Ултразвуково производство на вкусово-ароматни съставки

Ултразвуковата екстракция на вкусово-ароматни вещества е високоефективен и устойчив процес, който увеличава добива, като същевременно значително съкращава времето за обработка. Чрез използването на безопасни, екологични разтворители ултразвуковата технология предлага екологичен метод за екстракция с повишена енергийна ефективност, което я прави екологосъобразна алтернатива на традиционните техники за екстракция.

Растителни екстракти – подобрени чрез ултразвукова обработка

Ултразвуковата екстракция е техника, внедрена в търговската практика за производство на висококачествени екстракти за хранително-вкусовата, фармацевтичната и козметичната промишленост.
„С помощта на ултразвук пълните екстракции вече могат да бъдат завършени за минути с висока възпроизводимост, като се намалява потреблението на разтворител, опростяват се манипулациите и последващата обработка, постига се по-висока чистота на крайния продукт, премахва се необходимостта от последващо пречистване на отпадъчните води и се потребява само малка част от енергията от изкопаеми горива, обикновено необходима за конвенционален метод за екстракция като екстракция по Сокслет, мацерация или дестилация по Клевенджър. Няколко класа хранителни компоненти, като ароматни вещества, пигменти, антиоксиданти и други органични и минерални съединения, са ефективно извлечени, анализирани и включени във формули от разнообразни матрици (главно животински тъкани, микроводорасли, дрожди, хранителни и растителни материали).“ [Chemat et al. 2017]

Ултразвуковата екстракция се използва за получаване на изолати от растителни суровини. Видеото показва ефективната екстракция на вкусово-ароматни съединения от люспи от люти чушки с UP200Ht.

Като пазарен лидер Hielscher Ultrasonics е създала обширна база от знания за процесите на ултразвукова екстракция, включително екстракцията на подправки, билки, цветове, плодове и зеленчуци за производство на вкусово-ароматни вещества и аромати. Hielscher Ultrasonics е натрупала задълбочени знания за екстракцията на различни растителни материали, като кафе, шафран, грозде (вино), дъб, чаени листа, лавандула, мента, стевия, люти чушки, ванилия, какао, листа от болдо и много други.
Процесите на ултразвукова екстракция могат да се извършват с почти всякакви разтворители, като вода, алкохол, воден разтвор на етанол, глицерин, масла, изопропанол, хексан, бензен и др.
За производството на вкусово-ароматни вещества, аромати и активни компоненти, които ще се използват като съставки в хранително-вкусовата, фармацевтичната, козметичната и парфюмерийната промишленост, използването на неопасни, екологични разтворители, като вода и алкохол, е голямо предимство.

Видове ултразвукова екстракция:

Ултразвукова обработка
Ултразвукова обработка с нагряване
Ултразвукова обработка под налягане
Ултразвукова обработка с нагряване под налягане
Ултразвукова екстракция по Сокслет (Sono-Soxhet)
Ултразвукова суперкритична екстракция

Ултразвуковият метод осигурява по-добра екстракция в сравнение с повечето конвенционални процеси на екстракция, например мацерацията, по отношение на времето за обработка, по-високия добив, по-голямата икономия на енергия, чистотата, безопасността и качеството на продукта. Особено при производството на добавки за храни, напитки, фармацевтични и козметични продукти екологичната техника за ултразвукова екстракция предлага голямо предимство по отношение на безопасността на продукта.

Прозрачни вкусово-ароматни емулсии

Емулсиите са често използвана добавка за придаване на функционални свойства на храни и напитки по отношение на вкуса и аромата, хранителната стойност и стабилността. Особено при формулирането на напитки прозрачността е важен фактор, тъй като крайният продукт трябва да отговаря не само на стандартите за качество и хранителна стойност, но и на оптичните изисквания. За прозрачните напитки и храни това означава, че емулсионната добавка не трябва да възпрепятства постигането на целевото крайно качество. Същевременно прозрачната емулсия се обработва по-лесно. Поради размера си наноемулсиите са прозрачни и полупрозрачни (поне за невъоръженото око). Благодарение на високата си кинетична стабилност, ниския вискозитет, високата прозрачност и високата устойчивост срещу утаяване, изплуване на капчиците, коалесценция и флокулация те се използват широко като съставки.
Колкото по-голям е размерът на капчиците / частиците, толкова по-голяма непрозрачност се придава на крайния продукт. При формулирането на прозрачни напитки използването на прозрачна емулсия с нанокапчици дава най-добри резултати. Ултразвуковото емулгиране позволява получаването на W/O, O/W и обратни емулсии, както и на двойни или множествени емулсии W/O/W с капчици в нанодиапазона (така наречените миниемулсии, наноемулсии, ултрафини емулсии или субмикронни емулсии). Размерът на капчиците може да се регулира и контролира чрез параметрите на ултразвуковия процес. Ултразвуковите апарати на Hielscher позволяват прецизно управление за оптимални и възпроизводими резултати от процеса.

С MultiphaseCavitator Hielscher разработи уникална вложка за проточна клетка за още по-голямо подобряване на ултразвуковото емулгиране.
Щракнете тук, за да прочетете повече за MultiphaseCavitator!
Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковото емулгиране!

Капсулиране на вкусово-ароматни вещества с ултразвук

Използването на липозоми във фармацевтични и хранителни продукти непрекъснато нараства. Липозомите могат да се използват като носители на активни молекули, например хранителни вещества и лекарства. С помощта на ултразвукова обработка липозоми могат да се образуват чрез емулгиране на суспензия липиди/вода или чрез ултразвукова обработка на многослойни везикули (MLVs). При процеса на ултразвуково емулгиране липидните двойни слоеве се раздробяват на по-малки фрагменти, които се самоорганизират в малки еднослойни везикули (SUVs), съставени от фосфолипиди. По време на ултразвуковата обработка активните съставки могат да бъдат капсулирани в липозомите.
Щракнете тук, за да научите повече за ултразвуковото производство на липозоми!

