Υπερήχων εκχύλιση βανίλιας – Μια μη θερμική μέθοδος
- Το εκχύλισμα βανίλιας είναι ένα αρωματικό διάλυμα που εξάγεται από λοβούς βανίλιας σε διάλυμα αιθανόλης και νερού.
- Για την παραγωγή βανιλλίνης υψηλής ποιότητας ως συστατικό αρώματος, γεύσης και αρώματος, απαιτείται μια αποτελεσματική, αλλά ήπια τεχνική εκχύλισης για την πρόληψη της αποσύνθεσης.
- Υπερήχων εκχύλιση είναι μια ήπια μηχανική μέθοδος εκχύλισης, η οποία δίνει υψηλές αποδόσεις της βανιλλίνης σε πολύ σύντομο χρόνο εκχύλισης.
Υπερήχων υψηλής απόδοσης για υψηλής ποιότητας εκχυλίσματα βανιλίνης
Ως το δεύτερο πιο ακριβό μπαχαρικό μετά το σαφράν, η παραγωγή βανίλιας απαιτεί μια αποτελεσματική μέθοδο εκχύλισης, η οποία αποτρέπει την υποβάθμιση των πολύτιμων αιθέριων ελαίων. Υπερήχων εκχύλιση είναι γνωστή και καθιερωμένη ως μια ήπια, μη θερμική, αλλά εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος για την απελευθέρωση βιοδραστικών ενώσεων από φυτικό υλικό. Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης, η οποία είναι μια καθαρά μηχανική θεραπεία. Αυτό καθιστά κατεργασία με υπερήχους την προτιμώμενη μέθοδο για την απομόνωση ευαίσθητων βιοδραστικών ενώσεων όπως αρωματικές ενώσεις και αιθέρια έλαια, π.χ. βανιλίνη, πολυφαινόλες, ή αντιοξειδωτικά από βότανα.
Πλεονεκτήματα της εκχύλισης βανίλιας υπερήχων
- Ανώτερη απόδοση
- Εκχύλιση υψηλής ταχύτητας – μέσα σε λίγα λεπτά
- Υψηλής ποιότητας εκχυλίσματα – Ήπια, μη θερμική
- Πράσινοι διαλύτες (π.χ. νερό/αιθανόλη)
- Οικονομικά αποδοτική
- Εύκολη και ασφαλής λειτουργία
- Χαμηλό επενδυτικό και λειτουργικό κόστος
- 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία υπό βαρέως τύπου
- Πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος
Υπερήχων εκχύλιση βανίλιας – σε λειτουργία παρτίδας ή συνεχούς ροής
Δέσμη: Οι διαδικασίες εκχύλισης με υπερήχους μπορούν να λειτουργήσουν ως απλές διαδικασίες παρτίδας ή ως ενσωματωμένη θεραπεία, όπου το μέσο τροφοδοτείται συνεχώς μέσω ενός υπερηχητικού αντιδραστήρα ροής.
Η επεξεργασία παρτίδας είναι μια εύκολη διαδικασία, όπου η εκχύλιση εκτελείται παρτίδα με παρτίδα. Hielscher Υπέρηχοι προσφέρει υπερήχων επεξεργαστές για μικρές έως μεγάλες παρτίδες, δηλαδή 1L έως 120L.
Για την επεξεργασία παρτίδων από 5 έως 10L, συνιστούμε το UP400St (400W, βίντεο παρακάτω) με sonotrode S24d22L2D.
Για την επεξεργασία παρτίδων περίπου 120L, συνιστούμε το UIP2000hdT (2kW, εικ. δεξιά στήλη στην κορυφή) με sonotrode RS4d40L4.
Υπερήχων UIP2000hdT για βοτανική εκχύλιση σε παρτίδα 120L
Υπερήχων εκχύλιση των βοτάνων με υπερήχων UP400St
Για όγκο περίπου 8L/min., συνιστούμε το UIP4000hdT (4kW, εικ. δεξιά) με sonotrode RS4d40L3 και κυψελίδα ροής υπό πίεση FC130L4-3G0
Μελέτη περίπτωσης εκχύλισης βανίλιας υπερήχων
Jadhav et al. (2009) συνέκρινε υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση (ΗΑΕ) και Soxhlet εκχύλιση. Η έρευνα επιβεβαίωσε ότι η εκχύλιση με υπερήχους εντείνει σημαντικά την απελευθέρωση βανιλίνης σε σύγκριση με την εκχύλιση Soxhlet. Η επεξεργασία με Soxhlet απαιτούσε θερμοκρασία λειτουργίας 95°C, αναλογία διαλύτη/διαλελυμένης ουσίας 66,67ml/g και χρόνο εκχύλισης 8 ώρες είχε ως αποτέλεσμα απελευθέρωση περίπου 180ppm βανιλλίνης. Η εκχύλιση με υπερήχους (ΗΑΕ) απαιτούσε μόνο 1 ώρα για να απελευθερώσει περίπου 140ppm βανιλλίνη χρησιμοποιώντας την ίδια αναλογία διαλύτη: διαλυμένης ουσίας σε θερμοκρασία δωματίου.
Οι Rasoamandrary et al. (2013) συνέκριναν την αποτελεσματικότητα της εκχύλισης βανιλίνης χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό τύπο ανιχνευτή 100W (π.χ. UP100Η), ένα λουτρό υπερήχων και ένα λουτρό ζεστού νερού. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο υπερηχητικός τύπος καθετήρα είναι ένα ισχυρό εργαλείο εκχύλισης λόγω της υψηλής έντασης υπερήχων. Ως εκ τούτου, ο υπερηχητικός τύπος καθετήρα ξεπέρασε τις εναλλακτικές μεθόδους εκχύλισης δίνοντας παρόμοιες / ή υψηλότερες αποδόσεις βανιλλίνης που εξάγονται σε σημαντικά μικρότερο χρόνο εκχύλισης και λιγότερη κατανάλωση διαλύτη (δηλαδή αιθανόλης).
Η σύγκριση των τριών μεθόδων εκχύλισης – Υπερήχων καθετήρα, λουτρό υπερήχων, εκχύλιση λουτρού ζεστού νερού – έδειξε ότι η εκχύλιση βανιλλίνης ήταν πιο αποτελεσματική για καθετήρα-υπερήχους χρησιμοποιώντας 40% αιθανόλη (v / v) σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 30 ° C και χρόνο εκχύλισης 1 ώρα. Η εκχύλιση με υδατόλουτρο απαιτούσε συγκέντρωση 50% αιθανόλης (v/v) στους 56°C για 15 ώρες.
UIP4000hdT – 4kW υπερήχων απαγωγέα για συνεχή ενσωματωμένη θεραπεία.
Υπερηχητικός εξοπλισμός για εκχύλιση υψηλής απόδοσης
Hielscher Υπέρηχοι ειδικεύεται στην κατασκευή υψηλής απόδοσης υπερήχων επεξεργαστές για την παραγωγή υψηλής ποιότητας εκχυλίσματα από βότανα.
Το ευρύ χαρτοφυλάκιο προϊόντων της Hielscher κυμαίνεται από μικρά, ισχυρά εργαστήρια υπερήχων σε ισχυρά πάγκο-top και πλήρως βιομηχανικά συστήματα, τα οποία παρέχουν υπερήχους υψηλής έντασης για την αποτελεσματική εκχύλιση και απομόνωση βιοδραστικών ουσιών (π.χ. κουερσετίνη, καφεΐνη, κουρκουμίνη, Τερπένια κ.λπ.). Όλες οι συσκευές υπερήχων από 200W προς 16.000 W διαθέτουν έγχρωμη οθόνη για ψηφιακό έλεγχο, ενσωματωμένη κάρτα SD για αυτόματη καταγραφή δεδομένων, τηλεχειριστήριο προγράμματος περιήγησης και πολλά άλλα φιλικά προς το χρήστη χαρακτηριστικά. Τα sonotrodes και τα κύτταρα ροής (τα μέρη, τα οποία έρχονται σε επαφή με το μέσο) μπορούν να είναι αυτόκλειστα και είναι εύκολο να καθαριστούν. Όλοι οι υπερήχων μας είναι κατασκευασμένοι για 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία, απαιτούν χαμηλή συντήρηση και είναι εύκολο και ασφαλές να λειτουργήσουν.
