Sonication of Wine – Inovativna primjena ultrazvuka u vinarijama

Ultrazvuk je metoda netermičke obrade koja se već široko koristi u prehrambenoj industriji zbog svoje blage primjene, ali značajnog djelovanja na proizvod. Za vinarije sonikacija nudi različite primjene kao što su ekstrakcija okusa, fenola i bojila, sazrijevanje & starenje, dubljenje kao i otplinjavanje.

Vino je alkoholno piće, koje se najčešće pravi od grožđa, ali i od drugog voća (npr. vino od jabuke, vino od bazge) ili materijala na bazi škroba (npr. pirinčano vino, vino od kukuruza).
Vino je omiljena roba široke potrošnje čija proizvodnja zahtijeva raskošan proces. Proizvodnja kvalitetnih i visokokvalitetnih vina poznata je kao dugotrajan, a time i troškovno intenzivan posao. Konačno, u interesu vinara je da se ubrza fermentacija (pretvaranje u alkohol) i sazrevanje (da bi se dali složeni ukusi i arome) i istovremeno proizveli visokokvalitetni liker željenog ukusa, bukea, osećaja u ustima i boje.

Različiti efekti ultrazvuka u preradi vina

Snažni ultrazvuk primijenjen na vino nudi mnoge korisne efekte. Najvažnije aplikacije uključuju intenziviranje ukusa vinskog buketa izdvajanjem komponenti bogatih ukusom, kao što su fenoli i aromati, oaking, i ubrzanje sazrevanje & starenje.

Ekstrakcija aromatičnih i fenolnih jedinjenja iz grožđa

Ultrazvuk je dobro poznato i dokazano sredstvo za ekstrakciju intracelularnog biljnog materijala i aromatičnih jedinjenja. Mehanička aktivnost ultrazvuka podržava difuziju rastvarača u tkivo. Kako ultrazvuk mehanički lomi ćelijski zid kavitacionim smičnim silama, on olakšava transfer iz ćelije u rastvarač. Smanjenje veličine čestica ultrazvučnom kavitacijom povećava površinu u kontaktu između čvrste i tekuće faze.
Grožđe je poznato i traženo zbog bogatstva polifenola. Ova fenolna jedinjenja (kao što su monomerni flavanoli, dimerni, trimerni i polimerni procijanidini, kao i fenolne kiseline) grožđa poznata su po svojim antiradikalnim i antioksidativnim svojstvima. Hemijski se mogu podijeliti u dvije podkategorije: flavonoidi i neflavonoidi. Najvažniji flavonoidi u vinu su antocijanini i tanini koji doprinose boji, ukusu i osećaju u ustima. Među ne-flavonoidima su stilbeni kao što je resveratrol i kisela jedinjenja, kao što su benzojeva, kafeinska i cimetova kiselina. Najviše svih ovih fenolnih spojeva sadržano je u kožici grožđa i sjemenkama. Intenzivne ultrazvučne sile su u stanju da efikasno izvuku vredne sastojke iz koštica grožđa i kožice.
U studiji Cocito et al. (1995), ultrazvuk se pokazao kao brz, ponovljiv i linearan proces za ekstrakciju aroma jedinjenja u moštu i vinu. Dobiveni rezultati koncentracije spojeva ultrazvučnom ekstrakcijom bili su viši od rezultata ekstrakcije na koloni C18 (ekstrakcija smole).
Sumirajući prednosti ultrazvučne ekstrakcije, ultrazvuk je jeftina, jednostavna i efikasna alternativa konvencionalnim netermalnim sredstvima za ekstrakciju, kao što su visoki hidrostatički tlak (HP), komprimirani ugljični dioksid (cCO2) i superkritični ugljični dioksid (ScCO2) i visoki impulsi električnog polja (HELP). Dodatna prednost je činjenica da se ultrazvučna ekstrakcija – za razliku od gore navedenih alternativa – može lako testirati u lab ili stolna vaga. Ova ispitivanja daju ponovljive rezultate tako da sljedeće povećanje ne zahtijeva dodatne napore u pronalaženju optimalnog podešavanja. Za punu komercijalnu proizvodnju, pouzdan TEŠKI ULTRAZVUNIKORI sa do 16.000 vati po jedinici omogućavaju ultrazvučni tretman tokova vrlo velikog volumena.

Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom za vinsku hrastovinu

U fazi hrastovanja, vino dolazi u kontakt sa drvetom bačvi (tradicionalna hrastovina) ili sa dodatkom iverja, drvenih štapova ili hrastovog praha (alternativna hrastovina). Najčešće drvo za hrast (aromatiziranje) je – prema terminu postupka – hrast (quercus). Ostale vrste drveta koje se rjeđe koriste su npr. kesten, bor, sekvoja, trešnja ili bagrem. Hemijska svojstva drveta se koriste za postizanje dubokih efekata u pogledu ukusa i buke vina. Fenoli sadržani u hrastu stupaju u interakciju s aromama vina, poput vanilije, karamele, vrhnja, začina ili zemljanih okusa. Vrlo važan učinak imaju elagitanini (hidrolizirani tanin), koji su izvedeni iz ligninskih struktura u drvu, jer štite vino od oksidacije i redukcije.
Ultrazvučna ekstrakcija je korisna u fazi vinske hrastovine zbog činjenice da će prodiranje tekućine u drvenu strukturu praha, strugotine, štapića ili batina biti pojačano ciklusima visokog i niskog pritiska koje generiše ultrazvuk. Kako će se na taj način prijenos mase upadljivo povećati, to podrazumijeva kraći period duvanja i bolje rezultate u pogledu okusa. Ako se u vino primjenjuju hrastov prah ili destilati s aromom drva (alternativno hrastovanje), ultrazvučne sile osiguravaju vrlo finu disperziju čestica ili kapljica u vinu kako bi se poboljšalo vlaženje površine i izlaganje. Ovo je veoma važno za postizanje visokog ukusa i osećaja u ustima i doprinosi kvalitetu alkoholnog pića. Činjenica da bačvenje i starenje predstavljaju produženi faktor vremena i troškova u vinifikaciji, čini ultrazvuk izuzetno zanimljivom metodom obrade jer Hielscher ultrazvučni uređaji uvjeravaju niskim troškovima ulaganja, jednostavnom implementacijom i izvanrednom energetske efikasnosti.

Deaglomeracija potpomognuta ultrazvukom tokom starenja vina

Tokom tradicionalnog dugotrajnog procesa starenja vina, u vinu se javljaju reakcije različitih molekula. To znači da se molekuli mijenjaju u skladu s međusobnom interakcijom. Vrijeme i rezultat ove molekularne promjene zavise od sastojaka vina i okoline. Obično je dozvoljeno da se alkohol raspršuje u alkoholima, ali to ne znači da će se postići miješanje molekula. Kao što je u vinu prirodno samo niska energija za reakcije – kako je spajanje i spajanje – dostupno, stepen prirodnih promjena će uglavnom biti nedovršen. Dok sastojci teže interakciji, vezivanju i promjeni molekularnih svojstava, oni ne mogu ostvariti apsolutnu interakciju, konverziju ili vezivanje na molekularnom nivou zbog niske prisutne energije.
Kako je vino sonikirano (što znači unos energije u tečnost), sastojci nude konzistentniji i ujednačeniji stepen disperzije. Sonikacijom vino postaje homogena tečnost sa produženim rokom trajanja za vrlo kratko vreme tretmana. Homogenost omogućava veću interakciju između molekula i time potpuniju molekularnu promjenu. To znači poboljšanje ukusa i kvaliteta.

Disperzija: Pre flaširanja većina vina se tretira aditivima, kao što su konzervansi (npr. kalijum bisulfat, natrijum bisulfat), sredstva za čišćenje, praškovi za bojenje i dodatna sredstva za finoće i melioransi. Ovi aditivi se koriste kako bi se izbjeglo prerano tamnjenje i kvarenje, poboljšala kvaliteta vina, otklonili nedostaci ili podržali proces fermentacije. Ultrazvučnom obradom ovi se aditivi mogu vrlo konzistentno dispergirati u vino tako da se postižu bolji rezultati prerade. To konačno dovodi do veće kvalitete i boljeg okusa – trud svakog vinara.

Ultrazvučna ekstrakcija aktivnih spojeva

Vino ima širok spektar aktivnih spojeva korisnih za zdravlje, kao što su tanini, fenoli, flavonoidi i drugi, koji su vrijedni sastojci koji se koriste u farmaceutskoj, prehrambenoj i kozmetičkoj industriji.
Pročitajte više o ekstrakciji fitokemikalija kao što su polifenoli, antocijanidini, proantocijanidini i drugi bioaktivni spojevi iz grožđa i nusproizvoda grožđa!

Excursus

Odležavanje rižinog i kukuruznog vina: Chang et al. (2002) su u svojoj studiji o pirinčanom vinu i vinu od kukuruza otkrili da efekti starenja vina sonikacijom zavise od vrste vina. Tako je ultrazvučno starenje pirinčanog vina u pogledu pH vrijednosti, sadržaja alkohola, acetaldehida, okusa i senzornih kvaliteta bilo znatno bolje od starenja kukuruznog vina uz pomoć ultrazvuka. I za pirinčano vino i za vino od kukuruza, vrijeme starenja je značajno smanjeno (sa 1 godine na 1 sedmicu ili 3 dana).

Industrijski ultrasonikatori sa protočnim reaktorima za sonikaciju vina i sok.

Hielscherovi ultrazvučni procesori

Hielscher je vodeći dobavljač visokokvalitetnih ultrazvučnih uređaja visokih performansi. Ultrazvučni uređaji koje proizvodi Hielscher koriste se za laboratorijske uzorke, pilotsku obradu ili proizvodnju u punom obimu u višestrukim dosegima industrije i istraživanja. Za savršene performanse i prilagođavanje svakom procesu, Hielscher nudi širok raspon ultrazvučnih uređaja za ultrazvučnu obradu bilo koje zapremine tekućine, od nekoliko mikrolitara do stotina kubnih metara na sat. Ultrazvučni uređaji se mogu lako testirati na efikasnost procesa na manjem obimu. Tipično, the UIP1000hd (1kW) se koristi za razvoj procesa za protoke od 0,5L do 1000L na sat. Na ovoj skali, efikasnost obrade se može optimizirati variranjem amplitude, pritiska i brzine protoka. Instalacija ili naknadna ugradnja ultrazvučnog sistema u proizvodnu liniju, kao i rukovanje i održavanje su jednostavni i bez poteškoća.

Ultrazvuk u tečnostima

Generiše ultrazvuk velike snage kavitacija u tečnosti. Prilikom implozije kavitacionih mehurića lokalno se javljaju izuzetno velike sile: u kavitacionoj „vrućoj tački“ postižu se veoma visoke temperature (cca. 5.000K) i pritisci (cca. 2.000atm). Implozija kavitacionog mjehura također rezultira mlazovima tekućine brzine do 280 m/s. Kada ove intenzivne sile uđu u tečnost, izazivaju različite efekte. U alkoholnoj tekućini, ultrazvučna obrada uzrokuje ubrzanje oksidacije, polimerizacije i kondenzacije alkohola, aldehida, estera i olefina kako bi se izgradila nova jedinjenja koja stvaraju više i bolji okus i buket.
Kao najzanimljivije ultrazvučne primjene za proizvodnju vina (vinifikacija), posebno uz pomoć ultrazvuka Ekstrakcija, aglomeracija i disperzija moraju biti imenovani. Ovi uticaji čine sonikaciju tako efikasnom metodom obrade vina i drugih pića.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: