Ultraheli vanilliiniekstraktsioon – mittetermiline meetod
- Vanilliiniekstrakt on maitselahus, mis on ekstraheeritud vaniljekauntest etanooli ja vee lahuses.
- Kvaliteetse vanilliini tootmiseks aroomi-, maitse- ja lõhnakomponendina on lagunemise vältimiseks vaja tõhusat, kuid õrna ekstraktsioonitehnikat.
- Ultraheliekstraktsioon on õrn mehaaniline ekstraktsioonimeetod, mis annab väga lühikese ekstraktsiooniajaga suure vanilliinisaagise.
Suure jõudlusega ultraheli kvaliteetsete vanilliiniekstraktide tootmiseks
Safrani järel on vanilje suuruselt teine kallis vürts, mistõttu nõuab vanilje tootmine tõhusat ekstraktsioonimeetodit, mis hoiab ära väärtuslike eeterlike õlide lagunemise. Ultraheliekstraktsioon on tuntud ja väljakujunenud õrna, mittetermilise, ent väga tõhusa meetodina bioaktiivsete ühendite vabastamiseks taimsest materjalist. Ultraheliekstraktsioon põhineb akustilise kavitatsiooni nähtusel, mis on puhtalt mehaaniline töötlus. See teeb ultraheli töötluse (sonikeerimise) eelistatud meetodiks tundlike bioaktiivsete ühendite, näiteks maitseühendite ja eeterlike õlide, nt vanilliini, polüfenoolide või antioksüdantide eraldamiseks taimsest toorainest.
Ultraheli vanilliiniekstraktsiooni eelised
- Suurepärane saagis
- Kiire ekstraktsioon – mõne minutiga
- Kvaliteetsed ekstraktid – õrn, mittetermiline
- Rohelised lahustid (nt vesi/etanool)
- Kulutõhus
- Lihtne ja ohutu kasutada
- Madalad investeerimis- ja töökulud
- 24/7 töö suure koormuse all
- Roheline, keskkonnasõbralik meetod
Ultraheli vanilliiniekstraktsioon – partii- või pideva vooluga režiimis
Partiiviis: Ultraheliekstraktsiooni protsesse saab läbi viia lihtsate partiiprotsessidena või in-line töötlusena, kus keskkonda juhitakse pidevalt läbi ultraheli läbivoolureaktori.
Partiitöötlus on lihtne protseduur, kus ekstraktsioon tehakse partii kaupa. Hielscher Ultrasonics pakub ultraheliprotsessoreid väikeste kuni suurte partiide jaoks, st 1L kuni 120L.
5 kuni 10L partiide töötlemiseks soovitame mudelit UP400ST (400W, video allpool) koos sonotroodiga S24d22L2D.
Ligikaudu 120L partiide töötlemiseks soovitame mudelit UIP2000hdT (2kW, pilt parempoolses veerus üleval) koos sonotroodiga RS4d40L4.
Sonikaator UIP2000hdT taimsete toorainete ekstraktsiooniks 120L partiis
Taimsete toorainete ultraheliekstraktsioon ultraheli sonikaatoriga UP400St
Umbes 8L/min. läbiva mahu jaoks soovitame mudelit UIP4000hdT (4kW, pilt paremal) koos sonotroodiga RS4d40L3 ja survestatava läbivoolukambriga FC130L4-3G0
Ultraheli vanilliiniekstraktsiooni juhtumiuuring
Jadhav et al. (2009) võrdlesid ultrahelitoetatud ekstraktsiooni (UAE) ja Soxhleti ekstraktsiooni. Uuring kinnitas, et ultraheliekstraktsioon intensiivistab vanilliini vabanemist Soxhleti ekstraktsiooniga võrreldes oluliselt. Soxhleti töötlus nõudis töötemperatuuri 95°C, lahusti ja lahustuva aine suhet 66,67ml/g ning ekstraktsiooniaega 8hrs, mille tulemusel vabanes ligikaudu 180ppm vanilliini. Ultrahelitoetatud ekstraktsioon (UAE) nõudis ligikaudu 140ppm vanilliini vabastamiseks sama lahusti ja lahustuva aine suhte juures toatemperatuuril vaid 1hr.
Rasoamandrary et al. (2013) võrdlesid vanilliini ekstraktsiooni tõhusust, kasutades 100W sondtüüpi sonikaatorit (nt UP100H), ultraheli vanni ja kuumaveevanni. Teadlased jõudsid järeldusele, et sondtüüpi ultraheli töötlusseade (sonikaator) on oma suure intensiivsusega ultraheli tõttu võimas ekstraheerimisvahend. Seetõttu edestas sondtüüpi sonikaator alternatiivseid ekstraheerimismeetodeid, andes sarnase/või suurema vaniliini saagise oluliselt lühema ekstraheerimisaja ja väiksema lahustitarbimise (st etanooli) juures.
