Ултразвукова обработка на вино – иновативни приложения на ултразвука във винарните

Ултразвукът е нетермичен метод за обработка, който вече се използва широко в хранително-вкусовата промишленост поради щадящото си приложение, но значителното си въздействие върху продукта. За винарните ултразвуковата обработка предлага различни приложения, като извличане на вкусово-ароматни вещества, фенолни съединения и оцветители, съзряване и отлежаване, обработка с дъбова дървесина, както и дегазиране.

Виното е алкохолна напитка, най-често произведена от грозде, но също и от други плодове (напр. ябълково вино, вино от бъз) или суровини на основата на нишесте (напр. оризово вино, царевично вино).
Виното е предпочитан потребителски продукт, чието производство изисква скъпоструващ процес. Известно е, че производството на качествени и висококачествени вина отнема много време и поради това е свързано с високи разходи. В крайна сметка в интерес на винопроизводителя е да ускори ферментацията (превръщането в алкохол) и съзряването (за придаване на комплексни вкусове и аромати) и същевременно да произведе висококачествена алкохолна напитка с желания вкус, букет, усещане в устата и цвят.

Различни ефекти на ултразвука при обработката на вино

Прилагането на мощен ултразвук върху виното има много благоприятни ефекти. Най-важните приложения включват усилване на вкуса и аромата на винения букет чрез извличане на компоненти, богати на вкусово-ароматни вещества, като фенолни и ароматни съединения, обработка с дъбова дървесина, както и ускоряване на съзряването и отлежаването.

Извличане на ароматни и фенолни съединения от грозде

Ултразвукът е добре познато и доказано средство за извличане на вътреклетъчен растителен материал и ароматни съединения. Механичното действие на ултразвука подпомага дифузията на разтворителите в тъканта. Тъй като ултразвукът разрушава механично клетъчната стена чрез силите на срязване, породени от кавитацията, той улеснява преноса от клетката в разтворителя. Намаляването на размера на частиците чрез ултразвукова кавитация увеличава контактната повърхност между твърдата и течната фаза.
Гроздето е известно и търсено заради богатото си съдържание на полифеноли. Тези фенолни съединения в гроздето (като мономерни флаваноли, димерни, тримерни и полимерни процианидини, както и фенолни киселини) са известни със своите антирадикални и антиоксидантни свойства. От химична гледна точка 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. По-голямата част от всички тези фенолни съединения се съдържа в люспите и семките на гроздето. Интензивните ултразвукови сили могат ефективно да извличат ценните съставки от гроздовите семки и люспи.
В изследването на Cocito et al. (1995) ултразвуковата обработка е показана като бърз, повторяем и линеен процес за извличане на ароматни съединения от гроздова мъст и вино. Получените концентрации на съединенията при ултразвукова екстракция са по-високи от тези при екстракция с колона C18 (екстракция със смола).
Предимствата на ултразвуковата екстракция могат да се обобщят така: ултразвукът е евтина, проста и ефективна алтернатива на конвенционалните нетермични методи за екстракция, като високо хидростатично налягане (HP), сгъстен въглероден диоксид (cCO2), свръхкритичен въглероден диоксид (ScCO2) и импулси на електрическо поле с висок интензитет (HELP). Друго предимство е фактът, че ултразвуковата екстракция – за разлика от посочените по-горе алтернативи – може лесно да се изпита в лабораторен или настолен мащаб. Тези изпитвания дават възпроизводими резултати, така че последващото увеличаване на мащаба не изисква допълнителни усилия за намиране на оптималните настройки. За пълномащабно промишлено производство надеждните ултразвукови апарати за тежки работни условия с мощност до 16 000 вата на апарат позволяват ултразвукова обработка на потоци с много голям обем.

Подпомагана с ултразвук екстракция при обработка на вино с дъбова дървесина

По време на обработката с дъбова дървесина виното влиза в контакт с дървесината на бъчвите (традиционна обработка с дъбова дървесина) или с добавени дървесни стърготини, дървени пръчки/дъски или дъбов прах (алтернативна обработка с дъбова дървесина). Най-често използваната дървесина за тази обработка (ароматизиране) е – както подсказва наименованието на процедурата – дъбът (quercus). Други видове дървесина, използвани по-рядко, са например кестен, бор, секвоя, череша или акация. Химичните свойства на дървесината се използват за постигане на значителни ефекти върху вкуса и букета на виното. Фенолите, съдържащи се в дъба, взаимодействат с виното и създават вкусово-ароматни нюанси като ванилия, карамел, сметана, подправки или землисти нотки. Много важен ефект имат елагитанините (хидролизируем танин), които произлизат от лигниновите структури в дървесината, тъй като предпазват виното от окисление и редукция.
Ултразвуковата екстракция е полезна на етапа на обработка на виното с дъбова дървесина, тъй като проникването на течността в дървесната структура на праха, стърготините, пръчките или дъските се усилва от циклите на високо и ниско налягане, генерирани от ултразвука. Тъй като по този начин масопреносът се увеличава значително, това води до по-кратък период на обработка с дъбова дървесина и по-добри резултати по отношение на вкуса и аромата. Ако към виното се добавят дъбов прах или дестилати с дървесен аромат (алтернативна обработка с дъбова дървесина), ултразвуковите сили осигуряват много фино диспергиране на частиците или капчиците във виното, за да подобрят омокрянето на повърхността и контакта с нея. Това е много важно за постигане на високо качество на вкуса и усещането в устата и допринася за качеството на алкохолната напитка. Фактът, че съхранението в бъчви и отлежаването са свързани със значително време и разходи при винопроизводството, прави ултразвука изключително интересен метод за обработка, тъй като ултразвуковите устройства на Hielscher се отличават с ниски инвестиционни разходи, лесно внедряване и изключителна енергийна ефективност.

Подпомагана с ултразвук деагломерация по време на отлежаването на вино

По време на традиционния, продължителен процес на отлежаване на виното в него протичат реакции между различни молекули. Това означава, че молекулите се променят в резултат на взаимодействието помежду си. Времето и резултатът от тази молекулна промяна зависят от съставките на виното и неговата среда. Общоприето е, че алкохолът е диспергиран в алкохолните напитки, но това не означава, че ще се постигне смесване на молекулите. Тъй като във виното естествено е налична само малко енергия за реакции – като свързване и смесване – естествените промени в повечето случаи остават незавършени. Макар съставките да са склонни да взаимодействат, да се свързват и да променят молекулните си свойства, те не могат да осъществят пълно взаимодействие, превръщане или свързване на молекулно ниво поради малкото налична енергия.
Когато виното се обработва с ултразвук (което означава въвеждане на енергия в течността), съставките постигат по-постоянна и равномерна степен на диспергиране. Чрез ултразвукова обработка виното се превръща в хомогенна течност с удължен срок на годност за много кратко време на обработка. Хомогенността позволява по-интензивно взаимодействие между молекулите и съответно по-пълна молекулна промяна. Това означава подобряване на вкуса и качеството.

Диспергиране: Преди бутилиране повечето вина се обработват с добавки, като консерванти (напр. калиев хидрогенсулфат, натриев хидрогенсулфат), почистващи средства, оцветители на прах и други избистрящи средства и подобрители. Тези добавки се използват за предотвратяване на преждевременно покафеняване и разваляне, за подобряване на качеството на виното, за отстраняване на недостатъци или за подпомагане на ферментационния процес. Чрез ултразвукова обработка тези добавки могат да бъдат диспергирани много равномерно във виното, така че да се постигнат по-добри резултати от обработката. Това в крайна сметка води до по-високо качество и по-добър вкус – целта на всеки винопроизводител.

Ултразвуково извличане на активни съединения

Виното съдържа голямо разнообразие от полезни за здравето активни съединения, като танини, фенолни съединения, 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 странични продукти от преработката на грозде!

Отклонение от темата

Отлежаване на оризово вино и царевично вино: Chang et al. (2002) установяват в своето изследване върху оризово и царевично вино, че ефектите на ултразвуковата обработка върху отлежаването на виното зависят от вида на виното. Така ултразвуковото отлежаване на оризово вино по отношение на стойността на pH, алкохолното съдържание, ацеталдехида, вкуса и сетивните качества е значително по-добро от подпомаганото с ултразвук отлежаване на царевично вино. И при оризовото, и при царевичното вино времето за отлежаване е значително намалено (от 1 година на 1 седмица или 3 дни).

Промишлени ултразвукови апарати с проточни реактори за ултразвукова обработка на вино и сок.

Ултразвуковите процесори на Hielscher

Hielscher е водещият доставчик на висококачествени и високопроизводителни ултразвукови устройства. Ултразвуковите устройства, произведени от Hielscher, се използват за лабораторни проби, обработка в пилотен мащаб или пълномащабно производство в многобройни области на промишлеността и научните изследвания. За идеална производителност и приспособяване към всеки процес Hielscher предлага широка гама ултразвукови устройства за ултразвукова обработка на всякакъв обем течности – от няколко микролитра до стотици кубични метри на час. Ултразвуковите устройства могат лесно да бъдат изпитани в по-малък мащаб за ефективността им в съответния процес. Обикновено UIP1000hd (1kW) се използва за разработване на процеси при 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. Монтирането или допълнителното интегриране на ултразвукова система в производствена линия, както и експлоатацията и поддръжката, са лесни и без затруднения.

Ултразвук в течности

Ултразвукът с висока мощност генерира кавитация в течности. При имплозията на кавитационните мехурчета локално възникват изключително големи сили: в кавитационната „гореща точка“ се достигат много високи температури (прибл. 5 000K) и налягания (прибл. 2 000atm). Имплозията на кавитационното мехурче води и до течни струи със скорост до 280m/s. Когато тези интензивни сили действат в течността, те предизвикват различни ефекти. В алкохолна течност ултразвуковата обработка ускорява окислението, полимеризацията и кондензацията на алкохола, алдехидите, естерите и олефините, за да се образуват нови съединения, които създават повече и по-добри вкусово-ароматни характеристики и букет.
Като най-интересни ултразвукови приложения във винопроизводството (винификацията) особено подпомаганите с ултразвук екстракция, агломерация и диспергиране трябва да бъдат посочени. Тези въздействия правят ултразвуковата обработка толкова ефективен метод за обработка на вино и други напитки.
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: