Разпознаване на виното – Иновативни приложения на ултразвука във винарните

Ултразвукът е нетермичен метод на обработка, който вече се използва широко в хранително-вкусовата промишленост поради лекото си приложение, но значителни ефекти върху продукта. За винарните ултразвукът предлага различни приложения като извличане на аромати, феноли и оцветители, зреене & стареене, дъб, както и дегазация.

Виното е алкохолна напитка, най-често направена от грозде, но също така и от други плодове (напр. ябълково вино, вино от бъз) или материали на основата на нишесте (напр. оризово вино, царевично вино).
Виното е предпочитана потребителска стока, чието производство изисква разкошен процес. Производството на качествени и висококачествени вина е известно като отнемащ време и следователно рентабилен бизнес. И накрая, в интерес на винопроизводителя е да ускори ферментация (превръщане в алкохол) и отлежаване (за придаване на сложни вкусове и аромати) и в същото време произвежда висококачествен ликьор с желания вкус, букет, усещане в устата и цвят.

Различни ефекти на ултразвука при преработката на вино

Мощният ултразвук, приложен към виното, предлага много полезни ефекти. Най-важните приложения включват Засилване на вкуса от винения букет чрез извличане на богатите на вкус компоненти, като феноли и ароматни вещества, Дъбовеи ускорението на Съзряване & Застаряването.

Извличане на ароматни и фенолни съединения от грозде

Ултразвукът е добре познато и доказано средство за извличане на вътреклетъчен растителен материал и ароматни съединения. Механичната активност на ултразвука подпомага дифузията на разтворителите в тъканта. Тъй като ултразвукът разрушава клетъчната стена механично от кавитационните сили на срязване, той улеснява прехвърлянето от клетката в разтворителя. Намаляването на размера на частиците чрез ултразвукова кавитация увеличава повърхността в контакт между твърдата и течната фаза.
Гроздето е известно и търсено заради богатството си на полифеноли. Тези фенолни съединения (като мономерни флаваноли, димерни, тримерни и полимерни процианидини, както и фенолни киселини) на гроздето са известни със своите антирадикални и антиоксидантни свойства. Химически те могат да бъдат разделени на две подкатегории: флавоноиди и нефлавоноиди. Най-важните флавоноиди във виното са антоцианините и танините, които допринасят за цвета, вкуса и усещането в устата. Сред нефлавоноидите са стилбени като ресвератрол и киселинни съединения, като бензоена, кафеена и канелена киселина. Повечето от тези фенолни съединения се съдържат в гроздовата кожа и семената. Интензивните ултразвукови сили са в състояние ефективно да извлекат ценните съставки от гроздовите семки и кожата.
В изследването на Cocito et al. (1995) ултразвукът е показан като бърз, повтарящ се и линеен процес за извличане на ароматни съединения в мъст и вино. Получените резултати от концентрациите на съединението чрез ултразвукова екстракция са по-високи от тези при екстракция в колона C18 (екстракция от смола).
Обобщавайки предимствата на ултразвуковата екстракция, ултразвукът е евтина, проста и ефективна алтернатива на конвенционалните средства за нетермична екстракция, като високо хидростатично налягане (HP), компресиран въглероден диоксид (cCO2) и свръхкритичен въглероден диоксид (ScCO2) и импулси с високо електрическо поле (HELP). Друго предимство е фактът, че ултразвуковата екстракция – за разлика от посочените по-горе алтернативи – може лесно да бъде тествана в лаборатория или настолна скала. Тези изпитвания осигуряват възпроизводими резултати, така че последващото разширяване не изисква допълнителни усилия за намиране на оптималната настройка. За пълно търговско производство, надеждно УЛТРАЗВУКОВИ АПАРАТИ ЗА ТЕЖКИ НАТОВАРВАНИЯ С до 16 000 вата на единица позволяват ултразвукова обработка на потоци с много голям обем.

Ултразвукова екстракция за наглъщане на вино

По време на етапа на надубване виното влиза в контакт с дървесината на бъчвите (традиционно дъб) или с добавени дървени стърготини, дървени пръчки/дъги или дъбов прах (алтернативно дъб). Най-често срещаната дървесина за овлажняване (ароматизиране) е – според срока на процедурата – дъб (quercus). Други видове дървесина, които се използват по-рядко, са например кестен, бор, секвоя, череша или акация. Химичните свойства на дървесината се използват за постигане на дълбоки ефекти по отношение на вкуса и букета на виното. Фенолите, съдържащи се в дъба, взаимодействат с ароматите на виното, произвеждащи ванилия, карамел, сметана, подправки или земни аромати. Много важен ефект имат елагитанините (хидролизиращ се танин), които се извличат от лигниновите структури в дървесината, тъй като предпазват виното от окисляване и редукция.
Ултразвуковата екстракция е полезна за етапа на окапване на вино поради факта, че проникването на течност в дървената структура на прах, стърготини, пръчки или пръчки ще бъде засилено от циклите на високо налягане и ниско налягане, генерирани от ултразвука. Тъй като по този начин масообменът ще бъде значително увеличен, това води до по-кратък период на дъбове и по-високи резултати по отношение на вкуса. Ако във виното се нанесат дъбов прах или дестилати с вкус на дърво (алтернативно одубяване), ултразвуковите сили осигуряват много фина дисперсия на частиците или капчиците във виното, за да се подобри повърхностното намокряне и излагане. Това е много важно за постигане на висок вкус и усещане в устата и допринася за качеството на алкохолната напитка. Фактът, че барелите и отлежаването представляват удължен фактор за време и разходи при винификацията, прави ултразвука изключително интересен метод на обработка, тъй като ултразвуковите устройства на Hielscher убеждават с ниски разходи за инвестиране, лесно внедряване и изключителен енергийна ефективност.

Ултразвукова деагломерация по време на стареене на вино

По време на традиционния процес на отлежаване на виното във виното протичат реакции на различни молекули. Това означава, че молекулите се променят съответно на взаимодействието помежду си. Времето и резултатът от тази молекулярна промяна зависи от съставките на виното и неговата среда. Обикновено се одобрява, че алкохолът се диспергира в алкохол, но това не означава, че ще се постигне смесване на молекули. Както при виното, естествено само ниска енергия за реакции – Тъй като свързването и смесването – е налично, степента на естествените промени ще бъде предимно незавършена. Докато съставките са склонни да взаимодействат, да се прикрепят и променят молекулярните свойства, те не могат да реализират абсолютно взаимодействие, преобразуване или свързване на молекулярно ниво поради ниската налична енергия.
Тъй като виното се очуква (което означава въвеждане на енергия в течността), съставките предлагат по-постоянен и равномерен степен на дисперсия. Чрез ултразвук виното се превръща в хомогенна течност с удължен срок на годност за много кратко време на обработка. Хомогенността позволява по-високо взаимодействие между молекулите и по този начин по-пълна молекулярна промяна. Това означава подобряване на вкуса и качеството.

Дисперсия: Преди бутилиране повечето вина се обработват с добавки, като консерванти (напр. калиев бисулфат, натриев бисулфат), почистващи препарати, оцветители и други рафиниращи агенти и мелиоранти. Тези добавки се използват за избягване на преждевременно покафеняване и разваляне, за подобряване на качеството на виното, за отстраняване на недостатъци или за подпомагане на процеса на ферментация. Чрез ултразвук тези добавки могат да бъдат разпръснати много последователно във виното, така че да се постигнат по-високи резултати от обработката. Това води до по-високо качество и по-добър вкус – усилието на всеки лозар.

Ултразвукова екстракция на активни съединения

Виното има голямо разнообразие от полезни за здравето активни съединения като танини, феноли, флавоноиди и други, които са ценни съставки, използвани във фармацевтичната, хранително-вкусовата и козметичната промишленост.
Прочетете повече за извличането на фитохимикали като полифеноли, антоцианидини, проантоцианидин и други биоактивни съединения от грозде и гроздови странични продукти!

Excursus

Отлежаване на оризово вино и царевично вино: Chang et al. (2002) установиха в своето проучване върху оризовото вино и царевичното вино, че ефектите на стареене от ултразвука на виното зависят от вида на виното. Така и ултразвуковото стареене на оризовото вино по отношение на стойността на pH, съдържанието на алкохол, ацеталдехида, вкуса и сетивните качества е значително по-добро от ултразвуковото стареене на царевичното вино. Както за оризовото, така и за царевичното вино времето за отлежаване е значително намалено (от 1 година на 1 седмица или 3 дни).

Индустриални ултразвукови апарати с проточни реактори за ултразвук на вино и сок.

Ултразвуковите процесори на Hielscher

Hielscher е водещ доставчик на висококачествени и високоефективни ултразвукови устройства. Ултразвуковите устройства, произведени от Hielscher, се използват за лабораторни проби, пилотна обработка в мащаб или пълномащабно производство в различни сфери на промишлеността и научните изследвания. За перфектна производителност и настройка на всеки процес, Hielscher предлага широка гама от ултразвукови устройства за ултразвук на всякакъв обем течност, от няколко микролитра до стотици кубически метри на час. Ултразвуковите устройства могат лесно да бъдат тествани за тяхната ефективност на процеса в по-малък мащаб. Обикновено UIP1000hd (1kW) се използва за разработване на процеса за дебити от 0,5L до 1000L на час. В този мащаб ефективността на обработката може да бъде оптимизирана чрез промяна на амплитудата, налягането и дебита. Инсталирането или преоборудването на ултразвукова система в производствена линия, както и експлоатацията и поддръжката са лесни и без затруднения.

Ултразвук в течности

Ултразвук с висока мощност генерира Кавитация в течности. По време на имплозията на кавитационните мехурчета локално се появяват изключително високи сили: в кавитационната "гореща точка" се достигат много високи температури (приблизително 5000 К) и налягания (приблизително 2000 атм). Имплозията на кавитационния мехур също води до течни струи със скорост до 280 m/s. Когато тези интензивни сили влязат в течността, те причиняват различни ефекти. В алкохолна течност ултразвукът причинява ускоряване на окисляването, полимеризацията и кондензацията на алкохола, алдехидите, естерите и олефините, за да се образуват нови съединения, които създават повече и по-добър вкус и букет.
Като най-интересните ултразвукови приложения за винопроизводството (винификация), особено за ултразвук Екстракция, агломерация и дисперсия трябва да бъдат назовани. Тези въздействия правят ултразвука толкова ефективен метод за обработка на вино и други напитки.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: