Ултразвукова екстракция на ванилия – Нетермичен метод
- Екстрактът от ванилия е ароматен разтвор, извлечен от шушулки ванилия в разтвор на етанол и вода.
- За да се получи висококачествен ванилин като аромат, вкус и ароматен компонент, е необходима ефективна, но мека техника на екстракция, за да се предотврати разлагането.
- Ултразвуковата екстракция е мек механичен метод на екстракция, който дава високи добиви на ванилин за много кратко време на екстракция.
Високоефективна ултразвукова техника за висококачествени екстракти от ванилин
Като втората най-скъпа подправка след шафрана, производството на ванилия изисква ефективен метод на екстракция, който предотвратява разграждането на ценните етерични масла. Ултразвуковата екстракция е добре позната и утвърдена като мек, нетермичен, но високоефективен метод за освобождаване на биоактивни съединения от растителен материал. Ултразвуковата екстракция се основава на феномена акустична кавитация, която е чисто механична обработка. Това прави ултразвука предпочитан метод за изолиране на чувствителни биоактивни съединения като ароматични съединения и етерични масла, например ванилин, полифеноли или антиоксиданти от растителни продукти.
Предимства на ултразвуковата екстракция на ванилия
- Превъзходен добив
- Високоскоростна екстракция – в рамките на минути
- Висококачествени екстракти – Мека, нетермична
- Зелени разтворители (напр. вода/етанол)
- Рентабилни
- Лесна и безопасна работа
- Ниски инвестиционни и оперативни разходи
- 24/7 работа при тежки натоварвания
- Зелен, екологичен метод
Ултразвукова екстракция на ванилия – в режим на партид или непрекъснат поток
Партида: Процесите на ултразвукова екстракция могат да се използват като прости партидни процеси или като поточна обработка, при която средата се подава непрекъснато през ултразвуков проточен реактор.
Партидната обработка е лесна процедура, при която екстракцията се извършва много по партида. Hielscher Ultrasonics предлага ултразвукови процесори за малки до големи партиди, т.е. от 1L до 120L.
За обработка на партиди от 5 до 10 литра препоръчваме UP400St (400W, видео по-долу) със сонотроде S24d22L2D.
За партиди за обработка от приблизително 120 литра препоръчваме UIP2000hdT (2kW, снимка дясна колона отгоре) със сонотрод RS4d40L4.
Соникатор UIP2000hdT за ботаническа екстракция в партида от 120L
Ултразвукова екстракция на растителни продукти с ултразвук UP400St
За обем от около 8 л/мин. препоръчваме UIP4000hdT (4kW, снимка вдясно) със сонотрод RS4d40L3 и проточна клетка под налягане FC130L4-3G0
Казус от ултразвукова екстракция на ванилия
Jadhav et al. (2009) сравняват ултразвуково асистираната екстракция (ОАЕ) и екстракцията на Soxhlet. Изследването потвърди, че ултразвуковата екстракция засилва значително освобождаването на ванилин в сравнение с екстракцията на Soxhlet. Обработката на Soxhlet изискваше работна температура от 95°C, съотношение разтворител:разтворено вещество от 66,67 ml/g и време за екстракция от 8 часа, което доведе до освобождаване на ванилин от около 180 ppm. Ултразвуковата екстракция (ОАЕ) изисква само 1 час, за да се освободи приблизително 140 ppm ванилин, като се използва същото съотношение разтворител:разтворено вещество при стайна температура.
Rasoamandrary et al. (2013) сравняват ефективността на екстракцията на ванилин с помощта на 100W ултразвуковикатор тип сонда (напр. UP100H), ултразвукова вана и баня с топла вода. Изследователите стигнаха до заключението, че ултразвуковият апарат тип сонда е мощен инструмент за извличане поради ултразвука си с висока интензивност. Следователно ултразвуковият апарат от сонден тип превъзхожда алтернативните методи за екстракция, като дава подобни/или по-високи добиви на ванилин, извлечен за значително по-кратко време на екстракция и по-малка консумация на разтворител (т.е. етанол).
Сравнението на трите метода на екстракция – ултразвукова сонда, ултразвукова вана, екстракция с гореща водна баня – показва, че екстракцията на ванилин е най-ефективна за ултразвук на сонда, като се използва 40% етанол (v/v) при температура на околната среда 30°C и време за екстракция от 1 час. Екстракцията на водна баня изисква 50% концентрация на етанол (v/v) при 56°C в продължение на 15 часа.
UIP4000hdT – 4kW ултразвуков екстрактор за непрекъснато вградено лечение.
Ултразвуково оборудване за високоефективна екстракция
Hielscher Ultrasonics е специализирана в производството на високопроизводителни ултразвукови процесори за производство на висококачествени екстракти от растителни продукти.
Широкото продуктово портфолио на Hielscher варира от малки, мощни лабораторни ултразвукови апарати до здрави настолни и напълно индустриални системи, които осигуряват ултразвук с висока интензивност за ефективно извличане и изолиране на биоактивни вещества (напр. Кверцетин, кофеин, Куркумин, терпени и т.н.). Всички ултразвукови апарати от 200W да 16 000 Вт разполагат с цветен дисплей за цифрово управление, вградена SD карта за автоматичен запис на данни, дистанционно управление на браузъра и много други удобни за потребителя функции. Сонотродите и поточните клетки (частите, които са в контакт със средата) могат да бъдат автоклавирани и лесни за почистване. Всички наши ултразвукови уреди са създадени за работа 24/7, изискват ниска поддръжка и са лесни и безопасни за работа.
Цифровият цветен дисплей позволява удобно управление на ултразвука. Нашите системи са в състояние да доставят от ниски до много високи амплитуди. За извличане на полифеноли и други биоактивни съединения като ванилин предлагаме специални ултразвукови сонотроди (известни също като ултразвукови сонди или рога), които са оптимизирани за разумно изолиране на висококачествени активни вещества. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Прецизният контрол на параметрите на ултразвуковия процес гарантира възпроизводимост и стандартизация на процеса.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Високомощни ултразвукови процесори от лабораторен до пилотен и промишлен мащаб.
Литература/Препратки
- Велес Суаза, Каталина (2016): Оптимизиране на аналитичен подход, базиран на високоефективна течна хроматография за характеризиране на натурален екстракт от ванилия. Дипломна работа, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Екстракция на ванилин от шушулки ванилия: Сравнително проучване на конвенционална сокслет и ултразвукова екстракция. Вестник за хранително инженерство 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Подобрена екстракция на ванилин 4-хидрокси-3-метоксибензалдехид от втвърдени ванилови зърна с помощта на ултразвукова екстракция: Сравнение на екстракция с помощта на ултразвук и гореща водна баня.
- К. Шиха Оджа, Рамон Аснар, Колм О'Донъл, Бриджеш К. Тивари (2020): Ултразвукова технология за извличане на биологично активни молекули от растителни, животински и морски източници. Тенденции в аналитичната химия, том 122, 2020 г.
Факти, които си струва да знаете
Принципът на работа на ултразвуковата екстракция
Прилагането на интензивни ултразвукови вълни върху течна среда води до кавитация. Явлението кавитация води локално до екстремни температури, налягания, скорости на нагряване/охлаждане, разлики в налягането и високи сили на срязване в средата. Когато кавитационните мехурчета имплодират върху повърхността на твърди вещества (като частици, растителни клетки, тъкани и т.н.), микроструите и междупартиклюларният сблъсък генерират ефекти като повърхностно отлепване, ерозия и разграждане на частиците. Освен това, имплозията на кавитационни мехурчета в течна среда създава макротурбуленции и микросмесване.
1: Създаване на стабилни и преходни кавитационни мехурчета.
а) изместване, б) преходна кавитация, в) стабилна кавитация, г) налягане
[адаптирано от Santos et al. 2009]
Ултразвуковата обработка на растителен материал фрагментира матрицата на растителните клетки и засилва хидратацията на същите. Chemat et al (2015) заключават, че ултразвуковата екстракция на биоактивни съединения от растителни продукти е резултат от различни независими или комбинирани механизми, включително фрагментация, ерозия, капилярност, детекстуриране и сонопорация. Тези ефекти нарушават клетъчната стена, подобряват масовия трансфер чрез изтласкване на разтворителя в клетката и изсмукване на разтворителя и осигуряват движение на течността чрез микросмесване.
Ултразвукова екстракция от растителни клетки: микроскопичното напречно сечение (TS) показва механизма на действие по време на ултразвукова екстракция от клетки (увеличение 2000x) [ресурс: Vilkhu et al. 2011]
Ултразвуковата екстракция постига много бързо изолиране на съединенията – превъзхождайки конвенционалните методи за екстракция с по-кратко време на процеса, по-висок добив и при по-ниски температури. Като лека механична обработка, ултразвуковата екстракция избягва термичното разграждане на биоактивните компоненти и се отличава в сравнение с други техники като конвенционална екстракция с разтворител, хидродестилацияили Сокслет екстракция, за които е известно, че унищожават чувствителни към топлина молекули. Поради тези предимства, ултразвуковата екстракция е предпочитаната техника за освобождаване на чувствителни към температурата биоактивни съединения от растенията.
Ванилин
Ванилията е ценен аромат, който може да бъде извлечен от орхидеи от рода Ванилия, предимно от мексиканския вид, плосколистна ванилия (V. planifolia). Уникално ароматизираните съединения на ваниловата орхидея се намират в плодовете й, което е резултат от опрашването на цветето. Тези семенни шушулки са приблизително 1/3 х 6 инча, с кафеникавочервен до черен цвят, когато узреят. Вътре в тези шушулки има мазна течност, пълна с малки семена. Както шушулката, така и семената се използват за производството на ванилин.
Въпреки че ванилинът е основното ароматно съединение в растението ванилия, чистият екстракт от ванилия съдържа няколкостотин допълнителни ароматични съединения, които допринасят за неговия сложен, дълбок вкус.
Ваниловата есенция се среща в две форми, а именно истинска ванилинова есенция от ваниловата шушулка и индустриално синтезиран ванилин. Истинският екстракт от семена е сложна смес от няколкостотин различни съединения. Химичното съединение ванилин – 4-хидрокси-3-метоксибензалдехид – е основният принос за характерния вкус и аромат на истинската ванилия и е основният вкусов компонент на сушените ванилови зърна. Освен ванилин, други химични съединения като ацеталдехид, оцетна киселина, фурфурол, хексанова киселина, 4-хидроксибензалдехид, евгенол, метил цинамат и изомаслена киселина допринасят за сложния аромат на ванилията.
Сортове ванилия
Бурбонската ванилия или бурбън-мадагаскарската ванилия се произвежда от растения V. planifolia, които растат на острови в Индийския океан като Мадагаскар, Коморските острови и Реюнион, наричани преди Ил Бурбон. Терминът “Бърбън ванилия” описва и отличителния аромат на ванилия, получен от V. planifolia.
Мексиканската ванилия, извлечена от местната V. planifolia, се произвежда в много по-малки количества. Мексиканската ванилия е известна и продавана като ванилия от страната на нейния произход, тъй като растението V. planifolia е родом от Мезоамерика.
Таитянска ванилия идва от Френска Полинезия, произведена от растението V. tahitiensis. Генетичният анализ показва, че този вид вероятно е сорт от хибрид на V. planifolia и V. odorata.
Западноиндийската ванилия се прави от V. pompona, която се отглежда в Карибите и Централна и Южна Америка.