Επεξεργασία εκχυλίσματος από το φυτό Stevia rebaudiana για προσθήκη σε ποτά ως γλυκαντικό και μέσο οξίνισης

Abstract

Η αντικατάσταση της ζάχαρης με άλλες γλυκαντικές ουσίες σε τρόφιμα και ποτά είναι ένας βασικός στόχος στη βιομηχανία τροφίμων για την παραγωγή προϊόντων που περιέχουν λιγότερες θερμίδες και είναι κατάλληλα για διαβητικούς. Τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον έχει προσελκύσει ένα φυσικό γλυκαντικό χωρίς θερμίδες, το οποίο επί αιώνες χρησιμοποιείται στην περιοχή της Παραγουάης. Πρόκειται για τους γλυκοζίτες στεβιόλης, που εξάγονται από τα φύλλα του φυτού Stevia rebaudiana Bertoni και έχουν 300 φορές τη γλυκύτητα της ζάχαρης και σχεδόν αμελητέα επίδραση στα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα. Η χρήση των γλυκοζιτών στεβιόλης ως γλυκαντική ουσία σε τρόφιμα έχει εγκριθεί από την EFSA (European Food Safety Authority) και στο πρόσθετο τροφίμων έχει αποδοθεί ο αριθμός «E 960». Το μεγάλο μειονέκτημα όμως των γλυκοζιτών στεβιόλης είναι η χαρακτηριστική πικρή τους γεύση η οποία επηρεάζει τη γλυκύτητά τους. Αυτό εμποδίζει τη χρήση τους κατά την ολική αντικατάσταση της ζάχαρης σε τρόφιμα και ποτά. Για το λόγο αυτό, τα περισσότερα προϊόντα με γλυκοζίτες στεβιόλης που ήδη κυκλοφορούν στην αγορά περιέχουν και ζάχαρη ή άλλες γλυκαντικές ουσίες, ώστε η γεύση τους να είναι αποδεκτή από τους καταναλωτές. Στη συγκεκριμένη μελέτη στόχος ήταν να βρεθεί ένα σύνολο διεργασιών για την παραγωγή εκχυλίσματος από το φυτό Stevia rebaudiana απαλλαγμένο από την χαρακτηριστική πικρή γεύση και με χαμηλή τιμή pH, το οποίο να μπορεί να προστεθεί ως γλυκαντικό και μέσο οξίνισης σε ποτά. Οι διεργασίες που μελετήθηκαν ήταν η εκχύλιση, η ζύμωση του εκχυλίσματος και στη συνέχεια η συμπύκνωση και ο αποχρωματισμός του. Η μελέτη περιλάμβανε ένα αρχικό πείραμα για την επιλογή των βέλτιστων συνθηκών εκχύλισης και ζύμωσης, το κυρίως πείραμα για την παρακολούθηση της ζύμωσης και την εύρεση βέλτιστων συνθηκών συμπύκνωσης και αποχρωματισμού και τέλος ένα επαναληπτικό πείραμα, βασισμένο στα συμπεράσματα του κυρίως πειράματος. Έτσι, ως καλύτερη μέθοδος εκχύλισης επιλέχθηκε η κρύα εκχύλιση φύλλων στέβιας ακολουθούμενη από διήθηση, γιατί το παραγόμενο εκχύλισμα είχε την καλύτερη γεύση, η οποία μάλιστα παρέμενε σταθερή με την αύξηση του χρόνου βρασμού. Η ζύμωση, που πραγματοποιήθηκε τόσο με στελέχη της ζύμης S.cerevisiae όσο και με στελέχη του λακτοβάκιλλου L. plantarum, οδήγησε στην εξάλειψη της πικρής γεύσης του εκχυλίσματος αλλά και στη μείωση της τιμής του pH. Η συμπύκνωση οδήγησε στην απομάκρυνση της αιθανόλης που είχε παραχθεί από την αλκοολική ζύμωση αλλά και μερικής ποσότητας νερού. Για τον αποχρωματισμό του εκχυλίσματος χρησιμοποιήθηκε ενεργός άνθρακας και βρέθηκε ότι η προσθήκη ενεργού άνθρακα σε συγκέντρωση 3000 g/hL είναι η βέλτιστη για τον αποχρωματισμό του εκχυλίσματος. Μετά το τέλος του επαναληπτικού πειράματος πραγματοποιήθηκε επιπλέον οργανοληπτικός έλεγχος με προσθήκη των παραγόμενων εκχυλισμάτων σε μπύρα τύπου Pilsner σε συγκεντρώσεις 0.5 και 1.0 mL εκχ./10 mL μπύρα. Τα δείγματα μπύρας αξιολογήθηκαν από τους δοκιμαστές κυρίως ως προς τη γλυκύτητα, την πικρή γεύση και την πληρότητα στόματος. Το αποχρωματισμένο εκχύλισμα στέβιας που είχε ζυμωθεί με το στέλεχος B1 του L.plantarum ήταν το δείγμα που άρεσε περισσότερο στους δοκιμαστές, γιατί αύξησε περισσότερο τη γλυκύτητα και την πληρότητα στόματος στη μπύρα, ενώ δεν αναγνώρισαν την χαρακτηριστική πικρή γεύση των γλυκοζιτών στεβιόλης. Το συγκεκριμένο εκχύλισμα μετά τη ζύμωση είχε τη μικρότερη τιμή pH (pH=3.2) και μετά τη διήθηση με ενεργό άνθρακα έφτασε στο μεγαλύτερο ποσοστό αποχρωματισμού (σχεδόν 80%). Συμπερασματικά, το σύνολο των διεργασιών που μελετήθηκαν στο συγκεκριμένο πείραμα οδήγησαν στην παραγωγή ενός εκχυλίσματος από το φυτό Stevia rebaudiana, απαλλαγμένο από την πικρή γεύση των γλυκοζιτών στεβιόλης, με χαμηλή τιμή pH και ελαφρώς υποκίτρινο χρώμα, κατάλληλο για προσθήκη σε ποτά ως γλυκαντικό και μέσο οξίνισης.

Replacing sugar with other sweeteners in foods and beverages is a key objective in the food industry, for products that contain fewer calories and are suitable for diabetics. In recent years, a non-caloric natural sweetener, which is used for centuries in Paraguay has attracted much interest. The steviol glycosides, extracted from the leaves of the plant Stevia rebaudiana Bertoni have 300 times the sweetness of sugar and almost negligible effect on blood glucose levels. The use of steviol glycosides as a sweetener in foods is approved by the EFSA (European Food Safety Authority) and the food additive is assigned the number «E 960». However, the main drawback of this sweetener is its characteristic bitter taste. This prevents the use of steviol glycosides for total replacement of sugar in foods and beverages. For this reason, most products with steviol glycosides that are already on the market, contain also sugar or other sweeteners. In this study the objective was to find a set of processes, in order to produce an extract of the plant Stevia rebaudiana, free of the characteristic bitter taste and with low pH-value, which can be added as sweetener and acidifier in beverages. The processes that were studied were extraction, fermentation of the extract and then its concentration and discoloration. The study included a pre-trial to select the best extraction and fermentation conditions, the main trial for studying the fermentation and finding optimal conditions for concentration and discoloration and finally a repetition, based on the conclusions of the main trial. The cold extraction of stevia leaves followed by filtration was selected as the best extraction method, because the extract had the best taste, which remained stable, even with the increase of the boiling time. The extract was fermented with some strains of yeast S. cerevisiae and with some strains of lactobacillus L. plantarum. Through fermentation the bitter taste of the extract was eliminated and its pH-value was also reduced. The concentration by the rotary evaporator led to removal of ethanol, that was produced by alcoholic fermentation, and partial removal of water. Finally, it was found that the optimal concentration of activated carbon for the discoloration of the extract was 3000 g/hL. After repetition of the main trial, the several extracts, that were produced, were mixed with beer Pilsner (0.5 and 1.0 mL extr./10 mL beer) in order to carry out a sensory analysis. The beer samples were evaluated by testers mainly on the sweetness, the bitterness and palate fullness. The discolored stevia extract which was fermented with strain B1 of L.plantarum was liked the most by testers, because it increased the sweetness and palate fullness of beer, but not its bitterness. This extract after fermentation had the lowest pH-value (pH=3.2) and after filtration with activated carbon reached the highest percentage of discoloration (almost 80%). In conclusion, all processes studied in this experiment resulted in the production of an extract from the plant Stevia rebaudiana, free of the bitterness of steviol glycosides, with low pH-value and a slightly yellowish color, suitable for addition to beverages as a sweetener and acidifier.