INDUSTRIA DE LA STEVIA – PROCESO DE
OBTENCIÓN
PIA II – FCQ - UNA
Prof. IQ Alba Cabrera Urbieta
STEVIÓSIDOS
A pesar de todos los beneficios que trae su consumo, existen problemas en su comercialización debido a la presencia de un ligero sabor amargo al principio de su degustación, provocando problemas en su comercialización. Por esta razón, la mayoría de las investigaciones buscan obtener un edulcorante natural proveniente de la Stevia, para su utilización en productos alimentarios que sean de sabor agradable.
STEVIA
En 1931, dos científicos franceses, Bridel y Lavieiller comenzaron a estudiar a la Stevia. Descubrieron una sustancia pura blanca cristalina que denominaron Esteviósidos, un glucósido diterpénico dulce que se encuentra en el extracto de Stevia. Los científicos franceses determinaron que la potencia endulzante del Esteviósido era trescientas (300) veces mayor que la del azúcar y establecieron que no causaba efectos tóxicos aparentes en diversos animales de laboratorio (Atencio, 2005).
STEVIA
STEVIA
Contiene más de 100 bioflavonoides identificados y terpenos, a parte de los steviosidos y rebaudiosidos. Tiene compuestos en todas las partes de la planta, tales como minerales, esteroles y bioflavonoides (Luke, 2007).
Composición de la Stevia
Proteínas, calcio, fósforo, ácido cafeico, ácido clorogénico, escopoletina, umbeliferona, quercetina isoquercitrina, avicularin, polystachoside, óxido 25 cariofileno, spathulenol, camazuleno que también se encuentra en la manzanilla, sterebins E, F, G, H que son diterpenos, centaureidin (5,7,3' –trihidroxi-3,6,4'-trimethoxyflavone) y esteroles como el stigmasterol, sitosterol y campesterol (Luke, 2007).
STEVIA
Las hojas de la planta de stevia poseen una mezcla de ocho glucósidos los cuales tienen una potencia edulcorante superior a la de la sacarosa:
Steviol
Steviósido
Rebaudiósido A
Rebaudiósido C (Dulcósido B)
Rebaudiósido E
Dulcósido A
STEVIA
Los glucósidos de esteviol son componentes naturales de la planta Stevia rebaudiana Bertoni. El interés de los glucósidos de esteviol radica en sus propiedades edulcorantes y sus principales componentes son el esteviósido y el rebaudiósido. El producto se obtiene de las hojas de Stevia rebaudiana Bertoni. Las hojas se procesan con agua caliente y el extracto acuoso se concentra y purifica ulteriormente. El producto final puede presentarse desecado por pulverización. Las preparaciones de glucósidos de esteviol son unos polvos solubles en agua, entre 200 y 300 veces más dulces que la sacarosa, blancos o blancos ligeramente amarillentos, cristalinos, inodoros o con un ligero olor característico (Kuznesof y Wallin, 2008).
NOMBRES QUÍMICOS DE LOS GLUCÓSIDOS DE STEVIOL
Esteviósido: 13-[(2-O-β-D-glucopiranosil-β-D-glucopiranosil)oxi]
ácido kaur-16-en-18-oico, β- D-glucopiranosil éster
Rebaudiósido A: 13-[(2-O-β-D-glucopiranosil-3-O-β-Dglucopiranosil-β-D-glucopiranosil)oxi] ácido kaur-16-en-8-oico, β-D-glucopiranosil éster.
Rebaudiósido B: 13-[(2-O-α-L-ramnopiranosil-3-O-β-D-
glucopiranosil)oxi] ácido kaur-16-en-18-oico, β-D-glucopiranosil éster 32
Dulcósido A: 13-[2-O-α-L-ramnopiranosil-β-D-glucopiranosil)oxi]
ácido kaur-16-en-18-oico, β-D- glucopiranosil éster
FÓRMULAS EMPÍRICAS DE LOS GLUCÓSIDOS DE STEVIOL
ESTEVIÓSIDO O STEVIÓSIDO
El esteviósido fue identificado por los franceses Bridel y Lavieille en 1931; no obstante, las hojas de esta especie contienen otros principios endulzantes como los rebaudósidos A y B. El rebaudiósido A es 190 veces más dulce que el azúcar. El esteviósido en forma pura es 300 veces más dulce que una solución al 0,4% de sacarosa (Alonso, 2010).
REBAUDIÓSIDO A
De toda la mezcla de glucósidos de steviol, el rebaudiósido A se encuentra entre el 20 y el 70 por ciento (Kuznesof y Wallin, 2008). Estudios complementarios realizando pruebas sensoriales, determinaron que el rebaudiósido A tiene el mejor sabor y es más cercano al azúcar (Jaramillo yRogel, 2007). De todos los glucósidos de steviol, el Rebaudiósido A o rebiana tiene una dulzura sin notas de sabor amargo o metálico. Por ello tiene que ser extraído de la planta mediante un proceso utilizando solamente agua mientras que el etanol de grado alimentario se utiliza para purificar aún más el extracto en rebiana en un proceso similar a la forma de extraer la esencia de vainilla (Baker, 2010).
