Efektivní výroba chmelových extraktů pomocí sonikace

Chmel a chmelové extrakty jsou nezbytnými surovinami pro výrobu piva. Alfa-kyseliny a-karyofylen (humulon) a beta-karyofylen (humulen) jsou důležité chuťové látky, které dodávají pivu hořkost a přispívají k jeho aroma, struktuře pěny a mikrobiologické stabilitě. Ultrazvuková extrakce je vysoce účinná technika k uvolnění bioaktivních látek z buněčné matrice chmele za účelem výroby chuťově bohatého a plného chmelového extraktu.

Ultrazvuková extrakce hořkých kyselin z chmele

Ultrazvuková extrakce hořkých kyselin z chmele je vysoce účinná a spolehlivá technika, která se používá v pivovarnictví, při výrobě aromat a vonných látek i ve výzkumných zařízeních k účinné a efektivní extrakci látek odpovědných za hořkost a chuťových látek z chmelových hlávek.

Ultrazvuková extrakce využívá princip akustické kavitace. Akustická neboli ultrazvuková kavitace vzniká působením nízkofrekvenčních ultrazvukových vln v kapalinách. Střídající se cykly vysokého / nízkého tlaku ultrazvukových vln vytvářejí v rozpouštědle drobné kavitační bublinky. Rychlý vznik a kolaps těchto bublinek generuje intenzivní lokální síly, které narušují buněčné stěny a uvolňují z chmelového materiálu cílové látky, jako jsou hořké kyseliny. Ultrazvuková kavitace je velmi účinná při uvolňování hořkých kyselin, jako jsou humulon, kohumulon a adhumulon, z chmele. Tyto látky jsou nejlépe známé jako chuťové látky používané v pivu, kde přispívají k hořkosti a výraznému chuťovému profilu piva.
Hlavní výhodou ultrazvukové extrakce je její účinnost a rychlost. Sonikace výrazně zkracuje dobu extrakce ve srovnání s tradičními metodami, což z ní činí atraktivní volbu pro pivovary a výrobce aromat.
Jelikož lze proces ultrazvukové extrakce optimalizovat úpravou různých parametrů, včetně doby sonikace, teploty, koncentrace rozpouštědla a poměru chmelového materiálu k rozpouštědlu, lze proces přizpůsobit cílovému chuťovému profilu chmelového extraktu. Optimalizace zajišťuje maximální extrakci hořkých kyselin při zachování požadované chuti piva.
Při ultrazvukové extrakci je nezbytné udržovat správnou regulaci teploty. Zvýšené teploty mohou vést k degradaci hořkých kyselin a ke vzniku nežádoucích pachutí.

Ultrazvukové chmelové extrakty s plným spektrem

Chmelové extrakty připravené ultrazvukem jsou extrakty s plným spektrem, které nabízejí celou škálu účinných látek chmelových hlávek. Kromě alfa-kyselin a-karyofylenu (humulonu) a beta-karyofylenu (humulenu) uvolňuje ultrazvuková extrakce také další terpeny, jako jsou linalool a farnesen, a rovněž další fytochemikálie, jako jsou polyfenoly a flavonoidy. Extrakty s plným spektrem jsou ceněny pro svůj takzvaný entourage efekt.
Během ultrazvukové extrakce se rostlinné materiály, jako je chmel a jiné byliny, zpracovávají při mírných teplotách, čímž se omezuje tepelná degradace. Sonikace umožňuje použití mírných, bezpečných a ekologických rozpouštědel – bez použití toxických rozpouštědel.
Vysoká účinnost ultrazvukové extrakce umožňuje vyrábět chmelové extrakty dokonce i z vyčerpaného chmele. Intenzivní proces ultrazvukové extrakce uvolňuje z vyčerpaného chmele zbývající fotosloučeniny a pomáhá vyčerpaný chmel zbavit všech cenných látek, takže se žádné bioaktivní látky nepromarní.

Hořké kyseliny v chmelu

Hořké kyseliny chmele se dělí na α- a β-kyseliny. Hořké α-kyseliny se skládají ze tří hlavních složek: n-humulonu, ad-humulonu a co-humulonu. Obdobně se hořké β-kyseliny skládají z n-lupulonu, ad-lupulonu a co-lupulonu. Pro pivovary a výrobu piva jsou α-kyseliny zásadní formou kyselin. Varem alfa-kyselin za slabě kyselých podmínek dochází k izomeraci alfa-kyselin, a tím k jejich přeměně na iso-α-kyseliny. Izomerací se ve vodě špatně rozpustné alfa-kyseliny mění na lépe rozpustnou iso-formu, která vykazuje charakteristickou organoleptickou hořkost. Pro pivovarskou výrobu jsou méně důležité β-kyseliny, které jsou ve vodě rozpustné ještě méně než α-kyseliny, protože beta-kyseliny vykazují během chmelovaru velmi nízkou míru izomerace.
Kromě využití jako chuťové složky je chmel známý také svými zdraví prospěšnými vlastnostmi, mezi něž patří antioxidační, sedativní, protizánětlivé, antikarcinogenní a estrogenní účinky. Například xanthohumol, prenylflavonoid obsažený v chmelu, je známý svými silnými antioxidačními účinky. Tyto přírodní chmelové látky se používají v doplňcích stravy a léčivých přípravcích k podpoře zdraví nebo k léčbě nemocí.

Proč používat chmelové extrakty?

Při použití jako chuťové složky umožňují extrakty velmi přesné dávkování hořkosti a aroma, protože chmelové extrakty jsou standardizovány s ohledem na konkrétní množství a složení alfa-kyselin. To umožňuje dosahovat stejného chuťového profilu, a tím i trvale vysoce kvalitního produktu, který splňuje očekávání zákazníků.
Při použití jako účinné složky v doplňcích stravy a léčivých přípravcích nabízejí chmelové extrakty vysoce koncentrované množství bioaktivních látek, např. terpenů, flavonoidů. Díky tomu je možné přijmout vysoké množství účinné fotosloučeniny, a dosáhnout tak cíleného účinku.

Analýza ultrazvukového chmelového extraktu plynovou chromatografií, extrakt připraven ultrazvukovým homogenizátorem UP100H: β-karyofylenoxid, α-karyofylen, α-pinen, mycrene, limonen, α-caryophylene a caryophylene oxide a další.

Ultrazvuková extrakce chmele

Ultrazvukem urychlená extrakce rozpouštědlem je jednoduchá, rychlá a bezpečná metoda extrakce hořkých kyselin z chmele. Jelikož jde o nízkoteplotní zpracování, poskytuje ultrazvuková extrakce chmele vysoké výtěžky za krátkou dobu zpracování, což jsou významné výhody ve srovnání s konvenční extrakcí hořkých kyselin z chmele.
Nízké teploty zpracování, vysoké výtěžky, vynikající kvalita extraktu (tj. extrakty s plnou chutí / plným spektrem) a velmi krátká doba zpracování jsou hlavními výhodami ultrazvukové extrakce chmele.
Ultrazvuková extrakce chmele – výhody:

• Úplnější extrakce
• Vyšší výtěžek
• Plný chuťový profil
• Zachované aroma typické pro odrůdu
• Konzistentní hořkost / ochucení
• Vsádkové a inline zpracování
• Bezpečný a snadný provoz
• Hospodárné, rychlá návratnost investic (RoI)

Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory

Hielscher Ultrasonics má dlouholeté zkušenosti s navrhováním, výrobou a dodáváním vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů pro malé až velké průmyslové měřítko renomovaným společnostem a výzkumným institucím po celém světě. Ultrazvukovou extrakci lze provádět v jakémkoli měřítku, od malých laboratorních sestav až po velké průmyslové systémy, což výrobcům umožňuje přizpůsobit proces extrakce chmele svým výrobním potřebám.
Sonikátory Hielscher poskytují vysoce výkonný ultrazvuk, jsou robustní a mohou snadno pracovat 24/7 při vysokém zatížení. Díky tomu jsou ultrazvukové extraktory Hielscher spolehlivým tahounem v potravinářském, farmaceutickém a chemickém průmyslu.
Všechny digitální ultrazvukové procesory jsou vybaveny barevným dotykovým displejem, pomocí něhož můžete snadno a přesně nastavovat a řídit procesní parametry. Na vestavěnou SD kartu se všechny procesní parametry automaticky zaznamenávají, jakmile ultrazvukový extraktor zapnete.
Propracovaná konstrukce vsádkových a inline sonikačních sestav Hielscher je důkladně testována a optimalizována z hlediska uživatelské přívětivosti a vysoce kvalitních výstupů. Reaktory s průtokovou celou jsou k dispozici v různých velikostech a s různými geometriemi. Široká nabídka sonotrod (ultrazvukových sond) různých tvarů, velikostí a délek i další příslušenství umožňují ideální konfiguraci vašeho ultrazvukového systému v souladu s vaším extrakčním procesem a rostlinným materiálem.
Další výhodou průmyslových ultrazvukových procesorů Hielscher Ultrasonics je dodávka velmi vysokých amplitud až 200µm, které lze snadno a nepřetržitě provozovat v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Přesné řízení amplitudy a možnost provozu při velmi nízkých až velmi vysokých amplitudách umožňují optimální a účinný proces. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory Hielscher pro vynikající extrakty!
Níže uvedená tabulka uvádí orientační zpracovatelskou kapacitu našich sonikátorů: