إنتاج مكونات النكهة بالموجات فوق الصوتية
يُعد استخلاص النكهات بالموجات فوق الصوتية عملية عالية الكفاءة ومستدامة تزيد المردود وتقلل زمن المعالجة بدرجة كبيرة. وباستخدام مذيبات آمنة وصديقة للبيئة، توفر تقنية الموجات فوق الصوتية طريقة استخلاص خضراء ذات كفاءة محسّنة في استخدام الطاقة، مما يجعلها بديلاً صديقاً للبيئة لتقنيات الاستخلاص التقليدية.
المستخلصات النباتية – تحسينها بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية مستخدمة تجارياً لإنتاج مستخلصات عالية الجودة لصناعات الأغذية والمشروبات والمستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل.
“باستخدام الموجات فوق الصوتية، أصبح من الممكن الآن إتمام عمليات الاستخلاص الكاملة في دقائق مع قابلية عالية لتكرار النتائج، وتقليل استهلاك المذيب، وتبسيط التعامل مع المواد وخطوات فصل المنتج وتنقيته، وتحقيق نقاوة أعلى للمنتج النهائي، والاستغناء عن المعالجة اللاحقة لمياه الصرف، واستهلاك جزء يسير فقط من الطاقة الأحفورية اللازمة عادةً لطريقة استخلاص تقليدية مثل استخلاص Soxhlet أو النقع أو تقطير Clevenger. وقد جرى استخلاص عدة فئات من مكونات الأغذية، مثل المركبات العطرية والأصباغ ومضادات الأكسدة وغيرها من المركبات العضوية والمعدنية، وتحليلها وصياغتها بكفاءة من مجموعة متنوعة من المصفوفات (ولا سيما الأنسجة الحيوانية والطحالب الدقيقة والخمائر والمواد الغذائية والنباتية).” [Chemat et al. 2017]
بوصفها الشركة الرائدة في السوق، أنشأت Hielscher Ultrasonics قاعدة معرفية واسعة بشأن عمليات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، بما فيها استخلاص التوابل والأعشاب والأزهار والفواكه والخضروات لإنتاج النكهات والعطور. وقد اكتسبت Hielscher Ultrasonics معرفة معمقة باستخلاص مواد نباتية متنوعة مثل القهوة, الزعفران, العنب (النبيذ)، والبلوط، أوراق الشاي، والخزامى، والنعناع، الستيفيا، والفلفل الحار، والفانيليا، والكاكاو، أوراق البولدو، وغيرها الكثير.
يمكن إجراء عمليات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام أي مذيب تقريباً، مثل الماء والكحول والإيثانول المائي والغليسرين والزيوت والأيزوبروبانول والهكسان والبنزين، وغيرها.
ولإنتاج النكهات والعطور والمكونات الفعالة التي ستُستخدم كمكونات في صناعات الأغذية والمشروبات والمستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل والعطور، يُعد استخدام مذيبات غير خطرة وصديقة للبيئة، مثل الماء والكحول، ميزة كبيرة.
تركيب صناعي لجهاز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية UIP4000hdT لإنتاج المستخلصات النباتية.
- المعالجة بالموجات فوق الصوتية
- المعالجة بالموجات فوق الصوتية مع التسخين
- المعالجة بالموجات فوق الصوتية مع الضغط
- المعالجة بالموجات فوق الصوتية مع التسخين والضغط
- استخلاص Soxhlet بالموجات فوق الصوتية (Sono-Soxhet)
- الاستخلاص فوق الحرج بالموجات فوق الصوتية
توفر طريقة الموجات فوق الصوتية استخلاصاً أفضل مقارنةً بمعظم عمليات الاستخلاص التقليدية، مثل النقع، من حيث زمن العملية، وزيادة المردود، وتوفير المزيد من الطاقة، والنظافة، والسلامة، وجودة المنتج. وتوفر تقنية الاستخلاص الخضراء بالموجات فوق الصوتية ميزة كبيرة فيما يتعلق بسلامة المنتج، ولا سيما في إنتاج إضافات الأغذية والمشروبات والمستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل.
مستحلبات النكهة الشفافة
المستحلبات إضافات شائعة لإكساب الأغذية والمشروبات خصائص وظيفية من حيث النكهة والقيمة الغذائية والثبات. ويُعد الصفاء عاملاً مهماً، ولا سيما عند صياغة المشروبات، إذ يجب أن يفي المنتج النهائي بمعايير الجودة والتغذية وكذلك المعايير البصرية. وبالنسبة إلى المشروبات والأغذية الصافية، يعني ذلك أن المستحلب المضاف ينبغي ألا يؤثر سلباً في مستوى الجودة النهائي المستهدف. ومن ثم، يكون المستحلب الصافي أسهل في المعالجة. ونظراً إلى حجم المستحلبات النانوية، فإنها تكون شفافة وشبه شفافة (على الأقل للعين المجردة). وبفضل ثباتها الحركي العالي، ولزوجتها المنخفضة، وشفافيتها العالية، ومقاومتها العالية للترسيب وتكوّن طبقة قشدية واندماج القطرات والتلبّد، تُستخدم على نطاق واسع كمكونات.
كلما زاد حجم القطرة / الجسيم، زادت العتامة التي يضفيها على المنتج النهائي. ولصياغة مشروبات صافية، يوفر استخدام مستحلب صافٍ ذي قطرات نانوية أفضل النتائج. ويتيح الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية إنتاج مستحلبات W/O وO/W ومستحلبات معكوسة، وكذلك مستحلبات مزدوجة أو متعددة W/O/W ذات قطرات في النطاق النانوي (تُسمى المستحلبات المصغرة أو المستحلبات النانوية أو المستحلبات فائقة الدقة أو المستحلبات دون الميكرونية). ويمكن ضبط حجم القطرات والتحكم فيه بواسطة معلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويمكن التحكم بدقة في أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher لتحقيق نتائج مثلى وقابلة للتكرار.
الاستخلاص من الأعشاب بالموجات فوق الصوتية
انقر هنا لقراءة المزيد عن MultiPhaseCavitator!
انقر هنا لقراءة المزيد عن الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية!
تغليف النكهات باستخدام الموجات فوق الصوتية
يتزايد باستمرار استخدام الجسيمات الشحمية في المستحضرات الصيدلانية والمنتجات الغذائية. ويمكن استخدام الجسيمات الشحمية كحاملات للجزيئات الفعالة، مثل المغذيات والأدوية. وبالمعالجة بالموجات فوق الصوتية، يمكن تكوين الجسيمات الشحمية باستحلاب معلّق من الدهون والماء أو بمعالجة الحويصلات متعددة الصفائح (MLVs) بالموجات فوق الصوتية. وتؤدي عملية الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية إلى تفتيت الطبقات الدهنية الثنائية إلى أجزاء أصغر، بحيث تتجمع هذه الأجزاء ذاتياً لتكوّن حويصلات صغيرة أحادية الصفيحة (SUVs) تتألف من الفوسفوليبيدات. وأثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية، يمكن تغليف المكونات الفعالة داخل الجسيمات الشحمية.
انقر هنا لمعرفة المزيد عن إنتاج الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية!
أنظمة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
يوضح الجدول أدناه السعة التقريبية للمعالجة لأنظمة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الأكثر شيوعاً لدينا:
- مذيبات صديقة للبيئة
- مردود أعلى
- زمن استخلاص أقصر
- السلامة
- عائد سريع على الاستثمار
- تكاليف منخفضة
الاستخلاص فوق الحرج بالموجات فوق الصوتية
يُعد الاستخلاص بالموائع فوق الحرجة وبـ CO2 فوق الحرج من أهم تقنيات الاستخلاص لإنتاج النكهات والعطور.
ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج مذيب انتقائي ذو كثافة قابلة للضبط. وتعتمد انتقائيته وقدرته الإذابية على الكثافة المتغيرة التي يمكن التأثير فيها بواسطة الضغط ودرجة الحرارة.
ومن خلال الجمع بين الاستخلاص فوق الحرج والمعالجة بالموجات فوق الصوتية، يصبح من الممكن استخدام مذيبات مناسبة للاستخدام الغذائي، مثل الكحول أو الماء، مع تحقيق معدلات استخلاص عالية ومردود مرتفع.
استخدم النموذج أدناه للحصول على مزيد من المعلومات عن أنظمة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لدينا وتطبيقاتها!
شاهد في الفيديو أدناه مقارنةً بين الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية والنقع التقليدي لأوراق لسان الحمل السناني الطازجة في الماء. لا تنتج المعالجة بالموجات فوق الصوتية مستخلصاً قوياً من لسان الحمل السناني في غضون ثوانٍ فحسب، بل يشير لون المستخلص أيضاً إلى اختلاف في الجودة. ففي حين يتميز المستخلص الناتج بالموجات فوق الصوتية بلون أخضر داكن، يكون لون المستخلص المنقوع لمدة 20 يوماً مائلاً إلى البني، مما يشير إلى تحلل تأكسدي للمركبات النشطة حيوياً.
المؤلفات / المراجع
- Dent, M.; Dragović-Uzelac, V; Elez Garofulić, I.; Bosiljkov, T.; Ježek, D.; Brnčić, M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound-assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from Sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q., 29 (3), 2015. 475–484.
- Djenni, Z.; Pingret, D.; Mason, T.J.; Chemat, F. (2013): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Anal. Methods 6, 2013. 1229-1233.
- Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 5750-5764.
- Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
- Šic Žlabur, J.; Voća, S.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Dujmić, F.; Rimac Brnčić, S. (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of functional ingredients from Stevia rebaudiana Bertoni leaves. Int. Agrophys. 29, 2015. 231-237.
المزيد عن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة معروفة وموثوقة لإنتاج مستخلصات من مواد خام نباتية متنوعة. وتزيد الموجات فوق الصوتية عالية القدرة انتقال الكتلة بين المادة الخام والمذيب، عبر دفع المذيب إلى داخل البنية الخلوية وطرده منها بمعدل يقارب 20,000 مرة في الثانية (عند 20kHz). وقد ثبت أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة لطيفة للغاية وفعالة جداً في الوقت نفسه – إذ تحقق مردوداً أعلى ومستخلصات أعلى جودة في زمن معالجة أقصر!
لقد استُخلصت المواد التالية بالفعل بنجاح كبير باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية:
التوابل: الزعفران، والفلفل الحار (مثل الكابسيسين)، والزنجبيل، والقرفة، والفانيلين / الفانيليا، وحمض الروزمارينيك، والمريمية، وإكليل الجبل، والمردقوش، والريحان، وغيرها.
الأعشاب: النعناع الفلفلي، وأنواع الشاي (مثل الأسود، والأخضر، وPai Mu Tan، والياسمين، والرويبوس، وهاني بوش)، والنعناع السنبلي، والستيفيا، والقنب، وغيرها.
الأزهار: الخزامى، والباتشولي، والإيلنغ إيلنغ، والورد، وغيرها.
الفواكه والخضروات: النبيذ، والعنب / بذور العنب، والقهوة، والكاكاو، والزيتون، والبرتقال / قشر البرتقال، والطماطم، وبذور الغوارانا، والبذور الزيتية (اللوز، وفول الصويا، وبذور البابايا، وبذور الكتان، وعباد الشمس، وبذور اللفت)، وقشر الرمان، والسبانخ، والتوت، والجذور، وغيرها.
الكائنات الحية الدقيقة: الأعشاب البحرية، والسبيرولينا، والطحالب الدقيقة (الطحالب الدقيقة Nannochloropsis spp، والطحالب الدقيقة Nannochloropsis oculata، والطحالب الدقيقة Dunaliella salina)، والبكتيريا الزرقاء Synechococcus sp.، وخميرة Xanthophyllomyces dendrorhous، وخميرة Trichosporon oleaginosisus، والفطريات الزيتية، وفطر Cordyceps sinensis
تشمل المستخلصات المستهدفة التي يُحصل عليها بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية الزيوت العطرية والفيتامينات والدهون والبروتينات والمجمّعات النباتية، مثل المركبات الفينولية ومضادات الأكسدة وعديدات السكاريد والراتنجات الزيتية والإسترات والخلاصات العطرية ومتحللات البروتين والأحماض الأمينية والصابونينات والفلافونويدات والقلويدات (مثل المورفين والكوديين والثيبائين) والأصباغ / الملونات (الكاروتينويدات والكلوروفيل والفيكوسيانين) والأنثوسيانينات والليمونين والألانتولاكتون والأيزوألانتولاكتون وغيرها من المواد الفعالة.
عن الاستخلاص الأخضر
يركز الاستخلاص الأخضر على الطرق المستدامة والصديقة للبيئة. ولذلك، فإن تقليل استهلاك الطاقة في العملية واستخدام مذيبات بديلة ومواد خام طبيعية متجددة تُعد عوامل أساسية للاستخلاص الأخضر. والهدف هو ضمان مستخلص آمن وعالي الجودة. وللحصول على منتج آمن وعالي الجودة، من المهم استخدام مذيبات بديلة وقابلة لإعادة التدوير وأكثر أماناً. ومن خلال تقليل السمية الإجمالية للعملية والمنتجات النهائية، يستفيد المستهلكون من منتج أكثر صحة وأماناً، ويوفر المنتجون بيئة معالجة أكثر أماناً لموظفيهم.