Sonikace vína – inovativní aplikace ultrazvuku ve vinařstvích

Ultrazvuk je netepelná metoda zpracování, která se již široce využívá v potravinářském průmyslu díky své šetrné aplikaci, avšak výrazným účinkům na produkt. Pro vinařství nabízí sonikace různé aplikace, jako je extrakce chuťových látek, fenolických látek a barviv, zrání a stárnutí, dubování a také odplynění.

Víno je alkoholický nápoj, nejčastěji vyráběný z hroznů, ale také z jiného ovoce (např. jablečné víno, bezové víno) nebo ze surovin na bázi škrobu (např. rýžové víno, kukuřičné víno).
Víno je oblíbené spotřební zboží, jehož výroba vyžaduje nákladný proces. Výroba kvalitních a vysoce kvalitních vín je známa jako časově náročné, a tím i nákladné podnikání. Koneckonců je v zájmu vinaře urychlit fermentaci (přeměnu na alkohol) a zrání (k dosažení komplexních chutí a vůní) a zároveň vyrobit vysoce kvalitní alkoholický nápoj s požadovanou chutí, buketem, plností v ústech a barvou.

Různé účinky ultrazvuku při zpracování vína

Výkonový ultrazvuk aplikovaný na víno nabízí mnoho příznivých účinků. Mezi nejdůležitější aplikace patří intenzifikace chuti vinného buketu extrakcí složek bohatých na chuťové látky, jako jsou fenolické a aromatické látky, dále dubování, a také urychlení zrání a stárnutí.

Extrakce aromatických a fenolických sloučenin z hroznů

Ultrazvuk je známým a osvědčeným prostředkem pro extrakci intracelulárního rostlinného materiálu a aromatických sloučenin. Mechanické působení ultrazvuku podporuje difuzi rozpouštědel do tkáně. Jelikož ultrazvuk mechanicky narušuje buněčnou stěnu kavitačními smykovými silami, usnadňuje přenos z buňky do rozpouštědla. Zmenšení velikosti částic ultrazvukovou kavitací zvětšuje kontaktní plochu mezi pevnou a kapalnou fází.
Hrozny jsou proslulé a žádané pro své bohatství polyfenolů. Tyto fenolické sloučeniny hroznů (jako jsou monomerní flavanoly, dimerní, trimerní a polymerní procyanidiny a také fenolové kyseliny) jsou známé svými antiradikálovými a antioxidačními vlastnostmi. Chemicky je lze rozdělit do dvou podkategorií: flavonoidy a neflavonoidy. Nejdůležitějšími flavonoidy ve víně jsou antokyany a taniny, které přispívají k barvě, chuti a plnosti v ústech. Mezi neflavonoidy patří stilbeny, jako je resveratrol, a kyselé sloučeniny, jako je kyselina benzoová, kávová a skořicová. Většina všech těchto fenolických sloučenin je obsažena ve slupkách a semenech hroznů. Intenzivní ultrazvukové síly jsou schopny účinně extrahovat cenné složky z hroznových semen a slupek.
Ve studii Cocito et al. (1995) se ultrasonikace ukázala jako rychlý, opakovatelný a lineární proces pro extrakci aromatických sloučenin z moštu a vína. Získané výsledky koncentrací sloučenin při ultrazvukové extrakci byly vyšší než výsledky extrakce na koloně C18 (extrakce na pryskyřici).
Shrneme-li výhody ultrazvukové extrakce, je ultrazvuk levnou, jednoduchou a účinnou alternativou ke konvenčním netepelným extrakčním metodám, jako je vysoký hydrostatický tlak (HP), stlačený oxid uhličitý (cCO2) a superkritický oxid uhličitý (ScCO2) a pulzy vysokého elektrického pole (HELP). Další výhodou je skutečnost, že ultrazvukovou extrakci lze – na rozdíl od výše uvedených alternativ – snadno testovat v laboratorním nebo stolním měřítku. Tyto zkoušky poskytují reprodukovatelné výsledky, takže následné zvětšení měřítka nevyžaduje další úsilí při hledání optimálního nastavení. Pro plnou komerční výrobu umožňují spolehlivé vysoce odolné ultrazvukové přístroje s výkonem až 16 000 wattů na jednotku sonikaci velmi velkých objemových proudů.

Extrakce podporovaná ultrazvukem při dubování vína

Ve fázi dubování přichází víno do kontaktu se dřevem sudů (tradiční dubování) nebo s přidanými dřevěnými štěpky, tyčinkami/ dužinami nebo dubovacím práškem (alternativní dubování). Nejběžnějším dřevem pro dubování (aromatizaci) je – jak napovídá název postupu – dub (quercus). Další druhy dřeva, které se používají vzácněji, jsou např. kaštanovník, borovice, sekvoj, třešeň nebo akácie. Chemické vlastnosti dřeva se využívají k dosažení výrazných účinků na chuť a buket vína. Fenoly obsažené v dubu interagují s vínem a vytvářejí chutě, jako je vanilka, karamel, smetana, koření nebo zemité tóny. Velmi důležitý účinek mají elagitaniny (hydrolyzovatelný tanin), které jsou odvozeny od ligninových struktur ve dřevě, neboť chrání víno před oxidací a redukcí.
Ultrazvuková extrakce je užitečná ve fázi dubování vína, protože pronikání kapaliny do dřevěné struktury prášku, štěpků, tyčinek nebo dužin je zesíleno cykly vysokého a nízkého tlaku generovanými ultrazvukem. Jelikož se tím výrazně zvyšuje přenos hmoty, vede to ke kratší době dubování a lepším výsledkům z hlediska chuti. Pokud se do vína aplikuje dubový prášek nebo destiláty dřevěných aromat (alternativní dubování), zajišťují ultrazvukové síly velmi jemnou disperzi částic nebo kapiček ve víně, čímž se zlepšuje smáčení povrchu a jeho expozice. To je velmi důležité pro dosažení vysoké chuťové kvality a plnosti v ústech a přispívá to ke kvalitě alkoholického nápoje. Skutečnost, že zrání v sudech a stárnutí představují ve vinifikaci značný časový a nákladový faktor, činí z ultrazvuku mimořádně zajímavou metodu zpracování, neboť ultrazvuková zařízení Hielscher přesvědčují nízkými investičními náklady, snadnou implementací a vynikající energetickou účinností.

Deaglomerace podporovaná ultrazvukem během stárnutí vína

Během tradičního, časově náročného procesu stárnutí vína probíhají ve víně reakce různých molekul. To znamená, že se molekuly mění v závislosti na vzájemné interakci. Doba a výsledek této molekulární změny závisí na složkách vína a jeho prostředí. Obecně se uznává, že alkohol je v alkoholických nápojích dispergován, to však neznamená, že bude dosaženo promísení molekul. Jelikož je ve víně přirozeně k dispozici jen málo energie pro reakce – jako je vazba a mísení –, zůstává míra přirozených změn většinou nedokončená. Zatímco složky mají tendenci interagovat, vázat se a měnit molekulární vlastnosti, nemohou kvůli nízké přítomné energii dosáhnout úplné interakce, přeměny nebo vazby na molekulární úrovni.
Když je víno sonikováno (což znamená vnesení energie do kapaliny), dosahují složky konzistentnějšího a rovnoměrnějšího stupně disperze. Sonikací se víno během velmi krátké doby ošetření stává homogenní kapalinou s prodlouženou trvanlivostí. Homogenita umožňuje intenzivnější interakci mezi molekulami, a tím i úplnější molekulární změnu. To znamená zlepšení chuti a kvality.

Disperze: Před plněním do lahví se většina vín ošetřuje přídatnými látkami, jako jsou konzervanty (např. hydrogensíran draselný, hydrogensíran sodný), čisticí prostředky, barvicí prášky a další čiřidla a zlepšující prostředky. Tyto přídatné látky se používají k zabránění předčasnému hnědnutí a kažení, ke zlepšení kvality vína, k odstranění nedostatků nebo k podpoře kvašení. Ultrasonikací lze tyto přídatné látky velmi rovnoměrně dispergovat do vína, takže se při zpracování dosahuje lepších výsledků. To nakonec vede k vyšší kvalitě a lepší chuti – o což usiluje každý vinař.

Ultrazvuková extrakce účinných látek

Víno obsahuje širokou škálu zdraví prospěšných účinných látek, jako jsou taniny, fenolické látky, flavonoidy a další, které jsou cennými složkami využívanými ve farmaceutickém, potravinářském a kosmetickém průmyslu.
Přečtěte si více o extrakci fytochemikálií, jako jsou polyfenoly, antokyanidiny, proantokyanidin a další bioaktivní sloučeniny, z hroznů a vedlejších produktů z hroznů!

Exkurz

Stárnutí rýžového a kukuřičného vína: Chang et al. (2002) ve své studii o rýžovém a kukuřičném víně zjistili, že účinky sonikace na stárnutí vína závisí na druhu vína. Ultrazvukové stárnutí rýžového vína bylo z hlediska hodnoty pH, obsahu alkoholu, acetaldehydu, chuti a senzorických vlastností výrazně lepší než ultrazvukem podporované stárnutí kukuřičného vína. U obou vín, rýžového i kukuřičného, se doba stárnutí výrazně zkrátila (z 1 roku na 1 týden nebo 3 dny).

Průmyslové ultrazvukové přístroje s průtokovými reaktory pro sonikaci vína a šťávy.

Ultrazvukové procesory Hielscher

Hielscher je vedoucím dodavatelem vysoce kvalitních a vysoce výkonných ultrazvukových zařízení. Ultrazvuková zařízení vyráběná společností Hielscher se používají pro laboratorní vzorky, zpracování v pilotním měřítku nebo plnou výrobu v nejrůznějších oblastech průmyslu a výzkumu. Pro dokonalý výkon a přizpůsobení každému procesu nabízí Hielscher širokou škálu ultrazvukových zařízení pro sonikaci libovolného objemu kapaliny, od několika mikrolitrů až po stovky kubických metrů za hodinu. Procesní účinnost ultrazvukových zařízení lze snadno otestovat v menším měřítku. Pro vývoj procesu se obvykle používá UIP1000hd (1kW) pro průtoky od 0,5L do 1000L za hodinu. V tomto měřítku lze účinnost zpracování optimalizovat změnou amplitudy, tlaku a průtoku. Instalace nebo dodatečná montáž ultrazvukového systému do výrobní linky, stejně jako provoz a údržba, jsou jednoduché a bezproblémové.

Ultrazvuk v kapalinách

Výkonový ultrazvuk vytváří kavitaci v kapalinách. Během imploze kavitačních bublin lokálně vznikají extrémně vysoké síly: v kavitačním „hot spotu“ se dosahuje velmi vysokých teplot (cca 5 000K) a tlaků (cca 2 000atm). Imploze kavitační bubliny má také za následek vznik proudů kapaliny o rychlosti až 280m/s. Když tyto intenzivní síly působí v kapalině, vyvolávají různé účinky. V alkoholické kapalině způsobuje ultrasonikace urychlení oxidace, polymerace a kondenzace alkoholu, aldehydů, esterů a olefinů za vzniku nových sloučenin, které vytvářejí výraznější a lepší chuť a buket.
Jako nejzajímavější ultrazvukové aplikace pro výrobu vína (vinifikaci) je třeba uvést zejména ultrazvukem podporovanou extrakci, aglomeraci a disperzi – tyto účinky činí ze sonikace tak efektivní metodu zpracování vína a dalších nápojů.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přehled o přibližné kapacitě zpracování našich ultrazvukových přístrojů: