Sonikering af vin – Innovative anvendelser af ultralyd i vingårde

Ultralyd er en ikke-termisk behandlingsmetode, som allerede er meget udbredt i fødevareindustrien på grund af dens milde anvendelse, men betydelige virkninger på produktet. For vingårdene tilbyder sonikering forskellige anvendelser, såsom ekstraktion af smagsstoffer, phenoler og farvestoffer, modning & ældning, egetræ samt afgasning.

Vin er en alkoholholdig drik, der oftest fremstilles af druer, men også af andre frugter (f.eks. æblevin, hyldebærvin) eller stivelsesbaserede materialer (f.eks. risvin, majsvin).
Vin er en yndet forbrugsvare, hvis produktion kræver en overdådig proces. At lave kvalitetsvine og vine af høj kvalitet er kendt som en tidskrævende og dermed omkostningstung forretning. Endelig er det i vinproducenternes interesse at fremskynde gæring (omdannelse til alkohol) og modning (for at give komplekse smage og aromaer) og samtidig producere en spiritus af høj kvalitet med den ønskede smag, bouquet, mundfornemmelse og farve.

Forskellige effekter af ultralyd i vinforarbejdning

Ultralyd anvendt på vin giver mange gavnlige effekter. De vigtigste anvendelser omfatter Intensivering af smag vinbuketten ved at udvinde de smagsrige bestanddele, såsom phenoler og aromater, egetræ, og fremskyndelsen af Modning & aldring.

Ekstraktion af aromatiske og phenoliske forbindelser fra druer

Ultralyd er et velkendt og gennemprøvet middel til ekstraktion af intracellulært plantemateriale og aromatiske forbindelser. Ultralydens mekaniske aktivitet understøtter diffusionen af opløsningsmidler i vævet. Da ultralyd bryder cellevæggen mekanisk af kavitationsforskydningskræfterne, letter det overførslen fra cellen til opløsningsmidlet. Partikelstørrelsesreduktionen ved ultralydskavitationen øger overfladearealet i kontakt mellem den faste og den flydende fase.
Druer er berømte og efterspurgte for deres rigdom på polyfenoler. Disse phenolforbindelser (såsom monomere flavanoler, dimeriske, trimeriske og polymere procyanidiner samt phenolsyrer) af druer er kendt for deres antiradikale og antioxidante egenskaber. Kemisk kan de adskilles i to underkategorier: flavonoiderne og ikke-flavonoiderne. De vigtigste flavonoider i vin er anthocyaniner og tanniner, som bidrager til farve, smag og mundfølelse. Blandt de ikke-flavonoider er stilbener såsom resveratrol og sure forbindelser, såsom benzoesyre, koffeinsyre og kanelsyre. Mest af alle disse phenolforbindelser er indeholdt i drueskallen og frøene. De intense ultralydskræfter er i stand til at udvinde de værdifulde ingredienser fra vindruekerner og hud effektivt.
I undersøgelsen af Cocito et al. (1995) er ultralydbehandling blevet vist som en hurtig, repeterbar og lineær proces til ekstraktion af aromaforbindelser i most og vin. De opnåede resultater af forbindelseskoncentrationerne ved ultralydsekstraktion var højere end resultaterne af C18-kolonneekstraktionen (harpiksekstraktion).
Sammenfattende fordelene ved ultralydsekstraktion er ultralyd et billigt, enkelt og effektivt alternativ til konventionelle ikke-termiske ekstraktionsmidler, såsom højt hydrostatisk tryk (HP), komprimeret kuldioxid (cCO2) og superkritisk kuldioxid (ScCO2) og høje elektriske feltimpulser (HELP). En yderligere fordel er, at ultralydsekstraktion – i modsætning til de ovennævnte alternativer – let kan testes i Lab eller bord-top skala. Disse forsøg giver reproducerbare resultater, så en efterfølgende opskalering ikke kræver yderligere indsats for at finde den optimale indstilling. Til fuld kommerciel produktion, pålidelig KRAFTIGE ULTRALYDAPPARATER Med op til 16.000 watt pr. Tillader sonikeringsbehandling af meget høje volumenstrømme.

Ultralydsassisteret ekstraktion til vinegetræ

Under egetræningsfasen kommer vinen i kontakt med tøndernes træ (traditionel egetræing) eller med tilsat træflis, træpinde/stave eller egetræspulver (alternativ egetræ). Det mest almindelige træ til egetræ (smagsstoffer) er – ifølge procedurens betegnelse – eg (quercus). Andre træsorter, der bruges sjældnere, er f.eks. kastanje, fyr, redwood, kirsebær eller akacie. Træets kemiske egenskaber bruges til at opnå dybtgående effekter med hensyn til vinens smag og bouquet. Phenolerne indeholdt i egetræet interagerer med vinproducerende smagsstoffer, såsom vanilje, karamel, fløde, krydderi eller jordagtige smagsstoffer. En meget vigtig effekt er ellagitanninerne (hydrolyserbar tannin), som er afledt af ligninstrukturer i træ, da de beskytter vinen mod oxidation og reduktion.
Ultralydsekstraktion er nyttig til stadiet med vin-egetræ på grund af det faktum, at indtrængning af væske i træstrukturen af pulver, chips, pinde eller stave vil blive forbedret af højtryks- og lavtrykscyklusser genereret af ultralyd. Da masseoverførslen derved øges iøjnefaldende, medfører dette en kortere egetræsperiode og højere resultater med hensyn til smagen. Hvis egepulver eller træsmagsdestillater (alternativ egetræ) påføres vinen, giver ultralydskræfterne en meget fin spredning af partiklerne eller dråberne i vinen for at forbedre overfladebefugtning og eksponering. Dette er meget vigtigt for at opnå en høj smag og mundfornemmelse og bidrager til kvaliteten af den alkoholiske drik. Det faktum, at tønning og lagring udgør en forlænget tids- og omkostningsfaktor i vinificering, gør ultralyd til en usædvanlig interessant behandlingsmetode, da Hielscher ultralydsenheder overbeviser med lave investeringsomkostninger, nem implementering og en fremragende energieffektivitet.

Ultralydsassisteret deagglomerering under vinlagring

Under den traditionelle tidskrævende lagringsproces af vin forekommer reaktioner af forskellige molekyler i vinen. Det betyder, at molekylerne ændrer sig i overensstemmelse med interaktionen mellem hinanden. Tiden og resultatet af denne molekylære ændring afhænger af ingredienserne i vinen og dens miljø. Almindeligvis er det godkendt, at alkohol dispergeres i spiritus, men det betyder ikke, at der opnås en blanding af molekyler. Som i vin naturligt kun lav energi til reaktioner – Da binding og blanding – er tilgængelig, vil graden af naturlige ændringer for det meste være ufuldført. Mens ingredienserne har en tendens til at interagere, binde og ændre molekylære egenskaber, kan de ikke realisere en absolut interaktion, konvertering eller binding på molekylært niveau på grund af lav energi til stede.
Da vin sonikeres (hvilket betyder en tilførsel af energi til væsken), tilbyder ingredienserne en mere ensartet og ensartet dispersionsgrad. Ved sonikering bliver vin en homogen væske med en forlænget holdbarhed på meget kort behandlingstid. Homogeniteten tillader en højere interaktion mellem molekylerne og dermed en mere komplet molekylær ændring. Det betyder en forbedring af smag og kvalitet.

Dispersion: Forud for aftapning behandles de fleste vine med tilsætningsstoffer, såsom konserveringsmidler (f.eks. kaliumbisulfat, natriumbisulfat), rensemidler, farvepulvere og yderligere klaringsmidler og forbedringsmidler. Disse tilsætningsstoffer bruges til at undgå for tidlig bruning og fordærv, til at forbedre vinkvaliteten, til at eliminere mangler eller til at understøtte gæringsprocessen. Ved ultralydbehandling kan disse tilsætningsstoffer spredes meget konsekvent i vinen, så der opnås højere resultater af behandlingen. Dette fører til sidst til højere kvalitet og bedre smag – enhver vinavlers indsats.

Ultralydsekstraktion af aktive forbindelser

Vin har en bred vifte af sundhedsgavnlige aktive forbindelser såsom tanniner, phenoler, flavonoider og andre, som er værdifulde ingredienser, der anvendes i medicinal-, fødevare- og kosmetikindustrien.
Læs mere om udvinding af fytokemikalier som polyfenoler, anthocyanidiner, proanthocyanidin og andre bioaktive forbindelser fra druer og druebiprodukter!

Excursus

Lagring af risvin og majsvin: Chang et al. (2002) fandt i deres undersøgelse af risvin og majsvin, at aldringsvirkningerne af sonikering af vin afhænger af typen af vin. Det samme var ultralydslagringen af risvin med hensyn til pH-værdi, alkoholindhold, acetaldehyd, smag og sensoriske kvaliteter betydeligt bedre end ultralydsassisteret lagring af majsvin. For både risvinen og majsvinen blev lagringstiden reduceret betydeligt (fra 1 år til 1 uge eller 3 dage).

industrielle ultralydapparater med gennemstrømningsreaktorer til sonikering af vin og saft.

Hielscher's ultralydsprocessorer

Hielscher er den førende leverandør af højkvalitets og højtydende ultralydsenheder. Ultralydsenheder fremstillet af Hielscher bruges til laboratorieprøver, pilotskalabehandling eller fuldskalaproduktion i mangfoldige områder af industri og forskning. For perfekt ydeevne og justering til hver proces tilbyder Hielscher en bred vifte af ultralydsenheder til sonikering af ethvert væskevolumen, fra flere mikroliter gennem hundredvis af kubikmeter i timen. Ultralydsenhederne kan let testes for deres proceseffektivitet i mindre skala. Typisk er UIP1000hd (1kW) bruges til procesudvikling for flowhastigheder fra 0,5L til 1000L i timen. I denne skala kan behandlingseffektiviteten optimeres ved at variere amplitude, tryk og flowhastighed. Installation eller eftermontering af et ultralydssystem i en produktionslinje samt drift og vedligeholdelse er enkel og uden problemer.

Ultralyd i væsker

Ultralyd med høj effekt genererer Kavitation i væsker. Under implosionen af kavitationsboblerne vises lokalt ekstremt høje kræfter: i det kavitationelle "hot spot" nås meget høje temperaturer (ca. 5.000K) og tryk (ca. 2.000atm). Implosionen af kavitationsboblen resulterer også i væskestråler med en hastighed på op til 280 m/s. Når disse intense kræfter går ind i væsken, forårsager de forskellige virkninger. I en alkoholisk væske forårsager ultralydbehandling en acceleration af oxidation, polymerisation og kondensation af alkohol, aldehyder, estere og olefiner for at opbygge nye forbindelser, der skaber mere og bedre smag og buket.
Som de mest interessante ultralydsapplikationer til vinfremstilling (vinificering), især ultralydsassisteret Ekstraktion, bymæssige områder og dispersion skal navngives. Disse påvirkninger gør sonikering til en så effektiv forarbejdningsmetode til vin og andre drikkevarer.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: