Lösningsmedelsfri extraktion av stevia med ultraljud

Vid konventionell extraktion av de söta beståndsdelarna, såsom stevioglykosider, från Stevia rebaudiana används giftiga lösningsmedel. För att få en hälsosam livsmedelsprodukt av hög kvalitet krävs en lösningsmedelsfri extraktionsmetod. Ultraljudsextraktion undviker användning av lösningsmedel och ger mycket höga extraktionsutbyten på kort bearbetningstid. Därmed utmärker sig ultraljudsextraktion av stevia genom enastående effektivitet och miljövänlighet.

Hälsosamma extrakt med ultraljudsextraktion

Steviasötningsmedel är avsedda att vara en hälsofrämjande produkt som framställs av bladen från örten Stevia rebaudiana Bertoni och används som ett kalorifritt sötningsmedel. Sötman kommer från diterpenglykosider som är cirka 300 gånger sötare än sackaros.
Glykosidinnehållet i stevia rebaudiana Bertoni består av steviosid (5–10%), rebaudiosid A (2–4%), rebaudiosid C (1–2%), dulkosid A (0,5–1%), rebaudiosid B, rebaudiosid D och rebaudiosid E. Till skillnad från de andra glykosiderna kännetecknas rebaudiana A av att den saknar bitterhet. Därför är rebaudiana A den mest eftertraktade föreningen från steviabladen. Ultraljudsextraktion underlättar extraktion av steviosider och rebaudiosider med hög renhet. Ultraljudsextraktion av steviolglykosider kan enkelt utföras i vatten och ger höga utbyten vid mycket hög extraktionshastighet. Den relativt låga extraktionstemperaturen mellan 60°C och 80°C är skonsam, så att nedbrytning av extrakten förhindras.

Sedan stevia godkändes som sötningsmedel har efterfrågan på det naturliga, kalorifria sockerersättningsmedlet ökat betydligt. För att tillhandahålla de efterfrågade steviaprodukterna måste kapaciteten för kommersiell produktion utökas. Ultraljud är en beprövad metod för intensifiering av extraktion.

Fördelar med ultraljudsextraktion:

• lösningsmedelsfri, t.ex. i vatten
• högre utbyten
• höga extraktionshastigheter
• tidsbesparande
• kostnadsbesparande
• säker
• miljövänlig
• satsvis behandling eller inlinebehandling

Ultraljudsextraktion av stevia: forskningsresultat

Carbonell-Capella et al. (2016) jämförde olika extraktionstekniker för extraktion av steviosider och rebaudiosider. Den högsta återvinningen av steviosid erhölls genom ultraljudsextraktion med UP400S (se bilden till vänster) med vatten som lösningsmedel och var 3,5 gånger högre än med den traditionella diffusionsmetoden och 1,5 gånger högre än med malda steviaprover. I denna studie suspenderades steviablad (6 g) i vatten (180 g) vid 208C med ett förhållande mellan fast ämne och vätska på 1:30 (w/w). Ultraljudsextraktionen utfördes med en ultraljudsprocessor UP400S (Hielscher GmbH, Tyskland), som användes vid 400 W och en frekvens på 24 kHz. För försöken ställde Carbonell-Capellas forskargrupp in amplituden på 100%, med kontinuerlig ultraljudsbehandling. En titansonotrod H22 med en diameter på 22 mm och en längd på 100 mm monterades för att koppla in ultraljudsvågorna i provet. Sonden sänktes ned i en blandning innehållande 6 g steviablad suspenderade i 180 g vatten eller etanol/vatten (50%) i en glaskolv med smal hals (volymkapacitet 1 000 mL). Proverna sänktes ned i ett kylbad för att undvika uppvärmning orsakad av ultraljudsbehandlingen och temperaturen hölls alltid under 50ºC). Den totala specifika energitillförseln (W_spec, i kJ/kg) beräknades genom att multiplicera generatoreffekten (400 J/s) (effekt) med den totala behandlingstiden (sek) dividerat med produktmassan (kg). Ultraljudsenergin var 178 kJ/kg (för t_US = 80 sek.)
(jfr Carbonell-Capella et al. 2016)
Sic-Zlabur et al., (2015) undersökte extraktion av steviolglykosider tillsammans med andra funktionella beståndsdelar från steviablad och drog slutsatsen att ultraljudsextraktion är en miljövänlig teknik som kan användas för extraktion av funktionella föreningar från steviablad med betydligt kortare behandlingstid och lägre energiförbrukning jämfört med konventionell extraktion.

Liu et al. (2010) undersökte ultraljudsextraktion av totala kolhydrater från Stevia rebaudiana Bertoni. För att maximera utbytet av totala kolhydrater från Stevia rebaudiana Bertoni användes stevia av typen LUYU-131 som prover. Responsytemetodik (RSM) användes för att optimera betingelserna för ultraljudsassisterad extraktion. Resultaten visade att de optimala extraktionsbetingelserna var en extraktionstemperatur på 68°C, en ultraljudseffekt på 60 W och en extraktionstid på 32 min. Med ultraljudsassisterad extraktion ökade utbytet av extrakt med en faktor på 1,5 vid den lägre extraktionstemperaturen (68°C) och extraktionstiden (32 min.) förkortades avsevärt jämfört med klassisk extraktion. Analysen av råextraktens beståndsdelar visade att den relativa mängden rebaudiosid A ökade i de ultraljudsassisterade extrakten jämfört med extrakt som erhållits genom den klassiska processen, och de ultraljudsassisterade extrakten hade bättre kvalitet.
Alupului och Lavric (2008) bekräftar i sin studie den överlägsna effektiviteten hos ultraljudsextraktion av stevia och anger att ultraljudsinducerad extraktion av steviosid från Stevia rebaudiana ger tvåhundra gånger högre produktivitet än konventionell blötläggning och även kortare behandlingstid. (jfr Alupului A., Lavric V., 2008)

Efterbehandling av steviosider med ultraljud

Ultraljud är en tillförlitlig metod för blandning, sammanblandning och homogenisering, och därför används ultraljud ofta vid formulering och beredning av slutprodukten. När steviaextraktet ska lösas upp i en vätska är ultraljud en snabb och effektiv teknik för att bereda en homogen blandning – oavsett viskositeten. Upplösning med ultraljud gör det möjligt att bereda höggradigt mättade och till och med övermättade lösningar.

System för ultraljudsextraktion

Hielschers produktsortiment täcker dina behov – oavsett om du vill extrahera mindre och medelstora volymer för analys och forskning eller extrahera i stor kommersiell produktionsskala. Vårt sortiment av ultraljudsprocessorer omfattar ultraljudsutrustning för laboratorier, bänksystem för forskning och utveckling samt pilotanläggningar, liksom industriella ultraljudssystem med hög effekt med upp till 16 000 watt per enskild enhet, som enkelt kan sammankopplas i kluster och installeras i containrar. Vårt breda utbud av ultraljudstillbehör såsom sonotroder, flödesceller, reaktorer och amplitudförstärkare möjliggör optimal konfiguration av ett system som passar våra kunders behov perfekt.

Investering

Alla Hielschers ultraljudsenheter är byggda för 24/7 drift, vilket innebär att vår utrustning möjliggör snabb avkastning på investeringen (RoI). Alupului et al. (2009) fann under sin forskning att den ekonomiska motiveringen för användning av högintensivt ultraljud som en relativt kostnadseffektiv metod inte får förbises. Dessutom är ultraljudsextraktion en övertygande teknik tack vare sin enkla användning och betydande effektivitet.