Kolme ekstraheerimismeetodi – ultraheli sond, ultraheli vann, kuumaveevanni ekstraheerimine – võrdlus näitas, et vaniliini ekstraheerimine oli kõige tõhusam sondsonikeerimisel, kasutades 40% etanooli (v/v) ümbritseval temperatuuril 30°C ja ekstraheerimisajaga 1hr. Veevanniga ekstraheerimine nõudis 50% etanooli (v/v) kontsentratsiooni temperatuuril 56°C 15hrs jooksul.
UIP4000hdT – 4kW ultraheli ekstraktor pidevaks voolusiseseks töötluseks.
Ultraheliseadmed suure jõudlusega ekstraheerimiseks
Hielscher Ultrasonics on spetsialiseerunud suure jõudlusega ultraheliprotsessorite tootmisele kvaliteetsete taimeekstraktide valmistamiseks.
Hielscheri lai tootevalik ulatub väikestest võimsatest laborisonikaatoritest töökindlate töölauaseadmete ja täielikult tööstuslike süsteemideni, mis annavad suure intensiivsusega ultraheli bioaktiivsete ainete tõhusaks ekstraheerimiseks ja isoleerimiseks (nt kvertsetiin, kofeiin, kurkumiin, terpeenid jne). Kõik ultraheliseadmed vahemikus 200W kuni 16 000W on varustatud värvilise ekraaniga digitaalseks juhtimiseks, integreeritud SD-kaardiga automaatseks andmete salvestamiseks, brauseri kaugjuhtimisega ja paljude muude kasutajasõbralike funktsioonidega. Sonotroode ja läbivoolukambreid (osad, mis puutuvad kokku töödeldava keskkonnaga) saab autoklaavida ja neid on lihtne puhastada. Kõik meie sonikaatorid on ehitatud 24/7 töörežiimiks, vajavad vähe hooldust ning on lihtsad ja ohutud kasutada.
Digitaalne värviline ekraan võimaldab sonikaatorit kasutajasõbralikult juhtida. Meie süsteemid suudavad anda amplituude madalatest kuni väga kõrgeteni. Polüfenoolide ja muude bioaktiivsete ühendite, näiteks vaniliini ekstraheerimiseks pakume spetsiaalseid ultraheli sonotroode (tuntud ka kui ultraheli sondid või hornid), mis on optimeeritud kvaliteetsete toimeainete õrnaks isoleerimiseks. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töörežiimi suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.
Ultraheliprotsessi parameetrite täpne juhtimine tagab korratavuse ja protsessi standardimise.
Allolev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 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 | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster seadmetest UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Suure võimsusega ultraheliprotsessorid laborist pilootmastaabini ja tööstusliku mastaabini.
Kirjandus/viited
- Velez Suaza, Catalina (2016): Kõrgefektiivsel vedelikkromatograafial põhineva analüütilise lähenemisviisi optimeerimine loodusliku vanilliekstrakti iseloomustamiseks. Thesis, Universitaria Lasallista, 2016.
- (2009): Vanilliini ekstraheerimine vaniljekaunadest: tavapärase soxhleti ja ultraheli abil ekstraheerimise võrdlusuuring. Toidutehnika ajakiri 93, 2009: 421–426.
- (2013): Vanilliini 4-hüdroksü-3-metoksübensaldehüüdi parem ekstraheerimine kuivatatud vaniljeubadest, kasutades ultraheli abil ekstraheerimist: ultraheli abil ja kuuma veevanni ekstraheerimise võrdlus.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ultraheli tehnoloogia bioloogiliselt aktiivsete molekulide ekstraheerimiseks taimsetest, loomsetest ja merelistest allikatest. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Volume 122, 2020.
Teadmisi, mida tasub teada
Ultraheliekstraktsiooni tööpõhimõte
Intensiivsete ultrahelilainete rakendamine vedelale keskkonnale põhjustab kavitatsiooni. Kavitatsiooni nähtus tekitab keskkonnas lokaalselt äärmuslikke temperatuure, rõhke, kuumutamis- ja jahutuskiirusi, rõhuerinevusi ning suuri nihkejõude. Kui kavitatsioonimullid kollapseeruvad tahkete osade (näiteks osakeste, taimerakkude, kudede jms) pinnal, tekitavad mikrojoad ja osakestevaheline kokkupõrge selliseid efekte nagu pinna koorumine, erosioon ja osakeste lagunemine. Lisaks tekitab kavitatsioonimullide kollapseerumine vedelas keskkonnas makroturbulentsi ja mikrosegunemist.
Joon. 1: Stabiilsete ja siirdeliste kavitatsioonimullide teke.
(a) nihe, (b) siirdeline kavitatsioon, (c) stabiilne kavitatsioon, (d) rõhk
[adapted from Santos et al. 2009]
Taimse materjali ultraheli kiiritamine killustab taimerakkude maatriksi ja suurendab selle hüdratatsiooni. Chemat et al (2015) jõuavad järeldusele, et bioaktiivsete ühendite ultraheliekstraktsioon taimsest toormest tuleneb erinevatest iseseisvatest või kombineeritud mehhanismidest, sealhulgas killustumisest, erosioonist, kapillaarsusest, detekstuuristumisest ja sonoporatsioonist. Need efektid lõhuvad rakuseina, parandavad massiülekannet, surudes lahusti rakku ja imedes fütoühenditega rikastatud lahusti välja, ning tagavad vedeliku liikumise mikrosegunemise kaudu.
Ultraheliekstraktsioon taimerakkudest: mikroskoopiline ristlõige (TS) näitab toimemehhanismi ultraheliekstraktsiooni ajal rakkudest (suurendus 2000x) [allikas: Vilkhu et al. 2011]
Ultraheliekstraktsioon tagab ühendite väga kiire eraldamise – ületades tavapäraseid ekstraktsioonimeetodeid lühema töötlusaja, suurema saagise ja madalamate temperatuuridega. Õrna mehaanilise töötlusena väldib ultraheliga toetatud ekstraktsioon bioaktiivsete komponentide termilist lagunemist ja on parem kui muud tehnikad, näiteks tavapärane lahustiekstraktsioon, hüdrodestillatsioon, või Soxhleti ekstraktsioon, mis teadaolevalt hävitavad kuumustundlikke molekule. Nende eeliste tõttu on ultraheliekstraktsioon eelistatud tehnika temperatuuritundlike bioaktiivsete ühendite vabastamiseks taimsest toormest.
Vanilliin
Vanill on hinnatud maitseaine, mida saab ekstraheerida vanilli perekonna (Vanilla) orhideedest, peamiselt Mehhiko liigist, lamedalehisest vanillist (V. planifolia). Vanilliorhidee ainulaadse maitsega ühendeid leidub selle viljas, mis tekib õie tolmeldumise tulemusel. Need seemnekaunad on ligikaudu 1/3 x 6 tolli, valmides pruunikaspunased kuni mustad. Kaunade sees on õline vedelik, mis on täis pisikesi seemneid. Vanilliini tootmiseks kasutatakse nii kauna kui ka seemneid.
Kuigi vanilliin on vanillitaime peamine maitseühend, sisaldab puhas vanilliekstrakt mitusada täiendavat maitseühendit, mis annavad sellele keerulise ja sügava maitse.
Vanilliessents esineb kahel kujul, nimelt vanillikaunast pärit ehtne vanilliiniessents ja tööstuslikult sünteesitud vanilliin. Ehtne kaunaekstrakt on mitmesaja erineva ühendi keeruline segu. Keemiline ühend vanilliin – 4-hüdroksü-3-metoksübensaldehüüd – annab suurima osa ehtsa vanilli iseloomulikust maitsest ja aroomist ning on kuivatatud vanillikaunade peamine maitsekomponent. Lisaks vanilliinile aitavad vanilli keerulisele aroomile kaasa paljud muud keemilised ühendid, näiteks atseetaldehüüd, äädikhape, furfuraal, heksaanhape, 4-hüdroksübensaldehüüd, eugenool, metüültsinnamaat ja isovoihape.
Vanilli sordid
Bourbon-vanilje ehk Bourbon-Madagaskari vanilje valmistatakse V. planifolia taimedest, mis kasvavad India ookeani saartel, nagu Madagaskar, Komoorid ja Réunion, mida varem nimetati Île Bourbon’iks. Termin „Bourbon-vanilje“ tähistab ka V. planifolia’st saadavat eripärast vanilli aroomi.
Mehhiko vanilje, mida ekstraheeritakse kohalikust V. planifolia’st, toodetakse palju väiksemates kogustes. Mehhiko vanilji tuntakse ja turustatakse selle päritolumaa vanilljena, sest V. planifolia taim on pärit Mesoameerikast.
Tahiti vanilje pärineb Prantsuse Polüneesiast ja seda toodetakse V. tahitiensis taimest. Geneetiline analüüs näitab, et see liik on võimalik, et V. planifolia ja V. odorata hübriidist pärinev kultivar.
Lääne-India vanilje valmistatakse V. pompona’st, mida kasvatatakse Kariibi mere piirkonnas ning Kesk- ja Lõuna-Ameerikas.