Ekstrakcija stevije brez topil z ultrazvokom

Pri običajni ekstrakciji sladkih sestavin, kot so stevioglikozidi, iz rastline Stevia rebaudiana se uporabljajo strupena topila. Za pridobitev zdravega, visokokakovostnega živila je potrebna metoda ekstrakcije brez topil. Tehnika ultrazvočne ekstrakcije omogoča izogibanje uporabi topil in dosega zelo visoke izkoristke ekstrakcije v kratkem času obdelave. Ultrazvočna ekstrakcija stevije se tako odlikuje z izjemno učinkovitostjo in prijaznostjo do okolja.

Zdravi ekstrakti z ultrazvočno ekstrakcijo

Sladila iz stevije naj bi bila zdravju koristen izdelek, pridobljen iz listov zelišča Stevia rebaudiana Bertoni, in se uporabljajo kot brezkalorično sladilo. Sladkost povzročajo diterpenski glikozidi, ki so približno 300-krat slajši od saharoze.
Glikozidno sestavo rastline stevia rebaudiana Bertoni tvorijo steviozid (5–10%), rebaudiozid A (2–4%), rebaudiozid C (1–2%), dulkozid A (0,5–1%), rebaudiozid B, rebaudiozid D in rebaudiozid E. Za razliko od drugih glikozidov je za rebaudiana A značilno, da ni grenak. Zato je rebaudiana A najbolj iskana spojina iz listov stevije. Ultrazvočna ekstrakcija olajša pridobivanje steviozidov in rebaudiozidov visoke čistosti. Ultrazvočna ekstrakcija steviolnih glikozidov se lahko preprosto izvaja v vodi ter zagotavlja visoke izkoristke pri zelo visoki hitrosti ekstrakcije. Razmeroma nizka temperatura ekstrakcije med 60°C in 80°C je blaga, zato preprečuje razgradnjo ekstraktov.

Odkar je stevija odobrena kot sladilo, se je povpraševanje po tem naravnem, brezkaloričnem nadomestku sladkorja znatno povečalo. Za zagotovitev izdelkov iz stevije, po katerih je povpraševanje, je treba razširiti zmogljivosti komercialne proizvodnje. Ultrazvok je preizkušena metoda za intenzifikacijo ekstrakcije.

Prednosti ultrazvočne ekstrakcije:

• brez topil, npr. v vodi
• višji izkoristki
• visoke hitrosti ekstrakcije
• prihranek časa
• prihranek stroškov
• varnost
• prijaznost do okolja
• šaržna obdelava ali obdelava v toku

Ultrazvočna ekstrakcija stevije: rezultati raziskav

Carbonell-Capella et al. (2016) so primerjali različne tehnike ekstrakcije za pridobivanje steviozidov in rebaudiozidov. Največji izplen steviozida so dosegli z ultrazvočno ekstrakcijo z napravo UP400S (glejte sliko levo) ob uporabi vode kot topila; bil je 3,5-krat višji kot pri tradicionalni difuzijski metodi in 1,5-krat višji kot pri zmletih vzorcih stevije. V tej študiji so liste stevije (6 g) suspendirali v vodi (180 g) pri 208C in razmerju med trdno snovjo in tekočino 1:30 (w/w). Ultrazvočno ekstrakcijo so izvajali z ultrazvočnim procesorjem UP400S (Hielscher GmbH, Nemčija), ki je deloval pri moči 400 W in frekvenci 24 kHz. Raziskovalna skupina Carbonell-Capella je za poskuse nastavila amplitudo na 100% in uporabila neprekinjeni način sonikacije. Za prenos ultrazvočnih valov v vzorec je bila nameščena titanova sonotroda H22 s premerom 22 mm in dolžino 100 mm. Sonda je bila potopljena v mešanico, ki je vsebovala 6 g listov stevije, suspendiranih v 180 g vode ali etanola/vode (50%), v stekleni bučki z ozkim vratom (prostornina 1.000 mL). Vzorci so bili potopljeni v hladilno kopel, da bi preprečili segrevanje zaradi sonikacije, temperatura pa je bila ves čas nižja od 50ºC). Skupni specifični vnos energije (W_spec, v kJ/kg) so izračunali tako, da so moč generatorja (400 J/s) (moč) pomnožili s skupnim trajanjem obdelave (sec) in rezultat delili z maso izdelka (kg). Ultrazvočna energija je znašala 178 kJ/kg (pri t_US = 80 sec.)
(prim. Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) so raziskovali ekstrakcijo steviolnih glikozidov skupaj z drugimi funkcionalnimi sestavinami iz listov stevije in ugotovili, da je ultrazvočna ekstrakcija okolju prijazna tehnologija, ki se lahko uporablja za pridobivanje funkcionalnih spojin iz listov stevije z bistveno krajšim časom obdelave in manjšo porabo energije v primerjavi z običajno ekstrakcijo.

Liu et al. (2010) so raziskovali ultrazvočno ekstrakcijo skupnih ogljikovih hidratov iz rastline Stevia rebaudiana Bertoni. Da bi dosegli največji izkoristek skupnih ogljikovih hidratov iz rastline Stevia rebaudiana Bertoni, so kot vzorce uporabili stevijo tipa LUYU-131. Za optimizacijo pogojev ultrazvočno podprte ekstrakcije so uporabili metodologijo odzivne površine (RSM). Rezultati so pokazali, da so optimalni pogoji ekstrakcije temperatura ekstrakcije 68°C, ultrazvočna moč 60 W in čas ekstrakcije 32 min. Pri ultrazvočno podprti ekstrakciji se je izkoristek ekstraktov povečal za faktor 1,5 pri nižji temperaturi ekstrakcije (68°C), čas ekstrakcije (32 min.) pa se je v primerjavi s klasično ekstrakcijo bistveno skrajšal. Analiza sestavin surovih ekstraktov je pokazala, da se je relativna količina rebaudiozida A v ultrazvočno podprtih ekstraktih povečala v primerjavi z ekstrakti, pridobljenimi s klasičnim postopkom, in da so bili ultrazvočno podprti ekstrakti boljše kakovosti.
Alupului in Lavric (2008) v svoji študiji potrjujeta večjo učinkovitost ultrazvočne ekstrakcije stevije in navajata, da z ultrazvokom povzročena ekstrakcija steviozida iz rastline Stevia rebaudiana zagotavlja dvestokrat večjo produktivnost kot običajno namakanje ter tudi krajši čas obdelave. (prim. Alupului A., Lavric V., 2008)

Ultrazvočna naknadna obdelava steviozidov

Ultrazvok je zanesljiva metoda za mešanje, umešavanje in homogenizacijo, zato se pogosto uporablja pri formuliranju in pripravi končnega izdelka. Kadar je treba ekstrakt stevije raztopiti v tekočini, je ultrazvok hitra in učinkovita tehnika za pripravo homogene mešanice – ne glede na viskoznost. Ultrazvočno raztapljanje omogoča pripravo močno nasičenih in celo prenasičenih raztopin.

Sistemi za ultrazvočno ekstrakcijo

Ponudba izdelkov Hielscher pokriva vaše potrebe – ne glede na to, ali želite izvajati ekstrakcijo manjših in srednje velikih prostornin za analize in raziskave ali ekstrakcijo v obsežni komercialni proizvodnji. Naša ponudba ultrazvočnih naprav vključuje ultrazvočne laboratorijske naprave, namizne sisteme za raziskave in razvoj ter pilotne obrate, pa tudi industrijske ultrazvočne sisteme velike moči z do 16.000 vatov na posamezno enoto, ki jih je mogoče preprosto povezati v skupine in namestiti v zabojnike. Naš širok izbor ultrazvočne dodatne opreme , kot so sonotrode, pretočne celice, reaktorji in ojačevalniki amplitude, omogoča optimalno konfiguracijo sistema, ki popolnoma ustreza potrebam naših strank.

Naložba

Vse ultrazvočne naprave Hielscher so zasnovane za 24/7 delovanje, kar pomeni, da naša oprema omogoča hitro donosnost naložbe (RoI). Alupului et al. (2009) so med raziskavo ugotovili, da se ekonomske upravičenosti uporabe ultrazvoka visoke intenzivnosti kot razmeroma poceni metode ne sme zanemariti. Poleg tega je ultrazvočna ekstrakcija prepričljiva tehnika zaradi svoje preproste uporabe in znatne učinkovitosti.