Μια ψηφιακή έγχρωμη οθόνη επιτρέπει έναν φιλικό προς το χρήστη έλεγχο του υπερήχων. Τα συστήματά μας είναι ικανά να παρέχουν από χαμηλά έως πολύ υψηλά πλάτη. Για την εκχύλιση πολυφαινολών και άλλων βιοδραστικών ενώσεων όπως η βανιλίνη, προσφέρουμε ειδικά υπερηχητικά sonotrodes (επίσης γνωστά ως υπερηχητικοί ανιχνευτές ή κέρατα) που βελτιστοποιούνται για τη λογική απομόνωση δραστικών ουσιών υψηλής ποιότητας. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων διαδικασίας υπερήχων εξασφαλίζει αναπαραγωγιμότητα και τυποποίηση της διαδικασίας.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Επεξεργαστές υπερήχων υψηλής ισχύος από εργαστήριο σε πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Velez Suaza, Catalina (2016): Βελτιστοποίηση αναλυτικής προσέγγισης βασισμένης σε υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης για τον χαρακτηρισμό ενός φυσικού εκχυλίσματος βανίλιας. Διπλωματική εργασία, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Εκχύλιση βανιλλίνης από λοβούς βανίλιας: Μια συγκριτική μελέτη συμβατικής εκχύλισης soxhlet και υπερήχων. Εφημερίδα της Μηχανικής Τροφίμων 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Βελτιωμένη εκχύλιση βανιλλίνης 4-υδροξυ-3-μεθοξυβενζαλδεΰδης από θεραπευμένους κόκκους βανίλιας χρησιμοποιώντας εκχύλιση με υπερήχους: Σύγκριση εκχύλισης με υπερήχους και λουτρού ζεστού νερού.
- Κ. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Τεχνολογία υπερήχων για την εκχύλιση βιολογικά ενεργών μορίων από φυτικές, ζωικές και θαλάσσιες πηγές. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Τόμος 122, 2020.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Η αρχή λειτουργίας της εκχύλισης με υπερήχους
Η εφαρμογή έντονων κυμάτων υπερήχων σε υγρό μέσο έχει ως αποτέλεσμα τη σπηλαίωση. Το φαινόμενο της σπηλαίωσης οδηγεί τοπικά σε ακραίες θερμοκρασίες, πιέσεις, ρυθμούς θέρμανσης/ψύξης, διαφορές πίεσης και υψηλές δυνάμεις διάτμησης στο μέσο. Όταν φυσαλίδες σπηλαίωσης εκρήγνυνται στην επιφάνεια των στερεών (όπως σωματίδια, φυτικά κύτταρα, ιστοί κ.λπ.), οι μικροπίδακες και η διατμηματική σύγκρουση δημιουργούν αποτελέσματα όπως επιφανειακό ξεφλούδισμα, διάβρωση και διάσπαση σωματιδίων. Επιπλέον, η κατάρρευση φυσαλίδων σπηλαίωσης σε υγρά μέσα δημιουργεί μακρο-αναταράξεις και μικρο-ανάμιξη.
Εικόνα 1: Δημιουργία σταθερών και παροδικών φυσαλίδων σπηλαίωσης.
α) μετατόπιση, β) παροδική σπηλαίωση, γ) σταθερή σπηλαίωση, δ) πίεση
[προσαρμοσμένο από Santos et al. 2009]
Υπερήχων irraditation του φυτικού υλικού θραύσματα τη μήτρα των φυτικών κυττάρων και ενισχύει την ενυδάτωση του ίδιου. Chemat et al (2015) καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η εκχύλιση με υπερήχους βιοδραστικών ενώσεων από βότανα είναι το αποτέλεσμα διαφορετικών ανεξάρτητων ή συνδυασμένων μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένου του κατακερματισμού, της διάβρωσης, της τριχοειδούς αγγείας, της αποδόμησης και της sonoporation. Αυτές οι επιδράσεις διαταράσσουν το κυτταρικό τοίχωμα, βελτιώνουν τη μεταφορά μάζας πιέζοντας τον διαλύτη μέσα στο κύτταρο και απορροφώντας τον φορτωμένο διαλύτη φυτο-ένωσης και εξασφαλίζουν την κίνηση του υγρού με μικρο-ανάμειξη.
Υπερήχων εκχύλιση από φυτικά κύτταρα: το μικροσκοπικό εγκάρσιο τμήμα (TS) δείχνει τον μηχανισμό των δράσεων κατά τη διάρκεια της εκχύλισης με υπερήχους από κύτταρα (μεγέθυνση 2000x) [πόρος: Vilkhu et al. 2011]
Υπερήχων εκχύλιση επιτυγχάνει μια πολύ γρήγορη απομόνωση των ενώσεων – ξεπερνώντας τις συμβατικές μεθόδους εκχύλισης σε μικρότερο χρόνο διαδικασίας, υψηλότερη απόδοση, και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Ως ήπια μηχανική επεξεργασία, η εκχύλιση με υπερήχους αποφεύγει τη θερμική υποβάθμιση των βιοδραστικών συστατικών και υπερέχει σε σύγκριση με άλλες τεχνικές όπως η συμβατική εκχύλιση με διαλύτη, υδροαπόσταξηή Σόξλετ εκχύλιση, τα οποία είναι γνωστό ότι καταστρέφουν θερμοευαίσθητα μόρια. Λόγω αυτών των πλεονεκτημάτων, η εκχύλιση με υπερήχους είναι η προτιμώμενη τεχνική για την απελευθέρωση ευαίσθητων στη θερμοκρασία βιοδραστικών ενώσεων από βότανα.