Системи за ултразвукова екстракция

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите най-популярни системи за ултразвукова екстракция:

Обем на партидата	Дебит	Препоръчителни устройства
10 до 2000mL	20 до 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 до 20L	0,2 до 4L/min	UIP2000hdT
10 до 100L	2 до 10L/min	UIP4000
n.a.	10 до 100L/min	UIP16000
n.a.	по-голям	група от UIP16000

Ултразвукова суперкритична екстракция

Екстракцията със суперкритични флуиди и суперкритичен CO2 е една от най-важните техники за екстракция при производството на вкусово-ароматни вещества и аромати.
Суперкритичният въглероден диоксид е селективен разтворител с регулируема плътност. Неговата селективност и разтваряща способност зависят от променливата плътност, която може да се повлияе чрез налягането и температурата.
Чрез комбиниране на суперкритична екстракция с ултразвукова обработка става възможно използването на разтворители, подходящи за хранителни приложения, като алкохол или вода, като същевременно се постигат високи скорости на екстракция и високи добиви.
Използвайте формуляра по-долу, за да получите повече информация за нашите системи за ултразвукова екстракция и техните приложения!

Гледайте във видеото по-долу сравнение между ултразвукова екстракция и конвенционална мацерация на пресни листа от теснолист живовляк във вода. Ултразвуковата обработка не само произвежда мощен екстракт от теснолист живовляк за секунди, но и цветът на екстракта показва разлика в качеството. Докато ултразвуковият екстракт има наситен зелен цвят, екстрактът, получен чрез мацерация в продължение на 20 дни, има кафеникав цвят, който показва окислително разграждане на биоактивните съединения.

В това кратко видео сравняваме ултразвуковата екстракция със студена вода с ултразвуковия апарат със сонда Hielscher UP200Ht и традиционната мацерация в продължение на 20 дни. Докато конвенционалната мацерация изисква седмици за извличане на биоактивни съединения от пресни листа на теснолист живовляк, ултразвуковата екстракция със сонда ги освобождава само за секунди. При сравнение на традиционно мацерирания екстракт с ултразвуковия екстракт ясно се вижда, че полученият с ултразвук екстракт има наситен зелен цвят, докато мацерираният екстракт е с кафеникав оттенък, което предполага окислително разграждане на биоактивните съединения. Наситеният зелен цвят на ултразвуковия екстракт от теснолист живовляк подчертава по-високата ефективност на ултразвуковата технология при получаването на пълноспектърен екстракт. Ултразвуковата екстракция на растителни суровини е по-бърза, дава по-силен екстракт и е по-ефективна. Високоефективната ултразвукова екстракция с UP200Ht осигурява пълноспектърен екстракт от теснолист живовляк.

Свързани теми

Литература / Източници

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.

Повече за ултразвуковата екстракция

Ултразвуковата екстракция е добре познат и надежден метод за производство на екстракти от различни растителни суровини. Ултразвукът с висока мощност увеличава масообмена между суровината и разтворителя, като вкарва разтворителя в клетъчната структура и го извежда от нея приблизително 20 000 пъти в секунда (при 20kHz). Доказано е, че ултразвуковата обработка е много щадящ, но същевременно много ефективен метод – осигуряващ по-високи добиви и екстракти с по-високо качество за по-кратко време за обработка!
Следните материали вече са били екстрахирани много успешно чрез ултразвукова обработка:
Подправки: шафран, люти чушки (например капсаицин), джинджифил, канела, ванилин / ванилия, розмаринова киселина, градински чай, розмарин, майорана, босилек и др.
Билки: лютива мента, чайове (например черен, зелен, Pai Mu Tan, жасминов, ройбос, ханибуш), джоджен, стевия, канабис и др.
Цветове: лавандула, пачули, иланг-иланг, роза и др.
Плодове и зеленчуци: вино, грозде / гроздови семки, кафе, какао, маслини, портокал / портокалова кора, домат, семена от гуарана, маслодайни семена (бадеми, соя, семена от папая, ленено семе, слънчоглед, рапично семе), кора от нар, спанак, черница, корени и др.
Микроорганизми: морски водорасли, спирулина, микроводорасли (микроводорасли Nannochloropsis spp, микроводорасли Nannochloropsis oculata, микроводорасли Dunaliella salina), цианобактерии Synechococcus sp., дрожди Xanthophyllomyces dendrorhous, дрожди Trichosporon oleaginosisus, маслодайна гъба, гъба Cordyceps sinensis

Целевите екстракти, получавани чрез ултразвукова обработка, са етерични масла, витамини, липиди, протеини и фитокомплекси, като фенолни съединения, антиоксиданти, полизахариди, олеорезини, естери, есенции, протеинови хидролизати, аминокиселини, сапонини, флавоноиди, алкалоиди (например морфин, кодеин, тебаин), пигменти / оцветители (каротеноиди, хлорофил, фикоцианин), антоцианини, лимонен, алантолактон, изоалантолактон и други активни вещества.

За екологичната екстракция

Екологичната екстракция е насочена към екологосъобразни, устойчиви методи. Затова намаляването на енергопотреблението на процеса, използването на алтернативни разтворители и възобновяеми природни суровини са ключови фактори за екологичната екстракция. Целта е да се осигури безопасен и висококачествен екстракт. За получаването на безопасен висококачествен продукт е важно да се използват алтернативни, рециклируеми и по-безопасни разтворители. Чрез намаляване на общата токсичност на процеса и крайните продукти потребителите получават по-здравословен и по-безопасен продукт, а производителите създават по-безопасна работна среда за своите служители.