Екстракція стевії без розчинників за допомогою ультразвуку

Традиційна екстракція солодких компонентів, таких як стевіоглікозиди, зі Stevia rebaudiana передбачає використання токсичних розчинників. Для отримання корисного для здоров’я високоякісного харчового продукту потрібен метод екстракції без розчинників. Метод ультразвукової екстракції дає змогу уникнути використання розчинників і досягти дуже високого виходу екстракції за короткий час обробки. Завдяки цьому ультразвукова екстракція стевії вирізняється винятковою ефективністю та екологічністю.

Корисні для здоров’я екстракти завдяки ультразвуковій екстракції

Підсолоджувачі зі стевії вважаються корисним для здоров’я продуктом, виготовленим із листя трав’янистої рослини Stevia rebaudiana Bertoni, і використовуються як підсолоджувач із нульовою калорійністю. Солодкість зумовлена дитерпеновими глікозидами, які приблизно у 300 разів солодші за сахарозу.
До складу глікозидів stevia rebaudiana Bertoni входять стевіозид (5–10%), ребаудіозид A (2–4%), ребаудіозид C (1–2%), дулкозид A (0,5–1%), ребаудіозид B, ребаудіозид D і ребаудіозид E. На відміну від інших глікозидів, rebaudiana A характеризується відсутністю гіркоти. Тому rebaudiana A є найбільш затребуваною цільовою сполукою для виділення з листя стевії. Ультразвукова екстракція сприяє вилученню стевіозидів і ребаудіозидів високої чистоти. Ультразвукова екстракція стевіолових глікозидів легко здійснюється у воді та забезпечує високий вихід за дуже високої швидкості екстракції. Відносно низька температура екстракції від 60°C до 80°C забезпечує щадні умови, які запобігають деградації екстрактів.

Після схвалення стевії як підсолоджувача попит на цей натуральний безкалорійний замінник цукру значно зріс. Для забезпечення попиту на продукти зі стевії необхідно розширювати потужності промислового виробництва. Ультразвук є перевіреним методом інтенсифікації екстракції.

Переваги ультразвукової екстракції:

• без розчинників, наприклад у воді
• вищий вихід
• висока швидкість екстракції
• економія часу
• економія коштів
• безпечність
• екологічність
• періодична або потокова обробка

Ультразвукова екстракція стевії: результати досліджень

Carbonell-Capella та співавт. (2016) порівняли різні методи екстракції для вилучення стевіозидів і ребаудіозидів. Найвищий ступінь вилучення стевіозиду було отримано за допомогою ультразвукової екстракції з використанням UP400S (див. зображення ліворуч) і води як розчинника: він був у 3,5 раза вищим порівняно з традиційним дифузійним методом і в 1,5 раза вищим порівняно з подрібненими зразками стевії. У цьому дослідженні листя стевії (6 g) суспендували у воді (180 g) за температури 208C і співвідношення твердої та рідкої фаз 1:30 (w/w). Ультразвукову екстракцію проводили за допомогою ультразвукового процесора UP400S (Hielscher GmbH, Німеччина), що працював за потужності 400 W і частоти 24 kHz. Для експериментів дослідницька група Carbonell-Capella встановила амплітуду 100% і безперервний режим ультразвукової обробки. Для введення ультразвукових хвиль у зразок було встановлено титановий сонотрод H22 діаметром 22 mm і завдовжки 100 mm. Зонд занурювали в суміш, що містила 6 g листя стевії, суспендованого у 180 g води або суміші етанолу з водою (50%), у вузькогорлій скляній колбі (місткістю 1 000 mL). Зразки занурювали в охолоджувальну ванну, щоб уникнути нагрівання, спричиненого ультразвуковою обробкою, і температуру завжди підтримували нижче 50ºC). Загальну питому підведену енергію (W_spec, у kJ/kg) розраховували множенням потужності генератора (400 J/s) (Power) на загальну тривалість обробки (sec) і діленням на масу продукту (kg). Енергія ультразвуку становила 178 kJ/kg (для t_US = 80 sec.)
(див. Carbonell-Capella та співавт. 2016)
Sic-Zlabur та співавт., (2015) досліджували екстракцію стевіолових глікозидів разом з іншими функціональними інгредієнтами з листя стевії та дійшли висновку, що ультразвукова екстракція є екологічною технологією, яку можна використовувати для вилучення функціональних сполук із листя стевії зі значно коротшим часом обробки та меншим споживанням енергії порівняно з традиційною екстракцією.

Liu та співавт. (2010) досліджували ультразвукову екстракцію загальних вуглеводів зі Stevia rebaudiana Bertoni. Щоб максимально збільшити вихід загальних вуглеводів зі Stevia rebaudiana Bertoni, як зразки використовували стевію типу LUYU-131. Для оптимізації умов екстракції за допомогою ультразвуку застосовували методологію поверхні відгуку (RSM). Результати показали, що оптимальними умовами екстракції були температура екстракції 68°C, потужність ультразвуку 60 W і тривалість екстракції 32 min. За використання екстракції за допомогою ультразвуку вихід екстрактів збільшився у 1,5 раза за нижчої температури екстракції (68°C), а тривалість екстракції (32 min.) істотно скоротилася порівняно з класичною екстракцією. Аналіз компонентного складу неочищених екстрактів показав, що відносний вміст ребаудіозиду A в екстрактах, отриманих за допомогою ультразвуку, збільшився порівняно з екстрактами, отриманими класичним методом, а екстракти, отримані за допомогою ультразвуку, мали кращу якість.
Alupului та Lavric (2008) у своєму дослідженні підтверджують вищу ефективність ультразвукової екстракції стевії, зазначаючи, що екстракція стевіозиду зі Stevia rebaudiana під дією ультразвуку забезпечує підвищення продуктивності у двісті разів порівняно з традиційним замочуванням, а також скорочення часу обробки. (див. Alupului A., Lavric V., 2008)

Подальша ультразвукова обробка стевіозидів

Ультразвук є надійним методом перемішування, змішування і гомогенізації, тому ультразвук часто використовують під час розроблення рецептури та приготування кінцевого продукту. Коли екстракт стевії потрібно розчинити в рідині, ультразвук є швидким і ефективним методом приготування однорідної суміші – незалежно від в’язкості. Ультразвукове розчинення дає змогу готувати високонасичені та навіть перенасичені розчини.

Системи ультразвукової екстракції

Асортимент продукції Hielscher задовольнить ваші потреби – незалежно від того, чи потрібна вам екстракція невеликих і середніх об’ємів для аналізу й досліджень, чи екстракція у великих промислових масштабах. Наш асортимент ультразвукових пристроїв охоплює лабораторні ультразвукові пристрої, настільні системи для досліджень і розробок та дослідно-промислових установок, а також промислові високопотужні ультразвукові системи потужністю до 16 000 ват на один пристрій, які легко об’єднувати в комплекси та розміщувати в контейнерах. Наш широкий асортимент ультразвукових аксесуарів , таких як сонотрод, проточні комірки, реактори та бустери, дає змогу оптимально сконфігурувати систему, що ідеально відповідає потребам нашого клієнта.

Інвестиції

Усі ультразвукові пристрої Hielscher призначені для роботи 24/7 і забезпечують швидку окупність інвестицій у наше обладнання (RoI). Alupului та співавт. (2009) під час своїх досліджень встановили, що не слід нехтувати економічною обґрунтованістю застосування високоінтенсивного ультразвуку як відносно маловитратного методу. Крім того, ультразвукова екстракція є переконливим методом завдяки простоті застосування та значній ефективності.