Maitseainete ultraheli abil tootmine

Maitsete ultraheliekstraktsioon on väga tõhus ja jätkusuutlik protsess, mis suurendab saagist ning lühendab oluliselt töötlusaega. Ohutuid rohelisi lahusteid kasutades pakub ultraheli tehnoloogia rohelist ekstraktsioonimeetodit parema energiatõhususega, muutes selle traditsiooniliste ekstraktsioonimeetodite keskkonnasõbralikuks alternatiiviks.

Taimsed ekstraktid – täiustatud sonikeerimisega

Ultraheliekstraktsioon on kommertsialiseeritud tehnika kvaliteetsete ekstraktide tootmiseks toidu- ja joogitööstuse, farmaatsiatööstuse ning kosmeetikatööstuse jaoks.
„Ultraheli abil saab täielikke ekstraktsioone nüüd lõpule viia minutitega ja suure korratavusega, vähendades lahusti tarbimist, lihtsustades käsitsemist ja järeltöötlust, andes lõpptootele suurema puhtuse, kõrvaldades reovee järeltöötluse ning tarbides vaid murdosa fossiilsest energiast, mida tavaliselt vajab tavapärane ekstraktsioonimeetod, näiteks Soxhleti ekstraktsioon, maseratsioon või Clevengeri destillatsioon. Mitmeid toidukomponentide klasse, näiteks aroomaineid, pigmente, antioksüdante ning muid orgaanilisi ja mineraalseid ühendeid, on tõhusalt ekstraheeritud, analüüsitud ja formuleeritud paljudest maatriksitest (peamiselt loomsetest kudedest, mikrovetikatest, pärmidest, toidust ja taimsetest materjalidest).“ [Chemat et al. 2017]

Ultraheliekstraktsiooni kasutatakse taimse materjali isolaatide valmistamiseks. Video näitab maitseühendite tõhusat ekstraheerimist tšillihelvestest seadmega UP200Ht.

Turuliidrina on Hielscher Ultrasonics kogunud laiaulatusliku teadmistebaasi ultraheliekstraktsiooniprotsesside kohta, sealhulgas vürtside, ürtide, lillede, puuviljade ja köögiviljade ekstraheerimise kohta maitseainete ja lõhnaainete tootmiseks. Hielscher Ultrasonics on omandanud põhjalikud teadmised mitmesuguste taimsete materjalide ekstraheerimisel, näiteks kohv, safran, viinamarjad (vein), tamm, teelehed, lavendel, münt, stevia, tšillipipar, vanill, kakao, boldolehed, ja paljud teised.
Ultraheliekstraktsiooni protsesse saab teostada peaaegu kõigi lahustitega, näiteks vesi, alkohol, vesilahuslik etanool, glütseriin, õlid, isopropanool, heksaan, benseen jne.
Maitseainete, lõhnaainete ja toimeainete tootmisel, mida kasutatakse koostisosadena toidu- ja joogitööstuses, farmaatsiatööstuses, kosmeetikatööstuses ning parfüümitööstuses, on ohutute roheliste lahustite, näiteks vee ja alkoholi kasutamine suur eelis.

Ultraheliekstraktsiooni vormid:

Sonikeerimine
Termosonikeerimine
Manosonikeerimine
Termomanosonikeerimine
Ultraheli Soxhlet (Sono-Soxhet)
Ultraheli ülekriitiline ekstraktsioon

Ultraheli meetod annab parema ekstraktsiooni võrreldes enamiku tavapäraste ekstraktsiooniprotsessidega, nt maseratsiooniga, mis puudutab protsessi aega, suuremat saagist, suuremat energiasäästu, puhtust, ohutust ja toote kvaliteeti. Eriti toidu, joogi ning farmaatsia- ja kosmeetikalisandite tootmisel on roheline ultraheliekstraktsioonitehnika suur eelis toote ohutuse seisukohast.