PROCESOS DE OBTENCIÓN
Hay gran cantidad de métodos patentados para la extracción del
steviosido, los cuales se pueden clasificar en aquellos basados
en:
Solventes (Haga, 1976; Bondarev, 2001; Morita, 1978)
Procesos de membrana (Kutowy, 1999; Wea-Shang Fuh, 1990)
Adsorción cromatográfica (Itagaki, 1979; Dobberstein, 1982;
Kolb, 2001) Intercambio iónico (Uneshi, 1977; Giovanetto, 1988; Payzant,
1999) Precipitación selectiva (Matsushita y Kitahara, 1981; Kumar,
1986) Fluidos supercríticos (kienle, 1992)
PROCESOS DE OBTENCIÓN
EXTRACCIÓN CON AGUA O SOLVENTES
ORGÁNICOS FILTRACIÓN
PRECIPITACIÓN DE IMPUREZAS
PURIFICACIÓN CON RESINAS DE
INTERCAMBIO IÓNICO CRISTALIZACIÓN SECADO
Las hojas secas de stevia (preferiblemente finamente trituradas) son
colocadas en un tanque para ser combinadas con agua u otro solvente
orgánico. Existen diversos criterios respecto a la temperatura del
solvente, se puede usar a temperatura ambiente, otros inventores
recomiendan bajar la temperatura y otros por el contrario calientan el
solvente. Los inventores que utilizan temperaturas bajas del solvente
(Kutowy, 1999) argumentan que aumentar la temperatura genera una extracción excesiva de sustancias no deseadas las cuales hay que
remover en los procesos siguientes.
PROCESOS DE OBTENCIÓN
EXTRACCIÓN CON AGUA O SOLVENTES
ORGÁNICOS
Las hojas de stevia son mezcladas
con agua cuya temperatura puede
estar entre la temperatura ambiente y 65°C. Luego se pasa a un
proceso de filtración para obtener
un extracto acuoso, el cual es tratado con hidróxido de calcio
(también se puede usar óxido del
calcio, carbonato de calcio, u otras sales básicas de calcio) para
conseguir un precipitado; remueven ácidos orgánicos, bases orgánicas,
sales inorgánicas, fenol,
substancias derivadas del aparato
fotosintético, proteínas, aminoácidos, entre otros.
EXTRACCIÓN
EXTRACCIÓN
AGUA P/ EXTRACCION (Con 0,8 % de CaOH)
Hojas de stevia picadas
DECOLORACIÓN DECOLORACIÓN
Al2 (SO4)3 - 1,0 %
Decoloración
Sulfato de aluminio
Tratamiento con carbón activado
O.B.S.: También se puede utilizar tierra
filtrante
El extracto obtenido es
sometido a un proceso de filtración, donde se
pasa por una resina de retención selectiva la
cual retiene las partículas en
suspensión.
FILTRACIÓN RESINAS DE ADSORCION El liquido de la salida se descarta, se retiran los
steviósidos con metanol
TRATAMIENTO CON RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
TRATAMIENTO CON RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
TRATAMIENTO CON RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
TRATAMIENTO CON RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
EVAPORACIÓN Y RECUPERACIÓN DEL METANOL
SECADO SPRAY
Recepción de la
Materia Prima
Tratamiento de la
Materia Prima
Extracción Borra o bagazo
Clarificación del
Extracto
Tratamiento del
Extracto
Filtración con tierra filtrante
Impurezas
Tratamiento con resinas
Concentración
Secado Spray
Producto Final > 80% de pureza en
Contenido de esteviosidos totales.
FLUJOGRAMA PARA PROCESAR HOJAS DE ESTEVIA Y OBTENER
ESTEVIOSIDOS DE ALTA PUREZA
Recuperación del
Metanol
Extracción
Centrifugado
Concentración 20%
Centrifugado
Lavado
Reacción A
Centrifugado
Ajuste de pH
Reacción B
Centrifugado
Ajuste de pH
Clarificado
Torres de resina
MeOH
Residuo acuoso
Adsorción
Evaporación
Centrifugado
Secadero Spray
MeOH
Esteviosido> 90%
FASES DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE STEVIÓSIDOS DE ALTA PUREZA
Extracción, TQ; 1,2,3
Decanter 1, 6000 L/h
Falling Film, 1500 L/h
Decanter 2
Lavado, TQ 2
Reacción A, TQ; 5,6,7
Decanter 2, 1500 L/h
Ajuste de pH,TQ;5,6,7
Reacción B, TQ;5,6,7
Decanter 2
Ajuste de pH,TQ;5,6,7
Clarificador, 2500 L/h
Adsorciòn
MeOH
Residuo acuoso
R. CA / R. AN
Evaporador
Decanter 1, 6000 L/h
Secadero Spray
MeOH
Esteviosido> 90%
Evaporador
Secadero Spray
Esteviosido crudo
FASES DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE STEVIÓSIDOS DE ALTA PUREZA
FASE
S D
EL P
RO
CES
O D
E O
BTE
NC
IÓN
DE
STEV
IÓSI
DO
S D
E A
LTA
PU
REZ
A
FASES DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE STEVIÓSIDOS DE ALTA PUREZA
FASES DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE STEVIÓSIDOS DE ALTA PUREZA
BALANCE PROCESO STEVIA INTEGRAL
BALANCE PROCESO STEVIÓSIDO
CO
STO
S D
E E
QU
IPO
S P
AR
A L
A O
BTE
NC
IÓN
D
E S
TEV
IÓSI
DO
S
O.B.S.: Esto es el costo
mínimo para una planta
industrial de este tipo, y
aquí sólo están cotizados
los equipos, no se
incluyen obras civiles,
montaje, mano de obra ni
puesta en marcha, es para
tener una idea aproximada
del monto inicial de la
inversión.
DISTRIBUCIÓN EN PLANTA
DISTRIBUCIÓN EN PLANTA