Ultrazvuková extrakce vanilky – Netepelná metoda
- Vanilkový extrakt je aromatický roztok extrahovaný z vanilkových lusků v roztoku etanolu a vody.
- K výrobě vysoce kvalitního vanilinu jako aromatické, chuťové a vonné složky je nutná účinná, ale mírná extrakční technika, aby se zabránilo rozkladu.
- Ultrazvuková extrakce je mírná mechanická extrakční metoda, která poskytuje vysoké výtěžky vanilinu ve velmi krátké době extrakce.
Vysoce výkonná ultrazvuková technologie pro vysoce kvalitní extrakty vanilinu
Jako druhé nejdražší koření po šafránu vyžaduje výroba vanilky účinnou metodu extrakce, která zabraňuje degradaci cenných esenciálních olejů. Ultrazvuková extrakce je dobře známá a zavedená jako mírná, netepelná, ale vysoce účinná metoda uvolňování bioaktivních sloučenin z rostlinného materiálu. Ultrazvuková extrakce je založena na jevu akustické kavitace, což je čistě mechanické ošetření. Díky tomu je sonikace preferovanou metodou pro izolaci citlivých bioaktivních sloučenin, jako jsou aromatické sloučeniny a éterické oleje, např. vanilin, polyfenoly nebo antioxidanty z rostlin.
Výhody ultrazvukové extrakce vanilky
- Vynikající výnos
- Vysokorychlostní odsávání – během několika minut
- Vysoce kvalitní extrakty – Mírný, netepelný
- Zelená rozpouštědla (např. voda/etanol)
- Rentabilní
- Snadná a bezpečná obsluha
- Nízké investiční a provozní náklady
- Provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném režimu
- Ekologická, ekologická metoda
Ultrazvuková extrakce vanilky – v dávkovém nebo kontinuálním režimu průtoku
Várka: Ultrazvukové extrakční procesy mohou být provozovány jako jednoduché dávkové procesy nebo jako inline zpracování, kde je médium kontinuálně přiváděno ultrazvukovým průtokovým reaktorem.
Dávkové zpracování je jednoduchý postup, kdy se extrakce provádí po šaržích. Hielscher Ultrasonics nabízí ultrazvukové procesory pro malé až velké šarže, tj. 1L až 120L.
Pro zpracování šarží 5 až 10 l doporučujeme UP400St (400W, video níže) se sonotrodou S24d22L2D.
Pro zpracování šarží cca. 120 l doporučujeme UIP2000hdT (2kW, obr. pravý sloup nahoře) se sonotrodou RS4d40L4.
Sonikátor UIP2000hdT pro botanickou extrakci v dávce o objemu 120 l
Ultrazvuková extrakce rostlin pomocí ultrazvuku UP400St
Pro objem cca 8 l/min. doporučujeme UIP4000hdT (4kW, obr. vpravo) se sonotrodou RS4d40L3 a tlakovou průtočnou buňkou FC130L4-3G0
Případová studie ultrazvukové extrakce vanilky
Jadhav et al. (2009) porovnávali ultrazvukem asistovanou extrakci (SAE) a Soxhletovu extrakci. Výzkum potvrdil, že ultrazvuková extrakce výrazně zintenzivňuje uvolňování vanilinu ve srovnání se Soxhletovou extrakcí. Soxhletova léčba vyžadovala provozní teplotu 95 °C, poměr rozpouštědlo:rozpuštěná látka 66,67 ml/g a dobu extrakce 8 hodin, což vedlo k uvolnění přibližně 180 ppm vanilinu. Ultrazvukem asistovaná extrakce (SAE) vyžadovala pouze 1 hodinu k uvolnění cca. 140 ppm vanilinu při stejném poměru rozpouštědlo: rozpuštěná látka při pokojové teplotě.
Rasoamandrary et al. (2013) porovnávali účinnost extrakce vanilinu pomocí 100W ultrazvuku typu sondy (např. UP100H), ultrazvuková lázeň a horká vodní lázeň. Výzkumníci dospěli k závěru, že ultrazvuk typu sondy je díky své ultrazvukové vysoké intenzitě výkonným extrakčním nástrojem. Proto ultrazvuk typu sondy překonal alternativní metody extrakce tím, že poskytl podobné / nebo vyšší výtěžky vanilinu extrahovaného za výrazně kratší dobu extrakce a menší spotřebu rozpouštědla (tj. ethanolu).
Porovnání tří extrakčních metod – ultrazvuková sonda, ultrazvuková lázeň, extrakce horkovodní lázně – Ukázalo se, že extrakce vanilinem byla nejúčinnější pro sonuaci sondou pomocí 40% ethanolu (v / v) při okolní teplotě 30 °C a době extrakce 1 hodina. Extrakce ve vodní lázni vyžadovala 50% koncentraci etanolu (v/v) při teplotě 56 °C po dobu 15 hodin.
UIP4000hdT – Ultrazvukový extraktor o výkonu 4 kW pro kontinuální inline ošetření.
Ultrazvukové zařízení pro vysoce výkonnou extrakci
Hielscher Ultrasonics se specializuje na výrobu vysoce výkonných ultrazvukových procesorů pro výrobu vysoce kvalitních extraktů z botanických látek.
Široké portfolio produktů Hielscher sahá od malých, výkonných laboratorních ultrasonikátorů až po robustní stolní a plně průmyslové systémy, které poskytují ultrazvuk s vysokou intenzitou pro účinnou extrakci a izolaci bioaktivních látek (např. Quercetin, kofein, Kurkumin, Terpeny atd.). Všechny ultrazvukové přístroje od 200W k 16 000 W jsou vybaveny barevným displejem pro digitální ovládání, integrovanou SD kartou pro automatické nahrávání dat, dálkovým ovládáním prohlížeče a mnoha dalšími uživatelsky přívětivými funkcemi. Sonotrody a průtočné cely (části, které jsou v kontaktu s médiem) lze autoklávovat a snadno se čistí. Všechny naše ultrasonicators jsou konstruovány pro provoz 24/7, vyžadují nízkou údržbu a jejich provoz je snadný a bezpečný.
Digitální barevný displej umožňuje uživatelsky přívětivé ovládání ultrasonicatoru. Naše systémy jsou schopny dodávat od nízkých až po velmi vysoké amplitudy. Pro extrakci polyfenolů a dalších bioaktivních sloučenin, jako je vanilin, nabízíme speciální ultrazvukové sonotrody (známé také jako ultrazvukové sondy nebo rohy), které jsou optimalizovány pro citlivou izolaci vysoce kvalitních účinných látek. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Přesné řízení ultrazvukových procesních parametrů zajišťuje reprodukovatelnost a standardizaci procesu.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Vysoce výkonné ultrazvukové procesory od laboratorního po pilotní a průmyslové měřítko.
Literatura/Odkazy
- Velez Suaza, Catalina (2016): Optimalizace analytického přístupu založeného na vysokoúčinné kapalinové chromatografii pro charakterizaci přírodního vanilkového extraktu. Diplomová práce, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Extrakce vanilinu z vanilkových lusků: Srovnávací studie konvenční extrakce za asistence soxhletu a ultrazvuku. Časopis potravinářského inženýrství 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Vylepšená extrakce vanilinu 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehydu z naložených vanilkových lusků pomocí ultrazvukové extrakce: Srovnání extrakce ultrazvukem a horké vodní lázně.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ultrazvuková technologie pro extrakci biologicky aktivních molekul z rostlinných, živočišných a mořských zdrojů. TrAC Trendy v analytické chemii, svazek 122, 2020.
Fakta, která stojí za to vědět
Princip činnosti ultrazvukové extrakce
Aplikace intenzivních ultrazvukových vln na kapalné médium má za následek kavitaci. Fenomén kavitace vede lokálně k extrémním teplotám, tlakům, rychlostem ohřevu/chlazení, tlakovým rozdílům a vysokým smykovým silám v médiu. Když kavitační bubliny implodují na povrchu pevných látek (jako jsou částice, rostlinné buňky, tkáně atd.), mikrotrysky a interpartikulární srážky generují efekty, jako je odlupování povrchu, eroze a rozpad částic. Imploze kavitačních bublin v kapalných médiích navíc vytváří makroturbulence a mikromíchání.
Obr. 1: Tvorba stabilních a přechodných kavitačních bublin.
(a) posunutí, (b) přechodná kavitace, (c) stabilní kavitace, (d) tlak
[převzato z Santos et al. 2009]
Ultrazvuková iradice rostlinného materiálu fragmentuje matrici rostlinných buněk a zvyšuje její hydrataci. Chemat a kol. (2015) dospěli k závěru, že ultrazvuková extrakce bioaktivních sloučenin z rostlin je výsledkem různých nezávislých nebo kombinovaných mechanismů, včetně fragmentace, eroze, kapilarity, detexturace a sonoporace. Tyto účinky narušují buněčnou stěnu, zlepšují přenos hmoty tím, že tlačí rozpouštědlo do buňky a odsávají rozpouštědlo naložené fytosloučeninami, a zajišťují pohyb kapaliny mikromícháním.
Ultrazvuková extrakce z rostlinných buněk: mikroskopický příčný řez (TS) ukazuje mechanismus účinku při ultrazvukové extrakci z buněk (zvětšení 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvuková extrakce dosahuje velmi rychlé izolace sloučenin - překonává konvenční metody extrakce v kratší době procesu, vyšším výtěžku a při nižších teplotách. Jako mírné mechanické ošetření se ultrazvukem asistovaná extrakce vyhýbá tepelné degradaci bioaktivních složek a vyniká ve srovnání s jinými technikami, jako je konvenční extrakce rozpouštědlem, Hydrodestilacenebo Soxhlet extrakce, o kterých je známo, že ničí molekuly citlivé na teplo. Vzhledem k těmto výhodám je ultrazvuková extrakce preferovanou technikou pro uvolňování bioaktivních sloučenin citlivých na teplotu z botanických látek.
vanilin
Vanilka je ceněná chuť, kterou lze extrahovat z orchidejí rodu Vanilla, především z mexického druhu, vanilky plocholisté (V. planifolia). Jedinečně ochucené sloučeniny vanilkové orchideje se nacházejí v jejích plodech, které jsou výsledkem opylení květu. Tyto semenné lusky jsou zhruba 1/3 x 6 palců, po dozrání mají hnědočervenou až černou barvu. Uvnitř těchto lusků je olejovitá tekutina plná drobných semínek. Lusk i semena se používají k výrobě vanilinu.
Ačkoli je vanilin primární aromatickou sloučeninou ve vanilkové rostlině, čistý vanilkový extrakt obsahuje několik stovek dalších chuťových sloučenin, které přispívají k jeho komplexní a hluboké chuti.
Vanilková esence se vyskytuje ve dvou formách, a to skutečná vanilinová esence z vanilkového semínka a průmyslově syntetizovaný vanilin. Skutečný extrakt ze semen je složitá směs několika stovek různých sloučenin. Chemická sloučenina vanilin – 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyd – je hlavním přispěvatelem k charakteristické chuti a vůni pravé vanilky a je hlavní chuťovou složkou sušených vanilkových lusků. Kromě vanilinu mohou ke komplexnímu aroma vanilky přispívat další chemické sloučeniny, jako je acetaldehyd, kyselina octová, furfural, kyselina hexanová, 4-hydroxybenzaldehyd, eugenol, methylcinnamát a kyselina isomáselná.
Vanilkové kultivary
Bourbonská vanilka neboli bourbonsko-madagaskarská vanilka se vyrábí z rostlin V. planifolia, které rostou na ostrovech v Indickém oceánu, jako je Madagaskar, Komory a Réunion, dříve nazývaný Île Bourbon. Termín “Bourbonská vanilka” popisuje také výrazné vanilkové aroma získané z V. planifolia.
Mexická vanilka, extrahovaná z původní V. planifolia, se vyrábí v mnohem menším množství. Mexická vanilka je známá a prodávaná jako vanilka ze země svého původu, protože rostlina V. planifolia pochází z Mezoameriky.
Tahitská vanilka pochází z Francouzské Polynésie a vyrábí se z rostliny V. tahitiensis. Genetická analýza ukazuje, že tento druh je možná kultivarem z křížence V. planifolia a V. odorata.
Západoindická vanilka se vyrábí z V. pompona, která se pěstuje v Karibiku a Střední a Jižní Americe.