Läbipaistvad maitseemulsioonid

Emulsioonid on levinud lisandid toidu ja jookide funktsionaliseerimiseks maitse, toiteväärtuse ja stabiilsuse osas. Eriti jookide koostamisel on selgus oluline tegur, kuna lõpptoode peab vastama mitte ainult kvaliteedi- ja toiteväärtusnõuetele, vaid ka optilistele nõuetele. Selgete jookide ja toitude puhul tähendab see, et emulsioonilisand ei tohiks segada soovitud lõppkvaliteedi eesmärki. Seetõttu on selge emulsiooni töötlemine lihtsam. Oma suuruse tõttu on nanoemulsioonid läbipaistvad ja poolläbipaistvad (vähemalt palja silmaga vaadates). Tänu oma suurele kineetilisele stabiilsusele, madalale viskoossusele, suurele läbipaistvusele ning suurele püsivusele sette tekke, kihistumise (kreemistumise), koalestsentsi ja flokulatsiooni suhtes kasutatakse neid laialdaselt koostisosadena.
Mida suurem on tilga- / osakeste suurus, seda suuremat läbipaistmatust see lõpptootele annab. Selgete jookide koostamisel annab parimaid tulemusi nanotilkadega selge emulsiooni kasutamine. Ultraheli emulgeerimine võimaldab toota W/O-, O/W-, pöördemulsioone ning ka kahe- või mitmekordseid W/O/W-emulsioone nanovahemikku jäävate tilkadega (nn miniemulsioonid, nanoemulsioonid, ülipeened emulsioonid või submikronemulsioonid). Tilga suurust saab ultraheli protsessiparameetrite abil reguleerida ja kontrollida. Hielscheri sonikaatoreid on võimalik täpselt juhtida, et saavutada optimaalsed ja reprodutseeritavad protsessitulemused.

MultiPhaseCavitatoriga on Hielscher välja töötanud ainulaadse läbivoolukambri lisaseadise, mis parandab ultraheli emulgeerimist veelgi.
Klõpsake siia, et lugeda lähemalt MultiPhaseCavitatori kohta!
Klõpsake siia, et lugeda lähemalt ultraheli emulgeerimise kohta!

Maitseainete kapseldamine ultraheli abil

Liposoomide kasutamine farmaatsia- ja toidutoodetes kasvab pidevalt. Liposoome saab kasutada aktiivsete molekulide, nt toitainete ja ravimite kandjatena. Ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) saab liposoome moodustada lipiid/vesi suspensiooni emulgeerimise teel või multilamellaarsete vesiikulite (MLV) sonikeerimisega. Ultraheli emulgeerimisprotsessi käigus lõhutakse lipiidide kaksikkihid väiksemateks fragmentideks, mille tükid moodustavad fosfolipiididest koosnevaid väikeseid unilamellaarseid vesiikuleid (SUV). Ultraheli töötluse (sonikeerimise) ajal saab toimeained liposoomidesse kapseldada.
Klõpsake siia, et lugeda lähemalt liposoomide ultraheliga tootmise kohta!

Ultraheli ekstraktsioonisüsteemid

Allolev tabel annab ülevaate meie kõige populaarsemate ultraheli ekstraktsioonisüsteemide ligikaudsest töötlemismahust:

Partii maht	Vooluhulk	Soovitatavad seadmed
10 kuni 2000mL	20 kuni 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 kuni 20L	0,2 kuni 4L/min	UIP2000hdT
10 kuni 100L	2 kuni 10L/min	UIP4000
n.a.	10 kuni 100L/min	UIP16000
n.a.	suurem	klaster seadmetest UIP16000

Ultraheli ülekriitiline ekstraktsioon

Ülekriitilise vedeliku ja ülekriitilise CO2 ekstraktsioon on maitse- ja lõhnaainete tootmisel üks olulisemaid ekstraktsioonitehnikaid.
Ülekriitiline süsinikdioksiid on selektiivne lahusti reguleeritava tihedusega. Selle selektiivsus ja lahustusvõime sõltuvad muutuvast tihedusest, mida saab mõjutada rõhu ja temperatuuriga.
Ülekriitilise ekstraktsiooni ühendamisel ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) on võimalik kasutada toidukvaliteediga lahusteid, näiteks alkoholi või vett, ning saavutada siiski kõrged ekstraktsioonimäärad ja suured saagised.
Kasutage allolevat vormi, et saada lisateavet meie ultraheli ekstraktsioonisüsteemide ja nende rakenduste kohta!

Vaadake allolevat videot, milles võrreldakse ultraheliekstraktsiooni ja tavapärast maatseratsiooni värskete teelehtede (ribwort) lehtede veega ekstraheerimisel. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) annab mõne sekundiga tugevatoimelise teelehe ekstrakti ning ka ekstrakti värvus viitab kvaliteedi erinevusele. Kui ultraheliekstrakt on sügavroheline, siis 20 päeva kestnud maatseratsiooniga saadud ekstrakt on pruunika värvusega, mis viitab bioaktiivsete ühendite oksüdatiivsele lagunemisele.

Selles lühivideos võrdleme ultraheliekstraktsiooni külmas vees sondiga ultraheliseadmega Hielscher UP200Ht ja traditsioonilist 20 päeva kestvat matseratsiooni. Kui tavapärane matseratsioon vajab värsketest süstlehise teelehe lehtedest bioaktiivsete ühendite ekstraheerimiseks nädalaid, siis sondiga ultraheliekstraktsioon vabastab need vaid sekunditega. Traditsioonilise matseratsiooni teel saadud ekstrakti võrdlemisel ultraheliekstraktiga on näha, et ultraheliga töödeldud ekstrakt on sügavroheline, samal ajal kui matseratsiooni teel saadud ekstraktil on pruunikas toon, mis viitab bioaktiivsete ühendite oksüdatiivsele lagunemisele. Süstlehise teelehe ultraheliekstrakti sügavroheline värvus näitab ultrahelitehnoloogia suuremat tõhusust täieliku ühendispektriga ekstrakti valmistamisel. Taimse materjali ultraheliekstraktsioon on kiirem ja tõhusam ning annab suurema toimeainesisaldusega ekstrakti. Väga tõhus ultraheliekstraktsioon seadmega UP200Ht annab täieliku ühendispektriga süstlehise teelehe ekstrakti.

Seotud teemad

Kirjandus / viited

Dent, M.; Dragović-Uzelac, V; Elez Garofulić, I.; Bosiljkov, T.; Ježek, D.; Brnčić, M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound-assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from Sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q., 29 (3), 2015. 475–484.
Djenni, Z.; Pingret, D.; Mason, T.J.; Chemat, F. (2013): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Anal. Methods 6, 2013. 1229-1233.
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 5750-5764.
Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
Šic Žlabur, J.; Voća, S.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Dujmić, F.; Rimac Brnčić, S. (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of functional ingredients from Stevia rebaudiana Bertoni leaves. Int. Agrophys. 29, 2015. 231-237.

Lisateavet ultraheliekstraheerimise kohta

Ultraheliekstraheerimine on tuntud ja töökindel meetod ekstraktide tootmiseks mitmesugusest taimsest toorainest. Suure võimsusega ultraheli suurendab massiülekannet tooraine ja lahusti vahel, surudes lahusti rakustruktuuri ja loputades selle sealt välja sagedusega ligikaudu 20 000 korda sekundis (sagedusel 20kHz). Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on osutunud väga õrnaks, kuid samas väga tõhusaks meetodiks – see annab suurema saagise ja kõrgema kvaliteediga ekstrakte lühema töötlusaja jooksul!
Järgmised materjalid on ultraheliga väga edukalt ekstraheeritud:
Vürtsid: safran, tšillipiprad (nt kapsaitsiin), ingver, kaneel, vanilliin / vanill, rosmariinhape, salvei, rosmariin, meran, basiilik jne.
Ravimtaimed: piparmünt, teed (nt must, roheline, Pai Mu Tan, jasmiin, rooibos, honeybush), rohemünt, stevia, kanep jne.
Lilled: lavendel, patšuli, ilang-ilang, roos jne.
Puu- ja köögiviljad: vein, viinamarjad / viinamarjaseemned, kohv, kakao, oliivid, apelsin / apelsinikoor, tomat, guaraanaseemned, õliseemned (mandlid, sojaoad, papaiaseemned, linaseemned, päevalill, rapsiseemned), granaatõunakoor, spinat, mooruspuu vili, juured jne.
Mikroorganismid: merevetikad, spirulina, mikrovetikad (Nannochloropsis spp mikrovetikad, Nannochloropsis oculata mikrovetikad, Dunaliella salina mikrovetikad), Synechococcus sp. tsüanobakterid, Xanthophyllomyces dendrorhous pärm, Trichosporon oleaginosisus pärm, õlisid sisaldav seen, Cordyceps sinensis seen

Ultraheli töötlusega saadavad sihtekstraktid on eeterlikud õlid, vitamiinid, lipiidid, valgud ja fütokompleksid, nagu fenoolid, antioksüdandid, polüsahhariidid, oleoresiinid, estrid, essentsid, valgu hüdrolüsaadid, aminohapped, saponiinid, flavonoidid, alkaloidid (nt morfiin, koodeiin, tebaiin), pigmendid / värvained (karotenoidid, klorofüll, fükotsüaniin), antotsüaniinid, limoneen, alantolaktoon, isoalantolaktoon ja muud toimeained.

Rohelisest ekstraheerimisest

Roheline ekstraheerimine keskendub keskkonnasõbralikele ja jätkusuutlikele meetoditele. Seetõttu on rohelise ekstraheerimise võtmetegurid protsessi energiatarbimise vähendamine, alternatiivsete lahustite ja taastuvate looduslike toorainete kasutamine. Eesmärk on tagada ohutu ja kvaliteetne ekstrakt. Ohutu ja kvaliteetse toote saamiseks on oluline kasutada alternatiivseid, ringlussevõetavaid ja ohutumaid lahusteid. Protsessi ja lõpptoodete üldise toksilisuse vähendamisel saavad tarbijad kasu tervislikumast ja ohutumast tootest ning tootjad loovad oma töötajatele ohutuma töökeskkonna.