Ultrason ile Solventsiz Stevia Ekstraksiyonu

Stevia rebaudiana bitkisinden stevioglikozitler gibi tatlı bileşenlerin geleneksel ekstraksiyonunda toksik solventler kullanılır. Sağlıklı, yüksek kaliteli bir gıda ürünü elde etmek için solventsiz bir ekstraksiyon yöntemi gereklidir. Ultrasonik ekstraksiyon tekniği, solvent kullanımından kaçınarak kısa bir işlem süresinde çok yüksek ekstraksiyon verimleri sağlar. Böylece ultrasonik stevia ekstraksiyonu, olağanüstü verimliliği ve çevre dostu olmasıyla öne çıkar.

Ultrasonik Ekstraksiyon ile Sağlıklı Ekstraktlar

Stevia tatlandırıcılarının, Stevia rebaudiana Bertoni bitkisinin yapraklarından elde edilen, sağlığa yararlı bir ürün olması beklenir ve bu ürünler sıfır kalorili tatlandırıcı olarak kullanılır. Tatlılık, sakkarozdan yaklaşık 300 kat daha tatlı olan diterpenik glikozitlerden kaynaklanır.
stevia rebaudiana Bertoni bitkisinin glikozit içeriği; steviyozit (%5–10), rebaudiozit A (%2–4), rebaudiozit C (%1–2), dulkozit A (%0,5–1), rebaudiozit B, rebaudiozit D ve rebaudiozit E’den oluşur. Diğer glikozitlerin aksine rebaudiana A, acı olmamasıyla karakterize edilir. Bu nedenle rebaudiana A, stevia yapraklarından elde edilmesi en çok hedeflenen bileşiktir. Ultrasonik ekstraksiyon, yüksek saflıkta steviyozitlerin ve rebaudiozitlerin ekstraksiyonuna yardımcı olur. Steviol glikozitlerinin ultrasonik ekstraksiyonu suda kolayca gerçekleştirilebilir ve çok yüksek bir ekstraksiyon hızında yüksek verimler sağlar. Görece düşük ekstraksiyon sıcaklığı olan 60°C ile 80°C arasındaki sıcaklıklar, ekstraktların bozunmasını önleyecek kadar yumuşak işlem koşulları sağlar.

Stevia tatlandırıcı olarak onaylandığından beri, doğal ve kalorisiz şeker ikamesine olan talep önemli ölçüde artmıştır. Talep edilen stevia ürünlerini sağlamak için ticari üretim kapasitelerinin artırılması gerekir. Ultrason, ekstraksiyonun yoğunlaştırılması için kanıtlanmış bir yöntemdir.

Ultrasonik Ekstraksiyonun Avantajları:

• solventsiz, örneğin suda
• daha yüksek verimler
• yüksek ekstraksiyon hızları
• zaman tasarrufu
• maliyet tasarrufu
• güvenli
• çevre dostu
• parti halinde veya hat içi işleme

Ultrasonik Stevia Ekstraksiyonu: Araştırma Sonuçları

Carbonell-Capella ve ark. (2016), steviyozitlerin ve rebaudiozitlerin ekstraksiyonu için çeşitli ekstraksiyon tekniklerini karşılaştırmıştır. En yüksek steviyozit geri kazanımı, solvent olarak su kullanılarak UP400S cihazıyla (soldaki resme bakın) ultrasonik ekstraksiyon uygulanmasıyla elde edilmiştir; bu geri kazanım, geleneksel difüzyon yöntemine kıyasla 3,5 kat ve öğütülmüş Stevia numunelerine kıyasla 1,5 kat daha yüksektir. Bu çalışmada stevia yaprakları (6 g), 208C sıcaklıkta ve 1:30 (w/w) katı/sıvı oranında su (180 g) içinde süspanse edilmiştir. Ultrasonik ekstraksiyon, UP400S ultrasonik işlemcisi (Hielscher GmbH, Almanya) kullanılarak 400 W güçte ve 24 kHz frekansta gerçekleştirilmiştir. Deneyler için Carbonell-Capella’nın araştırma ekibi, sürekli sonikasyon modunda genliği %100 olarak ayarlamıştır. Ultrason dalgalarını numuneye aktarmak için 22 mm çapında ve 100 mm uzunluğunda bir H22 titanyum sonotrot monte edilmiştir. Prob, dar boyunlu bir cam balonda (kapasitesi 1.000 mL) 180 g su veya etanol/su (%50) içinde süspanse edilmiş 6 g Stevia yaprağı içeren bir karışıma daldırılmıştır. Sonikasyonun neden olduğu ısınmayı önlemek için numuneler bir soğutma banyosuna daldırılmış ve sıcaklık her zaman 50ºC’nin altında tutulmuştur). Toplam özgül enerji girdisi (W_spec, kJ/kg cinsinden), jeneratör gücünün (400 J/s) (Güç) toplam işlem süresiyle (sec) çarpılıp ürün kütlesine (kg) bölünmesiyle hesaplanmıştır. Ultrason enerjisi 178 kJ/kg olmuştur (t_US = 80 sec. için)
(bkz. Carbonell-Capella ve ark. 2016)
Sic-Zlabur ve ark. (2015), Stevia yapraklarından diğer fonksiyonel bileşenlerle birlikte steviol glikozitlerinin ekstraksiyonunu araştırmış ve ultrasonik ekstraksiyonun, geleneksel ekstraksiyona kıyasla önemli ölçüde daha kısa işlem süresi ve daha düşük enerji tüketimiyle Stevia yapraklarından fonksiyonel bileşiklerin ekstraksiyonu için kullanılabilecek çevre dostu bir teknoloji olduğu sonucuna varmıştır.

Liu ve ark. (2010), Stevia rebaudiana Bertoni bitkisinden toplam karbonhidratların ultrasonik ekstraksiyonunu araştırmıştır. Stevia rebaudiana Bertoni bitkisinden toplam karbonhidrat verimini en üst düzeye çıkarmak için numune olarak LUYU-131 tipindeki stevia kullanılmıştır. Ultrason destekli ekstraksiyon koşullarını optimize etmek için yanıt yüzeyi metodolojisi (RSM) kullanılmıştır. Sonuçlar, optimum ekstraksiyon koşullarının 68°C ekstraksiyon sıcaklığı, 60 W sonik güç ve 32 min ekstraksiyon süresi olduğunu göstermiştir. Ultrason destekli ekstraksiyon kullanıldığında ekstrakt verimi 1,5 kat artmıştır; bu artış daha düşük ekstraksiyon sıcaklığında (68°C) gerçekleşmiş ve ekstraksiyon süresi (32 min.), klasik ekstraksiyona kıyasla önemli ölçüde kısalmıştır. Ham ekstraktların bileşen analizi, klasik işlemle elde edilen ekstraktlara kıyasla ultrason destekli ekstraktlarda rebaudiozit A’nın göreli miktarının arttığını ve ultrason destekli ekstraktların daha kaliteli olduğunu göstermiştir.
Alupului ve Lavric (2008), çalışmalarında ultrasonik stevia ekstraksiyonunun üstün verimliliğini doğrulayarak, Stevia rebaudiana bitkisinden ultrasonla başlatılan steviyozit ekstraksiyonunun geleneksel bekletmeye kıyasla iki yüz kat daha yüksek üretkenlik ve ayrıca daha kısa işlem süresi sağladığını belirtmiştir. (bkz. Alupului A., Lavric V., 2008)

Steviyozitlerin Ultrasonik Son İşlemi

Ultrason; karıştırma, harmanlama ve homojenleştirme için güvenilir bir yöntemdir; bu nedenle son ürünün formüle edilmesi ve bileşenlerinin birleştirilmesi sırasında sıklıkla kullanılır. Stevia ekstraktının bir sıvıda çözündürülmesi gerektiğinde ultrason, viskoziteden bağımsız olarak homojen bir karışım hazırlamak için hızlı ve verimli bir tekniktir. Ultrasonik çözündürme ile yüksek derecede doymuş ve hatta aşırı doymuş çözeltiler hazırlanabilir.

Ultrasonik Ekstraksiyon Sistemleri

Hielscher’in ürün yelpazesi, ister analiz ve araştırma için küçük ve orta hacimlerde, ister büyük ticari üretim ölçeğinde ekstraksiyon yapmak isteyin, ihtiyaçlarınızı karşılar. Sonikatör ürün yelpazemiz, ultrasonik laboratuvar cihazlarını, tezgâh üstü sistemleri (Ar-Ge ve pilot tesisler için) ve ayrıca endüstriyel yüksek güçlü ultrasonik sistemleri içerir. Bu sistemler, tek bir ünite başına 16.000 watt güce kadar ulaşabilir ve kolayca gruplandırılarak konteynerlere yerleştirilebilir. Sonotrotlar, akış hücreleri, reaktörler ve güçlendiriciler gibi geniş ultrasonik aksesuar seçeneklerimiz, müşterilerimizin ihtiyaçlarına tam olarak uyan sistemin optimum şekilde yapılandırılmasını sağlar.

Yatırım

Tüm Hielscher ultrasonik cihazları 24/7 çalışma için üretilmiştir; bu, ekipmanlarımızın hızlı bir Yatırım Getirisi (RoI) sağladığı anlamına gelir. Alupului ve ark. (2009), araştırmalarında yüksek yoğunluklu ultrason uygulamasının nispeten düşük maliyetli bir yöntem olarak ekonomik gerekçesinin göz ardı edilmemesi gerektiğini tespit etmiştir. Ayrıca, ultrasonik ekstraksiyon tekniği, kullanım kolaylığı ve belirgin verimliliği sayesinde ikna edicidir.