Βανιλίνης
Η βανίλια είναι μια πολύτιμη γεύση, η οποία μπορεί να εξαχθεί από ορχιδέες του γένους Βανίλια, κυρίως από το μεξικάνικο είδος, επίπεδη βανίλια (V. planifolia). Οι μοναδικά αρωματισμένες ενώσεις της ορχιδέας βανίλιας βρίσκονται στον καρπό της, ο οποίος προκύπτει από την επικονίαση του λουλουδιού. Αυτοί οι λοβοί σπόρων είναι περίπου 1/3 x 6 ίντσες, με καφετί κόκκινο έως μαύρο χρώμα όταν ωριμάσουν. Μέσα σε αυτούς τους λοβούς υπάρχει ένα ελαιώδες υγρό γεμάτο μικροσκοπικούς σπόρους. Τόσο ο λοβός όσο και οι σπόροι χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βανιλίνης.
Αν και η βανιλίνη είναι η κύρια αρωματική ένωση στο φυτό βανίλιας, το καθαρό εκχύλισμα βανίλιας περιέχει αρκετές εκατοντάδες πρόσθετες αρωματικές ενώσεις, οι οποίες συμβάλλουν στην πολύπλοκη, βαθιά γεύση του.
Η ουσία βανίλιας εμφανίζεται σε δύο μορφές, δηλαδή πραγματική ουσία βανιλλίνης από τον σπόρο βανίλιας και βιομηχανικά συντεθειμένη βανιλίνη. Το πραγματικό εκχύλισμα seedpod είναι ένα πολύπλοκο μείγμα αρκετών εκατοντάδων διαφορετικών ενώσεων. Η χημική ένωση βανιλίνη – 4-υδροξυ-3-μεθοξυβενζαλδεΰδη – είναι ο κύριος συντελεστής στη χαρακτηριστική γεύση και το άρωμα της πραγματικής βανίλιας και είναι το κύριο συστατικό γεύσης των ωριμασμένων φασολιών βανίλιας. Εκτός από τη βανιλίνη, άλλες χημικές ενώσεις όπως ακεταλδεΰδη, οξικό οξύ, φουρφουράλη, εξανοϊκό οξύ, 4-υδροξυβενζαλδεΰδη, ευγενόλη, κινναμικό μεθύλιο και ισοβουτυρικό οξύ συμβάλλουν στο πολύπλοκο άρωμα της βανίλιας.
Ποικιλίες βανίλιας
Η βανίλια Bourbon ή η βανίλια Bourbon-Madagascar παράγεται από φυτά V. planifolia, τα οποία αναπτύσσονται σε νησιά του Ινδικού Ωκεανού όπως η Μαδαγασκάρη, οι Κομόρες και η Ρεϋνιόν, που παλαιότερα ονομαζόταν Île Bourbon. Ο όρος “Βανίλια μπέρμπον” περιγράφει επίσης το διακριτικό άρωμα βανίλιας που προέρχεται από το V. planifolia.
Η μεξικάνικη βανίλια, που εξάγεται από το εγγενές V. planifolia, παράγεται σε πολύ μικρότερες ποσότητες. Η μεξικάνικη βανίλια είναι γνωστή και διατίθεται στο εμπόριο ως βανίλια από τη γη προέλευσής της, δεδομένου ότι το φυτό V. planifolia είναι εγγενές στη Μεσοαμερική.
Η βανίλια της Ταϊτής προέρχεται από τη Γαλλική Πολυνησία, που παράγεται από το φυτό V. tahitiensis. Η γενετική ανάλυση δείχνει ότι αυτό το είδος είναι πιθανώς μια ποικιλία από ένα υβρίδιο των V. planifolia και V. odorata.
Η βανίλια της Δυτικής Ινδίας παρασκευάζεται από V. pompona, η οποία καλλιεργείται στην Καραϊβική και την Κεντρική και Νότια Αμερική.