceho potrebám našich zákazníkov.

Investícia

Všetky ultrazvukové zariadenia Hielscher sú skonštruované na 24/7 prevádzku, čo znamená, že naše zariadenia umožňujú rýchlu návratnosť investície (RoI). Alupului et al. (2009) počas svojho výskumu zistili, že by sa nemala prehliadať ekonomická opodstatnenosť použitia vysokointenzívneho ultrazvuku ako relatívne nízkonákladovej metódy. Navyše, ultrazvuková extrakcia je presvedčivou technikou vďaka svojmu jednoduchému používaniu a značnej účinnosti.