Vanilin ultrasəslə ekstraksiyası – qeyri-termik üsul
- Vanil ekstraktı vanil qabıqlarından etanol və su məhlulunda ekstraksiya edilən dadverici məhluldur.
- Ətir, dad və qoxu komponenti kimi yüksək keyfiyyətli vanillin istehsal etmək üçün parçalanmanın qarşısını alan səmərəli, eyni zamanda yumşaq ekstraksiya texnikası tələb olunur.
- Ultrasəs ekstraksiyası çox qısa ekstraksiya müddətində yüksək vanillin çıxımı təmin edən yumşaq mexaniki ekstraksiya üsuludur.
Yüksək keyfiyyətli vanillin ekstraktları üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs texnologiyası
Vanil zəfərandan sonra ikinci ən bahalı ədviyyat olduğuna görə onun istehsalı qiymətli efir yağlarının parçalanmasının qarşısını alan səmərəli ekstraksiya üsulu tələb edir. Ultrasəs ekstraksiyası bitki materialından bioaktiv birləşmələrin ayrılması üçün yumşaq, qeyri-termik, eyni zamanda yüksək səmərəli üsul kimi yaxşı tanınır və geniş tətbiq olunur. Ultrasəs ekstraksiyası sırf mexaniki emal olan akustik kavitasiya hadisəsinə əsaslanır. Bu, ultrasəs emalını bitki xammalından dadverici birləşmələr və efir yağları kimi həssas bioaktiv birləşmələrin, məsələn, vanillin, polifenollar və ya antioksidantların ayrılması üçün üstünlük verilən üsula çevirir.
Vanilin ultrasəslə ekstraksiyasının üstünlükləri
- Üstün çıxım
- Yüksək sürətli ekstraksiya – bir neçə dəqiqə ərzində
- Yüksək keyfiyyətli ekstraktlar – yumşaq, qeyri-termik
- Ekoloji həlledicilər (məsələn, su/etanol)
- İqtisadi cəhətdən səmərəli
- Asan və təhlükəsiz istismar
- Aşağı investisiya və istismar xərcləri
- Ağır iş rejimində 24/7 istismar
- Ekoloji, ətraf mühitə uyğun üsul
Vanilin ultrasəslə ekstraksiyası – partiyalarla və ya fasiləsiz axın rejimində
Partiyalarla emal: Ultrasəs ekstraksiyası prosesləri sadə partiya prosesləri kimi və ya mühitin ultrasəs axın reaktorundan fasiləsiz keçirildiyi axın xəttində emal şəklində aparıla bilər.
Partiyalarla emal ekstraksiyanın partiya-partiya aparıldığı sadə prosedurdur. Hielscher Ultrasonics kiçikdən böyüyə qədər, yəni 1L-dən 120L-ə qədər partiyalar üçün ultrasəs prosessorları təklif edir.
5 ilə 10L arasındakı partiyaların emalı üçün tövsiyəmiz UP400ST (400W, aşağıdakı video) cihazının S24d22L2D sonotrodu ilə istifadəsidir.
Təxminən 120L həcmli partiyaların emalı üçün tövsiyəmiz UIP2000hdT (2kW, sağ sütunun yuxarısındakı şəkil) cihazının RS4d40L4 sonotrodu ilə istifadəsidir.
UIP2000hdT sonikatoru ilə 120L həcmli partiyada bitki xammalının ekstraksiyası
UP400St ultrasəs cihazı ilə bitki xammalının ultrasəslə ekstraksiyası
Təxminən 8L/min. axın həcmi üçün tövsiyəmiz UIP4000hdT (4kW, sağdakı şəkil) cihazının RS4d40L3 sonotrodu və təzyiq altında işləyə bilən FC130L4-3G0 axın hüceyrəsi ilə istifadəsidir
Vanilin ultrasəslə ekstraksiyasına dair nümunə tədqiqat
Jadhav et al. (2009) ultrasəs dəstəkli ekstraksiyanı (UAE) və Soxhlet ekstraksiyasını müqayisə etmişlər. Tədqiqat ultrasəs ekstraksiyasının Soxhlet ekstraksiyası ilə müqayisədə vanillinin ayrılmasını əhəmiyyətli dərəcədə intensivləşdirdiyini təsdiqləmişdir. Soxhlet emalı üçün 95°C iş temperaturu, 66,67ml/g həlledici:həll olunan maddə nisbəti tələb olunmuş və 8hrs ekstraksiya müddəti nəticəsində təxminən 180ppm vanillin ayrılmışdır. Ultrasəs dəstəkli ekstraksiya (UAE) otaq temperaturunda eyni həlledici:həll olunan maddə nisbətindən istifadə etməklə təxminən 140ppm vanillinin ayrılması üçün yalnız 1hr tələb etmişdir.
Rasoamandrary et al. (2013) 100W zond tipli ultrasəs cihazından (məsələn, UP100H), ultrasəs vannasından və isti su vannasından istifadə etməklə vanillin ekstraksiyasının səmərəliliyini müqayisə etmişlər. Tədqiqatçılar zond tipli ultrasəs cihazının yüksək intensivlikli ultrasəsi sayəsində güclü ekstraksiya vasitəsi olduğu qənaətinə gəlmişlər. Buna görə də zond tipli ultrasəs cihazı əhəmiyyətli dərəcədə daha qısa ekstraksiya müddətində və daha az həlledici (yəni etanol) sərfi ilə oxşar və/və ya daha yüksək vanillin çıxımı təmin edərək alternativ ekstraksiya üsullarını üstələmişdir.
Üç ekstraksiya üsulunun – ultrasəs zondu, ultrasəs vannası və isti su vannası ilə ekstraksiyanın – müqayisəsi göstərmişdir ki, vanillin ekstraksiyası 30°C ətraf mühit temperaturunda 40% etanol (v/v) istifadə edilməklə və 1hr ekstraksiya müddətində zondla ultrasəs emalı zamanı ən səmərəli olmuşdur. Su vannası ilə ekstraksiya üçün 56°C temperaturda 15hrs ərzində 50% etanol (v/v) konsentrasiyası tələb olunmuşdur.
UIP4000hdT – axın xəttində fasiləsiz emal üçün 4kW ultrasəs ekstraktoru.
Yüksək məhsuldarlıqlı ekstraksiya üçün ultrasəs avadanlığı
Hielscher Ultrasonics bitki xammalından yüksək keyfiyyətli ekstraktların istehsalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs prosessorlarının istehsalında ixtisaslaşmışdır.
Hielscher şirkətinin geniş məhsul çeşidi kiçik, güclü laboratoriya ultrasəs cihazlarından bioaktiv maddələrin səmərəli ekstraksiyası və ayrılması üçün yüksək intensivlikli ultrasəs təmin edən möhkəm masaüstü və tam sənaye sistemlərinə qədər uzanır (məsələn, kversetin, kofein, kurkumin, terpenlər və s.). Gücü 200W ilə 16.000W arasında olan bütün ultrasəs cihazları rəqəmsal idarəetmə üçün rəngli ekran, məlumatların avtomatik qeydə alınması üçün inteqrasiya olunmuş SD kart, brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə və istifadəni asanlaşdıran bir çox digər xüsusiyyətlərlə təchiz edilmişdir. Sonotrodlar və axın hüceyrələri (mühitlə təmasda olan hissələr) avtoklavda sterilizasiya edilə bilər və asan təmizlənir. Bütün ultrasəs cihazlarımız 24/7 istismar üçün hazırlanmışdır, az texniki xidmət tələb edir, istifadəsi asan və təhlükəsizdir.
Rəqəmsal rəngli ekran ultrasəs cihazının rahat idarə olunmasını təmin edir. Sistemlərimiz aşağı amplitudalardan çox yüksək amplitudalara qədər amplitudalar təmin edə bilir. Polifenolların və vanillin kimi digər bioaktiv birləşmələrin ekstraksiyası üçün yüksək keyfiyyətli aktiv maddələrin yumşaq ayrılmasına uyğunlaşdırılmış xüsusi ultrasəs sonotrodları (ultrasəs zondları və ya buynuzları kimi də tanınır) təklif edirik. Hielscher şirkətinin ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş rejimində və çətin mühitlərdə 24/7 istismara imkan verir.
Ultrasəs prosesinin parametrlərinə dəqiq nəzarət təkrarlana bilməni və prosesin standartlaşdırılmasını təmin edir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında məlumat verir:
| Partiyanın həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | cihazlar klasteri: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Laboratoriya miqyasından pilot və sənaye miqyasına qədər yüksək güclü ultrasəs prosessorları.
Ədəbiyyat/İstinadlar
- Velez Suaza, Catalina (2016): Təbii vanil ekstraktının xarakterizə edilməsi üçün yüksək effektivlikli maye xromatoqrafiyasına əsaslanan analitik yanaşmanın optimallaşdırılması. Dissertasiya, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Vanil qabıqlarından vanillinin ekstraksiyası: ənənəvi Soxhlet və ultrasəs dəstəkli ekstraksiyanın müqayisəli tədqiqatı. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Ultrasəs dəstəkli ekstraksiyadan istifadə etməklə emal edilərək yetişdirilmiş vanil qabıqlarından vanillinin – 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehidin – təkmilləşdirilmiş ekstraksiyası: ultrasəs dəstəkli və isti su vannası ilə ekstraksiyanın müqayisəsi.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Bitki, heyvan və dəniz mənbələrindən bioloji aktiv molekulların ekstraksiyası üçün ultrasəs texnologiyası. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Cild 122, 2020.
Bilməyə dəyər faktlar
Ultrasəs ekstraksiyasının iş prinsipi
Maye mühitə intensiv ultrasəs dalğalarının tətbiqi kavitasiya ilə nəticələnir. Kavitasiya hadisəsi mühitdə lokal olaraq həddindən artıq temperatur və təzyiqlərə, qızma/soyuma sürətlərinə, təzyiq fərqlərinə və yüksək kəsmə qüvvələrinə səbəb olur. Kavitasiya qabarcıqları bərk maddələrin (məsələn, hissəciklərin, bitki hüceyrələrinin, toxumaların və s.) səthində içəriyə doğru çökdükdə mikroşırnaqlar və hissəciklərarası toqquşmalar səthin soyulması, eroziya və hissəciklərin parçalanması kimi təsirlər yaradır. Bundan əlavə, maye mühitlərdə kavitasiya qabarcıqlarının içəriyə doğru çökməsi makroturbulentlik və mikroqarışma yaradır.
Şək. 1: Sabit və keçici kavitasiya qabarcıqlarının yaranması.
(a) yerdəyişmə, (b) keçici kavitasiya, (c) sabit kavitasiya, (d) təzyiq
[adapted from Santos et al. 2009]
Bitki materialının ultrasəs şüalanmasına məruz qoyulması bitki hüceyrələrinin matrisini parçalayır və onların hidratasiyasını gücləndirir. Chemat et al (2015) belə qənaətə gəlirlər ki, bitki xammalından bioaktiv birləşmələrin ultrasəslə ekstraksiyası parçalanma, eroziya, kapilyarlıq, strukturun dağılması və sonoporasiya daxil olmaqla müxtəlif müstəqil və ya birgə mexanizmlərin nəticəsidir. Bu təsirlər hüceyrə divarını dağıdır, həlledicini hüceyrənin içinə itələyib bitki birləşmələri ilə yüklənmiş həlledicini xaricə çəkərək kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır və mikroqarışma vasitəsilə mayenin hərəkətini təmin edir.
Bitki hüceyrələrindən ultrasəslə ekstraksiya: mikroskopik eninə kəsik (TS) hüceyrələrdən ultrasəslə ekstraksiya zamanı təsir mexanizmini göstərir (böyütmə 2000x) [mənbə: Vilkhu et al. 2011]
Ultrasəs ekstraksiyası birləşmələrin çox sürətli ayrılmasını təmin edir – daha qısa proses müddəti, daha yüksək çıxım və daha aşağı temperaturlar baxımından ənənəvi ekstraksiya üsullarını üstələyir. Yumşaq mexaniki emal olan ultrasəs dəstəkli ekstraksiya bioaktiv komponentlərin termik parçalanmasının qarşısını alır və ənənəvi həlledici ilə ekstraksiya, hidrodistillə, və ya Soxhlet ekstraksiyası kimi istiliyə həssas molekulları parçaladığı məlum olan digər texnikalarla müqayisədə üstünlük göstərir. Bu üstünlüklərə görə ultrasəs ekstraksiyası bitki xammalından temperatura həssas bioaktiv birləşmələrin ayrılması üçün üstünlük verilən texnikadır.
Vanillin
Vanil Vanilla cinsinə aid səhləblərdən, əsasən Meksika növü olan yastıyarpaqlı vanildən (V. planifolia) ekstraksiya edilə bilən qiymətli dadverici maddədir. Vanil səhləbinin özünəməxsus dadlı birləşmələri çiçəyin tozlanması nəticəsində yaranan meyvəsində yerləşir. Bu toxum qabıqlarının ölçüsü təxminən 1/3 x 6 düymdür və yetişdikdə rəngi qəhvəyimsi qırmızıdan qaraya qədər dəyişir. Bu qabıqların içərisində xırda toxumlarla dolu yağlı maye var. Vanillin istehsalı üçün həm qabıqdan, həm də toxumlardan istifadə olunur.
Vanillin vanil bitkisində əsas dadverici birləşmə olsa da, saf vanil ekstraktında onun mürəkkəb, dolğun dadına töhfə verən bir neçə yüz əlavə dadverici birləşmə mövcuddur.
Vanil essensiyası iki formada mövcuddur: vanilin toxum qabığından alınan həqiqi vanillin essensiyası və sənaye üsulu ilə sintez edilmiş vanillin. Həqiqi toxum qabığı ekstraktı bir neçə yüz müxtəlif birləşmənin mürəkkəb qarışığıdır. Vanillin kimyəvi birləşməsi – 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehid – həqiqi vanilin səciyyəvi dad və ətrinə əsas töhfəni verir və emal edilərək yetişdirilmiş vanil qabıqlarının əsas dad komponentidir. Vanillindən əlavə, asetaldehid, sirkə turşusu, furfural, heksan turşusu, 4-hidroksibenzaldehid, evgenol, metil sinnamat və izoyağ turşusu kimi bir çox digər kimyəvi birləşmə vanilin mürəkkəb ətrinə töhfə verir.
Vanil sortları
Burbon vanili və ya Burbon-Madaqaskar vanili Hind okeanındakı Madaqaskar, Komor adaları və əvvəllər Île Bourbon adlanan Reyunyon kimi adalarda yetişən V. planifolia bitkilərindən istehsal olunur. “Burbon vanili” termini həmçinin V. planifolia bitkisindən alınan özünəməxsus vanil ətrini təsvir edir.
Yerli V. planifolia bitkisindən ekstraksiya edilən Meksika vanili daha az miqdarda istehsal olunur. V. planifolia bitkisi Mesoamerikaya məxsus olduğuna görə Meksika vanili öz mənşə torpağından gələn vanil kimi tanınır və satışa çıxarılır.
Tahiti vanili Fransız Polineziyasından gəlir və V. tahitiensis bitkisindən istehsal olunur. Genetik təhlil göstərir ki, bu növ, ehtimal ki, V. planifolia və V. odorata hibridindən yaranmış bir sortdur.
Vest-Hind vanili Karib hövzəsində, Mərkəzi və Cənubi Amerikada yetişdirilən V. pompona bitkisindən hazırlanır.