استخراج الفانيليا بالموجات فوق الصوتية – طريقة غير حرارية
- مستخلص الفانيليا هو محلول نكهة مستخرج من قرون الفانيليا في محلول من الإيثانول والماء.
- لإنتاج فانيلين عالي الجودة كمكون للرائحة والنكهة والعطر ، يلزم استخدام تقنية استخراج فعالة وخفيفة لمنع التحلل.
- الاستخراج بالموجات فوق الصوتية هو طريقة استخراج ميكانيكية خفيفة ، والتي تعطي غلة عالية من الفانيلين في وقت استخراج قصير جدا.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لمقتطفات الفانيلين عالية الجودة
باعتبارها ثاني أغلى التوابل بعد الزعفران ، يتطلب إنتاج الفانيليا طريقة استخراج فعالة ، مما يمنع تدهور الزيوت الأساسية القيمة. استخراج بالموجات فوق الصوتية معروف جيدا وراسخ كطريقة خفيفة وغير حرارية ولكنها عالية الكفاءة لإطلاق المركبات النشطة بيولوجيا من المواد النباتية. يعتمد الاستخراج بالموجات فوق الصوتية على ظاهرة التجويف الصوتي ، وهو علاج ميكانيكي بحت. وهذا يجعل صوتنة الطريقة المفضلة لعزل المركبات النشطة بيولوجيا الحساسة مثل مركبات النكهات والزيوت الأساسية ، مثل الفانيلين أو البوليفينول أو مضادات الأكسدة من النباتات.
مزايا استخراج الفانيليا بالموجات فوق الصوتية
- عائد متفوق
- استخراج عالي السرعة – في غضون دقائق
- مستخلصات عالية الجودة – خفيف وغير حراري
- المذيبات الخضراء (مثل الماء / الإيثانول)
- فعالة من حيث التكلفة
- عملية سهلة وآمنة
- انخفاض تكاليف الاستثمار والتشغيل
- 24/7 عملية تحت الخدمة الشاقة
- طريقة خضراء وصديقة للبيئة
استخراج الفانيليا بالموجات فوق الصوتية – في وضع الدفعات أو التدفق المستمر
الدفعه: يمكن تشغيل عمليات الاستخراج بالموجات فوق الصوتية كعمليات دفعية بسيطة أو كمعالجة مضمنة ، حيث يتم تغذية الوسيط باستمرار من خلال مفاعل التدفق بالموجات فوق الصوتية.
معالجة الدفعات هي إجراء سهل ، حيث يتم إجراء الاستخراج كثيرا بالقرعة. Hielscher الفوق صوتيات يقدم معالجات بالموجات فوق الصوتية للدفعات الصغيرة إلى الكبيرة، أي 1L إلى 120L.
لمعالجة الدفعات من 5 إلى 10 لتر ، نوصي ب UP400St (400W ، الفيديو أدناه) مع سونوترودي S24d22L2D.
لمعالجة دفعات تبلغ حوالي 120 لترا ، نوصي ب UIP2000hdT (2kW ، الموافقة المسبقة عن علم. العمود الأيمن في الأعلى) مع سونوترودي RS4d40L4.
سونياتور UIP2000hdT لاستخراج النباتات في دفعة 120L
استخراج بالموجات فوق الصوتية من النباتات مع الموجات فوق الصوتية UP400St
بالنسبة لحجم يبلغ حوالي 8 لتر / دقيقة ، نوصي باستخدام UIP4000hdT (4kW ، الموافقة المسبقة عن علم. اليمين) مع سونوترودي RS4d40L3 وخلية التدفق القابلة للضغط FC130L4-3G0
دراسة حالة لاستخراج الفانيليا بالموجات فوق الصوتية
قارن Jadhav et al. (2009) الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (الإمارات العربية المتحدة) واستخراج Soxhlet. أكد البحث أن الاستخراج بالموجات فوق الصوتية يكثف إطلاق الفانيلين بشكل كبير عند مقارنته باستخراج Soxhlet. تطلبت معالجة Soxhlet درجة حرارة تشغيل تبلغ 95 درجة مئوية ، ونسبة المذيب: المذاب 66.67 مل / جم ووقت استخراج 8 ساعات أدى إلى إطلاق حوالي 180 جزء في المليون من الفانيلين. يتطلب الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (الإمارات العربية المتحدة) 1 ساعة فقط لإطلاق حوالي 140 جزء في المليون من الفانيلين باستخدام نفس نسبة المذيب: المذاب في درجة حرارة الغرفة.
Rasoamandrary et al. (2013) مقارنة كفاءة استخراج الفانيلين باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع مسبار 100W (على سبيل المثال UP100H) ، وحمام بالموجات فوق الصوتية ، وحمام ماء ساخن. وخلص الباحثون إلى أن الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار هي أداة استخراج قوية بسبب الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة. لذلك ، تفوق الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار على طرق الاستخراج البديلة من خلال إعطاء عوائد مماثلة / أو أعلى من الفانيلين المستخرج في وقت استخراج أقصر بكثير واستهلاك أقل للمذيبات (أي الإيثانول).
مقارنة طرق الاستخراج الثلاثة – مسبار بالموجات فوق الصوتية ، حمام بالموجات فوق الصوتية ، استخراج حمام الماء الساخن – أظهر أن استخراج الفانيلين كان أكثر كفاءة لصوتنة المسبار باستخدام 40٪ إيثانول (V / V) عند درجة حرارة محيطة تبلغ 30 درجة مئوية ووقت استخراج يبلغ 1 ساعة. يتطلب استخراج حمام الماء تركيز إيثانول بنسبة 50٪ (v / v) عند 56 درجة مئوية لمدة 15 ساعة.
UIP4000hdT – مستخرج بالموجات فوق الصوتية 4kW للعلاج المضمن المستمر.
معدات الموجات فوق الصوتية لاستخراج عالية الأداء
Hielscher Ultrasonics متخصصة في تصنيع المعالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج مقتطفات عالية الجودة من النباتات.
تتراوح مجموعة منتجات Hielscher الواسعة من الموجات فوق الصوتية المخبرية الصغيرة والقوية إلى أنظمة قوية على مقاعد البدلاء وصناعية بالكامل ، والتي توفر الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة لاستخراج وعزل المواد النشطة بيولوجيا بكفاءة (على سبيل المثال كيرسيتين, كافايين, كركم, التربينات إلخ). جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية من 200 واط ل 16000 واط تتميز بشاشة ملونة للتحكم الرقمي وبطاقة SD مدمجة لتسجيل البيانات تلقائيا وجهاز التحكم عن بعد في المتصفح والعديد من الميزات سهلة الاستخدام. يمكن تعقيم sonotrodes وخلايا التدفق (الأجزاء الملامسة للوسط) وسهلة التنظيف. تم تصميم جميع الموجات فوق الصوتية لدينا لعملية 24/7 ، وتتطلب صيانة منخفضة وسهلة وآمنة للعمل.
شاشة ملونة رقمية تسمح لتحكم سهل الاستخدام من الموجات فوق الصوتية. أنظمتنا قادرة على التوصيل من السعات المنخفضة إلى السعات العالية جدا. لاستخراج مادة البوليفينول والمركبات النشطة بيولوجيا الأخرى مثل الفانيلين ، نقدم سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية الخاصة (المعروفة أيضا باسم مجسات أو قرون الموجات فوق الصوتية) التي تم تحسينها للعزل المعقول للمواد الفعالة عالية الجودة. متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
يضمن التحكم الدقيق في معلمات العملية بالموجات فوق الصوتية قابلية التكاثر وتوحيد العملية.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
معالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة من المختبر إلى النطاق التجريبي والصناعي.
الأدب / المراجع
- فيليز سوازا ، كاتالينا (2016): تحسين نهج تحليلي يعتمد على كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء لتوصيف مستخلص الفانيليا الطبيعي. أطروحة، جامعة لاساليستا، 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): استخراج الفانيلين من قرون الفانيليا: دراسة مقارنة للسوكسليت التقليدي والاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية. مجلة الهندسة الغذائية 93 ، 2009: 421-426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): تحسين استخراج الفانيلين 4-هيدروكسي-3-ميثوكسي بنزالديهيد من حبوب الفانيليا المعالجة باستخدام الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية: مقارنة بين استخراج حمام الماء الساخن بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
- ك. شيخا أوجا ، رامون أزنار ، كولم أودونيل ، بريجيش ك. تيواري (2020): تقنية الموجات فوق الصوتية لاستخراج الجزيئات النشطة بيولوجيا من المصادر النباتية والحيوانية والبحرية. اتجاهات TrAC في الكيمياء التحليلية ، المجلد 122 ، 2020.
حقائق تستحق المعرفة
مبدأ العمل لاستخراج بالموجات فوق الصوتية
يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية المكثفة على وسط سائل إلى التجويف. تؤدي ظاهرة التجويف محليا إلى درجات حرارة قصوى وضغوط ومعدلات تسخين / تبريد وفروق ضغط وقوى قص عالية في الوسط. عندما تنفجر فقاعات التجويف على سطح المواد الصلبة (مثل الجسيمات والخلايا النباتية والأنسجة وما إلى ذلك) ، تولد النفاثات الدقيقة والاصطدام بين الأجزاء تأثيرات مثل تقشير السطح والتآكل وانهيار الجسيمات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن انفجار فقاعات التجويف في الوسائط السائلة يخلق اضطرابات كبيرة وخلط دقيق.
الشكل 1: إنشاء فقاعات تجويف مستقرة وعابرة.
(أ) الإزاحة، (ب) التجويف العابر، (ج) التجويف المستقر، (د) الضغط
[مقتبس من سانتوس وآخرون 2009]
التشعيع بالموجات فوق الصوتية للمواد النباتية يكسر مصفوفة الخلايا النباتية ويعزز ترطيب نفسه. خلص Chemat et al (2015) إلى أن الاستخراج بالموجات فوق الصوتية للمركبات النشطة بيولوجيا من النباتات هو نتيجة لآليات مستقلة أو مجتمعة مختلفة بما في ذلك التجزئة والتآكل والشعيرات الدموية وإزالة الأنسجة والصوت. هذه التأثيرات تعطل جدار الخلية ، وتحسن نقل الكتلة عن طريق دفع المذيب إلى الخلية وامتصاص المذيب المحمل بمركب نباتي ، وضمان حركة السائل عن طريق الخلط الدقيق.
استخراج بالموجات فوق الصوتية من الخلايا النباتية: يظهر القسم المستعرض المجهري (TS) آلية الإجراءات أثناء الاستخراج بالموجات فوق الصوتية من الخلايا (التكبير 2000x) [المصدر: Vilkhu et al. 2011]
يحقق الاستخراج بالموجات فوق الصوتية عزلا سريعا جدا للمركبات - متفوقا على طرق الاستخراج التقليدية في وقت معالجة أقصر ، وعائد أعلى ، وفي درجات حرارة منخفضة. كعلاج ميكانيكي معتدل ، يتجنب الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية التدهور الحراري للمكونات النشطة بيولوجيا ويتفوق بالمقارنة مع التقنيات الأخرى مثل استخراج المذيبات التقليدية ، التقطير المائيأو سوكسليت الاستخراج ، المعروف بتدمير الجزيئات الحساسة للحرارة. بسبب هذه المزايا ، فإن الاستخراج بالموجات فوق الصوتية هو التقنية المفضلة لإطلاق المركبات النشطة بيولوجيا الحساسة للحرارة من النباتات.
فانيلين
الفانيليا هي نكهة قيمة ، والتي يمكن استخراجها من بساتين الفاكهة من جنس الفانيليا ، في المقام الأول من الأنواع المكسيكية ، الفانيليا ذات الأوراق المسطحة (V. planifolia). تم العثور على المركبات ذات النكهة الفريدة من سحلية الفانيليا في ثمارها ، والتي تنتج عن تلقيح الزهرة. يبلغ طول قرون البذور هذه حوالي 1/3 × 6 بوصات ، مع لون أحمر بني إلى أسود عندما تنضج. يوجد داخل هذه القرون سائل زيتي مليء بالبذور الصغيرة. يتم استخدام كل من القرنة والبذور لإنتاج الفانيلين.
على الرغم من أن الفانيلين هو مركب النكهة الأساسي في نبات الفانيليا ، إلا أن مستخلص الفانيليا النقي يحتوي على عدة مئات من مركبات النكهة الإضافية ، والتي تساهم في نكهته المعقدة والعميقة.
يحدث جوهر الفانيليا في شكلين ، وهما جوهر الفانيلين الحقيقي من بذور الفانيليا والفانيلين المركب صناعيا. مستخلص البذور الحقيقي هو مزيج معقد من عدة مئات من المركبات المختلفة. المركب الكيميائي فانيلين – 4-هيدروكسي-3-ميثوكسي بنزالديهيد – هو المساهم الرئيسي في النكهة المميزة ورائحة الفانيليا الحقيقية وهو مكون النكهة الرئيسي لحبوب الفانيليا المعالجة. إلى جانب الفانيلين ، قد تساهم المركبات الكيميائية الأخرى مثل الأسيتالديهيد وحمض الخليك والفورفورال وحمض الهكسانويك و 4-هيدروكسي بنزالديهايد والأوجينول وسينامات الميثيل وحمض الأيزوبوتيريك في رائحة الفانيليا المعقدة.
أصناف الفانيليا
يتم إنتاج فانيليا بوربون أو فانيليا بوربون مدغشقر من نباتات V. planifolia ، التي تنمو في جزر المحيط الهندي مثل مدغشقر وجزر القمر وريونيون ، التي كانت تسمى سابقا إيل بوربون. المصطلح “بوربون الفانيليا” يصف أيضا رائحة الفانيليا المميزة المشتقة من V. planifolia.
يتم إنتاج الفانيليا المكسيكية ، المستخرجة من V. planifolia الأصلية ، بكميات أقل بكثير. تعرف الفانيليا المكسيكية وتسوقها على أنها فانيليا من أرض أصلها ، لأن نبات V. planifolia موطنه أمريكا الوسطى.
تأتي الفانيليا التاهيتية من بولينيزيا الفرنسية ، المنتجة من مصنع V. tahitiensis. يظهر التحليل الجيني أن هذا النوع ربما يكون صنفا من هجين من V. planifolia و V. odorata.
الفانيليا الهندية الغربية مصنوعة من V. pompona ، التي تزرع في منطقة البحر الكاريبي وأمريكا الوسطى والجنوبية.