Ultrazvučna obrada vina – inovativne primjene ultrazvuka u vinarijama

Ultrazvuk je netermička metoda obrade koja se već široko koristi u prehrambenoj industriji zbog blage primjene, ali značajnih učinaka na proizvod. Za vinarije ultrazvučna obrada (sonikacija) nudi različite primjene, kao što su ekstrakcija aroma, fenolnih spojeva i bojila, zrenje i starenje, aromatizacija hrastovinom te otplinjavanje.

Vino je alkoholno piće, najčešće od grožđa, ali i od drugog voća (npr. jabukovo vino, vino od bazge) ili od materijala na bazi škroba (npr. rižino vino, vino od kukuruza).
Vino je omiljeno potrošačko dobro čija proizvodnja zahtijeva skup proces. Proizvodnja kvalitetnih i visokokvalitetnih vina poznata je kao dugotrajan, a time i troškovno intenzivan posao. Naposljetku, u interesu je vinara da ubrza fermentaciju (pretvorbu u alkohol) i zrenje (radi postizanja složenih okusa i aroma) te da istovremeno proizvede visokokvalitetno piće sa željenim okusom, buketom, osjetom u ustima i bojom.

Različiti učinci ultrazvuka u preradi vina

Snažni ultrazvuk primijenjen na vino nudi mnoge korisne učinke. Najvažnije primjene obuhvataju intenziviranje arome buketa vina ekstrakcijom sastojaka bogatih aromom, kao što su fenolni i aromatski spojevi, aromatizaciju hrastovinom, te ubrzavanje zrenja & starenja.

Ekstrakcija aromatskih i fenolnih spojeva iz grožđa

Ultrazvuk je dobro poznato i provjereno sredstvo za ekstrakciju intracelularnog biljnog materijala i aromatskih spojeva. Mehaničko djelovanje ultrazvuka potiče difuziju otapala u tkivo. Kako ultrazvuk mehanički razara ćelijski zid smičnim silama kavitacije, olakšava prijenos iz ćelije u otapalo. Smanjenje veličine čestica ultrazvučnom kavitacijom povećava površinu dodira između čvrste i tekuće faze.
Grožđe je poznato i traženo zbog bogatstva polifenolima. Ti fenolni spojevi grožđa (kao što su monomerni flavanoli, dimerni, trimerni i polimerni procijanidini te fenolne kiseline) poznati su po svojim antiradikalnim i antioksidativnim svojstvima. Hemijski se mogu podijeliti u dvije potkategorije: flavonoide i neflavonoide. Najvažniji flavonoidi u vinu su antocijani i tanini, koji doprinose boji, okusu i osjetu u ustima. Među neflavonoidima su stilbeni, kao što je resveratrol, te kisela jedinjenja, kao što su benzojeva, kafeinska i cimetna kiselina. Većina tih fenolnih spojeva nalazi se u kožici i sjemenkama grožđa. Intenzivne ultrazvučne sile sposobne su efikasno ekstrahirati vrijedne sastojke iz sjemenki i kožice grožđa.
U studiji Cocita i sur. (1995) ultrazvučna obrada pokazala se kao brz, ponovljiv i linearan proces za ekstrakciju aromatskih spojeva u moštu i vinu. Dobiveni rezultati koncentracija spojeva ultrazvučnom ekstrakcijom bili su viši od onih dobivenih ekstrakcijom na koloni C18 (ekstrakcija smolom).
Sažimajući prednosti ultrazvučne ekstrakcije, ultrazvuk je jeftina, jednostavna i efikasna alternativa konvencionalnim netermičkim sredstvima ekstrakcije, kao što su visoki hidrostatski tlak (HP), komprimirani ugljik-dioksid (cCO2) i superkritični ugljik-dioksid (ScCO2) te impulsi visokog električnog polja (HELP). Dodatna je prednost to što se ultrazvučna ekstrakcija – za razliku od gore navedenih alternativa – može lako ispitati u laboratorijskom ili stolnom mjerilu. Ovi pokusi daju ponovljive rezultate, tako da naknadno povećanje mjerila ne zahtijeva dodatne napore u traženju optimalnih postavki. Za potpunu komercijalnu proizvodnju pouzdani ultrazvučni uređaji za zahtjevan industrijski rad snage do 16.000 vati po jedinici omogućuju ultrazvučnu obradu vrlo velikih volumnih tokova.

Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom pri aromatizaciji vina hrastovinom

Tokom faze aromatizacije hrastovinom vino dolazi u dodir s drvetom bačvi (tradicionalno odležavanje u hrastu) ili s dodanim drvenim čipsom, drvenim štapićima/ daščicama ili hrastovim prahom (alternativna aromatizacija). Najčešće drvo za aromatizaciju (davanje okusa) je – u skladu s nazivom postupka – hrast (quercus). Druge vrste drveta, koje se koriste rjeđe, su npr. kesten, bor, sekvoja, trešnja ili bagrem. Hemijska svojstva drveta koriste se za postizanje dubokih učinaka na okus i buket vina. Fenoli sadržani u hrastu stupaju u interakciju s vinom i daju okuse poput vanilije, karamele, kreme, začina ili zemljane note. Vrlo važan učinak imaju elagitanini (hidrolizirajući tanin), koji potječu iz struktura lignina u drvetu, jer štite vino od oksidacije i redukcije.
Ultrazvučna ekstrakcija korisna je u fazi aromatizacije vina hrastovinom jer će se prodiranje tekućine u drvenu strukturu praha, čipsa, štapića ili daščica pojačati ciklusima visokog i niskog tlaka koje stvara ultrazvuk. Pošto će se time prijenos mase znatno povećati, to povlači kraće razdoblje aromatizacije i bolje rezultate u pogledu okusa. Ako se hrastov prah ili destilati drvene arome (alternativna aromatizacija) unose u vino, ultrazvučne sile osiguravaju vrlo finu disperziju čestica ili kapljica u vinu radi poboljšanja kvašenja i izloženosti površine. To je vrlo važno za postizanje bogatog okusa i osjeta u ustima te doprinosi kvaliteti alkoholnog pića. Činjenica da bačvanje i starenje predstavljaju produženi vremenski i troškovni faktor u vinifikaciji čini ultrazvuk iznimno zanimljivom metodom obrade, jer ultrazvučni uređaji kompanije Hielscher uvjeravaju niskim investicijskim troškovima, jednostavnom implementacijom i izvanrednom energetskom efikasnošću.

Deaglomeracija potpomognuta ultrazvukom tokom starenja vina

Tokom tradicionalnog, vremenski zahtjevnog procesa starenja vina u vinu se odvijaju reakcije raznih molekula. To znači da se molekule mijenjaju u skladu s međusobnom interakcijom. Vrijeme i rezultat te molekularne promjene ovise o sastojcima vina i njegovom okruženju. Općenito se prihvaća da je alkohol dispergiran u pićima, ali to ne znači da će se postići miješanje molekula. Pošto je u vinu prirodno dostupna samo niska energija za reakcije – kao što su vezivanje i miješanje – stepen prirodnih promjena uglavnom će ostati nepotpun. Iako sastojci teže interakciji, vezivanju i promjeni molekularnih svojstava, zbog prisutne niske energije ne mogu ostvariti potpunu interakciju, pretvorbu ili vezivanje na molekularnoj razini.
Kada se vino ultrazvučno obrađuje (što znači unos energije u tekućinu), sastojci pokazuju konzistentniji i ujednačeniji stepen disperzije. Ultrazvučnom obradom vino postaje homogena tekućina s produženim rokom trajanja u vrlo kratkom vremenu obrade. Homogenost omogućuje veću interakciju između molekula i time potpuniju molekularnu promjenu. To znači poboljšanje okusa i kvalitete.

Disperzija: Prije flaširanja većina vina tretira se aditivima, kao što su konzervansi (npr. kalij-bisulfat, natrij-bisulfat), sredstva za čišćenje, prahovi za bojenje te druga sredstva za bistrenje i poboljšivači. Ti se aditivi koriste za izbjegavanje prijevremenog posmeđivanja i kvarenja, za poboljšanje kvalitete vina, za otklanjanje nedostataka ili za podršku procesu fermentacije. Ultrazvučnom obradom ovi se aditivi mogu vrlo konzistentno dispergirati u vino, tako da se postižu bolji rezultati obrade. To naposljetku vodi većoj kvaliteti i boljem okusu – nastojanju svakog vinogradara.

Ultrazvučna ekstrakcija aktivnih spojeva

Vino sadrži široku paletu aktivnih spojeva korisnih za zdravlje, kao što su tanini, fenolni spojevi, flavonoidi i drugi, koji su vrijedni sastojci koji se koriste u farmaceutskoj, prehrambenoj i kozmetičkoj industriji.
Saznajte više o ekstrakciji fitohemikalija kao što su polifenoli, antocijanidini, proantocijanidin i drugi bioaktivni spojevi iz grožđa i nusproizvoda grožđa!

Ekskurs

Starenje rižinog vina i vina od kukuruza: Chang i sur. (2002) u svojoj su studiji o rižinom vinu i vinu od kukuruza utvrdili da učinci starenja pri ultrazvučnoj obradi vina ovise o vrsti vina. Tako je ultrazvučno starenje rižinog vina u pogledu pH vrijednosti, sadržaja alkohola, acetaldehida, okusa i senzornih svojstava bilo znatno bolje od starenja vina od kukuruza potpomognutog ultrazvukom. I kod rižinog vina i kod vina od kukuruza vrijeme starenja znatno je skraćeno (s 1 godine na 1 sedmicu ili 3 dana).

Industrijski ultrazvučni uređaji s protočnim reaktorima za ultrazvučnu obradu vina i soka.

Ultrazvučni procesori kompanije Hielscher

Hielscher je vodeći dobavljač visokokvalitetnih i visokoučinkovitih ultrazvučnih uređaja. Ultrazvučni uređaji kompanije Hielscher koriste se za laboratorijske uzorke, pilot obradu ili punu proizvodnju u raznim područjima industrije i istraživanja. Za savršen učinak i prilagodbu svakom procesu Hielscher nudi široku paletu ultrazvučnih uređaja za ultrazvučnu obradu bilo kojeg volumena tekućine, od nekoliko mikrolitara do stotina kubnih metara na sat. Ultrazvučni uređaji mogu se lako testirati na efikasnost procesa u manjem mjerilu. Tipično se UIP1000hd (1kW) koristi za razvoj procesa pri protocima od 0,5L do 1000L na sat. U ovom mjerilu efikasnost obrade može se optimizirati variranjem amplitude, tlaka i protoka. Ugradnja ili naknadno opremanje proizvodne linije ultrazvučnim sistemom, kao i rukovanje i održavanje, jednostavni su i bez poteškoća.

Ultrazvuk u tekućinama

Snažni ultrazvuk stvara kavitaciju u tekućinama. Tokom implozije kavitacijskih mjehurića lokalno se javljaju izuzetno visoke sile: u kavitacijskoj „vrućoj točki“ postižu se vrlo visoke temperature (otprilike 5.000K) i tlakovi (otprilike 2.000atm). Implozija kavitacijskog mjehurića također rezultira tekućim mlazevima brzine do 280m/s. Kada te intenzivne sile djeluju u tekućini, izazivaju različite učinke. U alkoholnoj tekućini ultrazvučna obrada uzrokuje ubrzanje oksidacije, polimerizacije i kondenzacije alkohola, aldehida, estera i olefina, pri čemu nastaju novi spojevi koji stvaraju više i bolje arome i buketa.
Kao najzanimljivije ultrazvučne primjene u proizvodnji vina (vinifikaciji) treba navesti posebno ultrazvukom potpomognutu ekstrakciju, aglomeraciju i disperziju. Ti učinci čine ultrazvučnu obradu tako efikasnom metodom obrade vina i drugih pića.
Tabela u nastavku daje orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja: