کهنه‌سازی و طعم‌دهی شراب با چوب بلوط به کمک فراصوت
کهنه‌سازی و طعم‌دهی با چوب بلوط نقش بسزایی در طعم و کیفیت نهایی شراب دارند. هر دو فرایند زمان‌بر هستند و فرایند رسیدن شراب اغلب چندین سال طول می‌کشد. فراصوت فناوری بسیار مؤثر و سریعی است که رسیدن شراب را تشدید می‌کند و فرایندهایی مانند استخراج ترکیبات بلوط، ریزاکسیژن‌رسانی و فرایندهای شیمیایی (مانند پلیمریزاسیون) را به‌طور چشمگیری شتاب می‌بخشد. با فراصوت‌دهی می‌توان شراب‌های جوان را ظرف چند دقیقه کهنه کرد و به شراب‌های رسیده‌ای تبدیل کرد که مجموعه رایحه‌های حاصل از چندین سال کهنه‌سازی در بشکه‌های بلوط را دارند.
ایجاد طعم‌های حاصل از بلوط در شراب با استخراج فراصوتی
ترکیبات فنولی مرتبط با گسی و ترکیبات معطر که هر دو از چوب بلوط منشأ می‌گیرند، هنگام فراصوت‌دهی شراب در طول کهنه‌سازی، با سرعت بسیار زیادی منتقل می‌شوند. فراصوت زمان استخراج ترکیبات بلوط را به چند دقیقه کاهش داده است – در مقایسه با چندین سال کهنه‌سازی سنتی شراب در بشکه.
طعم‌دهی شراب با چوب بلوط به کمک فراصوت
برای تشدید طعم‌دهی با چوب بلوط، تراشه‌ها یا تخته‌های بلوط در شراب تحت فراصوت‌دهی قرار می‌گیرند. امواج فراصوت دیواره‌های سلولی ماده چوبی را باز و تخریب می‌کنند؛ در نتیجه، ترکیبات درون‌سلولی مانند تانن‌ها، فنول‌ها، furones، لاکتون‌ها و غیره به‌واسطه کاویتاسیون فراصوتی در شراب آزاد می‌شوند. از آنجا که نوسان فراصوتی و کاویتاسیون آشفتگی شدید و ریزجریان ایجاد می‌کنند، انتقال جرم میان درون سلول و حلال پیرامون آن به‌شدت افزایش می‌یابد و زیست‌مولکول‌ها (یعنی ترکیبات رایحه‌زا) با کارایی بالا و به‌سرعت آزاد می‌شوند. چون فراصوت‌دهی یک تیمار کاملاً مکانیکی است، هیچ ماده شیمیایی به شراب اضافه نمی‌کند.
مقایسه کیفیت شراب در کهنه‌سازی سنتی و کهنه‌سازی فراصوتی. شراب کهنه‌شده با فراصوت به‌طور چشمگیری سریع‌تر به اوج کیفیت خود می‌رسد.
(نمودار: ©Yıldırım and Dündar, 2017، اقتباس‌شده از Leonhardt and Morabito, 2007).
فراصوت‌دهی می‌تواند شراب را ظرف چند دقیقه کهنه کند. فراصوت برای آغاز فرایندهای شیمیایی و تسریع انتقال ترکیبات حاصل از بلوط (مانند ترکیبات رایحه‌زا) از چوب به شراب به کار می‌رود.
فراصوت – صرفاً نیروهای مکانیکی
فراصوت با شدت بالا و فرکانس پایین شرایطی با چگالی انرژی بالا ایجاد می‌کند که با فشارها و دماهای بالا و نیروهای برشی زیاد همراه است. این نیروهای فیزیکی تخریب ساختارهای سلولی را تسهیل می‌کنند تا ترکیبات درون‌سلولی در محیط آزاد شوند. افزون بر این، فرایند کهنه‌سازی شراب به کمک فراصوت، ریزاکسیژن‌رسانی و فرایندهای اکسایش را تقویت می‌کند. بنابراین، فراصوت‌دهی کنترل‌شده می‌تواند بر واکنش‌های شیمیایی درون شراب تأثیر مثبت بگذارد. شراب‌های کهنه‌شده با فراصوت به‌طور چشمگیری سریع‌تر از شراب‌های کهنه‌شده به روش سنتی به اوج کیفیت خود می‌رسند. همچنین، شراب‌های کهنه‌شده با فراصوت ماندگاری بیشتری نشان می‌دهند؛ به‌طوری‌که شراب فراصوت‌دهی‌شده در مقایسه با فرایند استاندارد کهنه‌سازی، اوج کیفیت خود را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کند.
سازوکار تخریب دیواره سلولی: (a) شکستن دیواره سلولی بر اثر کاویتاسیون. (b) نفوذ حلال به درون ساختار سلولی.
(نمودار اقتباس‌شده از Shirsath et al., 2012)
مزایای کهنه‌سازی فراصوتی شراب نسبت به کهنه‌سازی در بشکه بلوط
استفاده از بشکه‌های بلوط روش رایج و سنتی کهنه‌سازی شراب است. در بشکه‌های بلوط، اکسایش به مقدار کم و در طول دوره طولانی نگهداری در بشکه رخ می‌دهد. دوره نگهداری شراب ممتاز اغلب چندین سال طول می‌کشد و از این رو فرایندی پرهزینه است. در طول رسیدن در بشکه‌های بلوط، رایحه‌های منحصربه‌فرد متعددی در شراب ایجاد می‌شود. گذشته از فرایند چندساله و طولانی رسیدن و اتلاف زمان ناشی از آن، خرید و نگهداری بشکه‌های بلوط نیز گران است. میکروارگانیسم‌های نامطلوب، مانند گونه‌های مخمر (از جمله Brettanomyces و Dekkera)، ممکن است بشکه‌های شراب را آلوده کنند. شراب فاسدشده بر اثر مخمر به طعم و بوی نامطلوب شناخته می‌شود.
به‌دلیل این معایب طعم‌دهی سنتی با چوب بلوط در بشکه، کهنه‌سازی و طعم‌دهی فراصوتی شراب با چوب بلوط جایگزینی مقرون‌به‌صرفه و از نظر علمی اثبات‌شده برای کهنه‌سازی سنتی در بشکه است. فراصوت‌دهی زمان رسیدن را کوتاه می‌کند و چندین عامل مؤثر بر کیفیت شراب را بهبود می‌بخشد. فراصوت‌دهی را می‌توان در مراحل مختلف شراب‌سازی، از جمله خیساندن، استخراج پلی‌فنول‌ها و همچنین کهنه‌سازی، رسیدن و طعم‌دهی با چوب بلوط به کار برد. مطالعات علمی و کاربردهای صنعتی، کارآمدی فراصوت‌دهی در شراب‌سازی را با بهبودهای عمده در کوتاه‌کردن دوره‌های کهنه‌سازی و تولید کارآمدتر شراب‌های باکیفیت اثبات می‌کنند.
رسیدن تسریع‌شده شراب با فراصوت: مطالعه Prof. Th. Kleinschmidt تغییر مطلوب رایحه 3-Methyl-1Butanol در شراب قرمز را هنگام فراصوت‌دهی در حضور تراشه‌های چوب American Blend نشان می‌دهد. (دستگاه فراصوت UIP2000hdT، دامنه 43µm، مساحت سطح سونوتْرود 9cm2)
نصب دستگاه فراصوت UIP4000hdT برای فرآوری صنعتی شراب با دبی‌های عبوری بالا.
مطالعات علمی درباره کهنه‌سازی فراصوتی شراب‌ها
شدت فراصوت یا چگالی انرژی آکوستیکی در سطحی نسبتاً متوسط می‌تواند استخراج و شستشوی سریع ترکیبات فنولی از تراشه‌های بلوط به درون شراب را تقویت کند و در نتیجه، بالقوه طعم و ارزش تغذیه‌ای شراب را در زمان رسیدنی به‌مراتب کوتاه‌تر افزایش دهد. افزون بر این، تیمار فراصوتی قادر است ترکیب شراب را به‌سرعت تغییر دهد؛ فرض می‌شود این امر ناشی از اثرات کاویتاسیون آکوستیکی باشد. بنابراین، تصور می‌شود چگالی بالای انرژی آکوستیکی تغییر فراصوتی ترکیب شراب را تقویت کند. (رجوع کنید به Yang et al., 2014)
اثرات مشابهی بر کهنه‌سازی سرکه شری با استفاده از تراشه‌های بلوط و فراصوت توسط Jiménez-Sánchez et al. (2020) گزارش شده است. فراصوت‌دهی زمان رسیدن را در مقایسه با رسیدن سنتی به‌طور چشمگیری کاهش داد.
آزادسازی فراصوتی ترکیبات رایحه‌زا از بلوط
Breniaux و همکاران اثرات فراصوت پرتوان برای تمیزکردن بشکه‌های بلوط شراب و آزادسازی متعاقب ترکیبات پلی‌فنولی و سایر ترکیبات را بررسی کردند؛ این آزادسازی زمانی بررسی شد که بشکه‌ها پس از تیمار برای کهنه‌سازی شراب استفاده شدند. پلی‌فنول‌ها و مواد شیمیایی گیاهی مانند الاژیتانن‌ها، لیگنین و پیش‌سازهای رایحه نقش بسزایی در رسیدن و طعم شراب دارند. به‌طور کلی، مطالعه نشان داد که تیمار فراصوتی در مدت‌زمان بسیار کوتاهی بازده بیشتری از پلی‌فنول‌ها و سایر ترکیبات زیست‌فعال فراهم می‌کند. برای نمونه، در تیمار فراصوتی، غلظت فورفورال پس از 8 ماه و 12 ماه کهنه‌سازی بیشتر بود و در مقایسه با تیمار جایگزین با بخار، افزایشی بین 18٫8 و 92٫6% داشت. برای 5-متیل‌فورفورال، غلظت در تیمار فراصوتی بشکه‌های 1 ساله (شراب با 12 ماه کهنه‌سازی) و بشکه‌های 2 ساله (شراب با 2، 8 و 12 ماه کهنه‌سازی) به‌طور چشمگیری بیشتر بود و بین 20٫5 و 97% افزایش داشت. در مورد دیاسترئوایزومرهای لاکتون ویسکی، مقدار ترانس‌لاکتون ویسکی در بشکه‌های 3 ساله تیمارشده با فراصوت به‌طور چشمگیری بیشتر بود: پس از 12 ماه کهنه‌سازی، غلظت آن در شراب برابر با 75٫2 ± 5٫6 μg/L بود که نشان‌دهنده افزایش 46٫9% در مقایسه با شراب کهنه‌شده در بشکه تیمارشده با بخار است. برای غلظت وانیلین و سیرینگ‌آلدهید نیز مقادیر اندازه‌گیری‌شده در شراب پس از تیمار فراصوتی به‌طور چشمگیری بیشتر بود. در مقایسه با تیمار بشکه با بخار، مصرف کل انرژی برای فراصوت پرتوان 0٫38 kWh و برای بخار آب 3 kWh بود؛ یعنی 7٫89 برابر کمتر.
(رجوع کنید به Breniaux et al., 2021)
تقویت واکنش‌های شیمیایی در شراب با فراصوت
در طول کهنه‌سازی شراب، واکنش‌های شیمیایی متعددی رخ می‌دهند. برای نمونه، ترکیبات پروآنتوسیانیدین تمایل دارند پلیمریزه شوند، با آنتوسیانین‌ها واکنش تراکمی بدهند و با پلیمرهای دیگر مانند پروتئین‌ها و پلی‌ساکاریدها ترکیب شوند. این واکنش تراکمی با آنتوسیانین‌ها، واکنش شیمیایی اصلی دخیل در تیره‌شدن و تثبیت رنگ شراب قرمز است؛ رنگی که از قرمز روشن به قرمز تیره با ته‌رنگ‌های قهوه‌ای تغییر می‌کند.
مطالعات اولیه Masuzawa et al., 2000 از همان زمان نشان دادند که فراصوت پلیمریزاسیون ترکیبات فنولی را تقویت می‌کند و با رسیدن شراب، محتوای پلی‌فنولی شراب قرمز را افزایش می‌دهد.
در طول کهنه‌سازی شراب در بشکه، صدها ترکیب می‌توانند از چوب استخراج و وارد شراب شوند که مستقیماً در طعم، رایحه و احساس دهانی شراب نهایی نقش دارند. ترکیب الیاف چوب بلوط نقش مهمی در فرایند کهنه‌سازی دارد، زیرا فنول‌های فرّار و آلدهیدهای فنولی از لیگنین، و ترکیبات فورفورالی از تجزیه قندهای سلولز و همی‌سلولزها استخراج می‌شوند.
اگرچه کهنه‌سازی سنتی در بشکه بلوط قرن‌ها به‌طور گسترده به کار رفته است، همچنان معایبی ذاتی دارد. نخست، فرایند کهنه‌سازی در بشکه معمولاً از چند ماه تا چندین سال طول می‌کشد که بسیار زمان‌بر است. دوم، بشکه‌ها گران هستند، فضای زیادی در کارخانه شراب‌سازی اشغال می‌کنند و باید با گذشت زمان تعویض شوند. سوم، با قدیمی‌ترشدن بشکه‌های بلوط، ممکن است به میکروارگانیسم‌های نامطلوب مانند سرده‌های مخمر Brettanomyces و Dekkera آلوده شوند.
درباره بهداشت‌سازی و تمیزکردن فراصوتی بشکه‌های شراب بیشتر بخوانید!
تجهیزات فراصوتی برای کهنه‌سازی و رسیدن شراب
Hielscher Ultrasonics چندین دهه است که تأمین‌کننده‌ای قابل‌اعتماد برای پردازشگرهای فراصوتی پرتوان و کم‌فرکانس در صنعت غذا و نوشیدنی به شمار می‌رود. کارخانه‌های شراب‌سازی و تقطیر برای تولید شراب‌ها و نوشیدنی‌های الکلی باکیفیت در شرایط کارآمدتر، فناوری فراصوتی را به کار گرفته‌اند؛ یعنی دستیابی به نتایج باکیفیت در فرایندی سریع‌تر و تحت شرایطی که با دقت قابل‌کنترل است.
دستگاه‌های فراصوت Hielscher در همه اندازه‌ها عرضه می‌شوند؛ از دستگاه آزمایشگاهی قابل نگه‌داشتن در دست برای پژوهش و کنترل کیفیت گرفته تا سامانه‌های رومیزی و پایلوت برای تاکستان‌های کوچک و تخصصی و تولیدکنندگان متوسط شراب، و نیز دستگاه‌های فراصوت با ظرفیت پردازش بالا برای تولیدکنندگان بزرگ تجاری شراب.
همه پردازشگرهای فراصوتی Hielscher از فناوری روز برخوردارند؛ از جمله نمایشگر رنگی دیجیتال، نرم‌افزار پیشرفته، تنظیمات هوشمند، ثبت خودکار داده‌ها روی کارت SD تعبیه‌شده و کنترل از راه دور از طریق مرورگر، برای عملکرد دقیق، نتایج تکرارپذیر و بازتولیدپذیر و بالاترین سطح سهولت استفاده. مشتریان در سراسر جهان از فناوری Hielscher Ultrasonics در کارخانه‌های شراب‌سازی و تقطیر استفاده می‌کنند و در کهنه‌سازی، طعم‌دهی با چوب بلوط و طعم‌دهی از طریق خیساندن مواد در شراب‌ها و نوشیدنی‌های الکلی تقطیری به نتایج بسیار خوبی دست می‌یابند.
همین حالا با ما تماس بگیرید! کارکنان آموزش‌دیده و باسابقه ما با ارائه اطلاعات فنی، توصیه‌هایی برای انتخاب دستگاه فراصوت ایدئال و پیشنهادهای قیمت غیرالزام‌آور به شما کمک می‌کنند!
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Parthey, Beatrix; Lenk, Matthias; Kleinschmidt, Thomas (2014): Ultraschallbehandlung von Traubenmaische und Wein. Präsentation der Hochschule Anhalt, Mitteldeutsches Institut für Weinforschung, 2014.
- Breniaux, M.;Renault, P.; Ghidossi, R. (2021): Impact of High-Power Ultrasound for Barrel Regeneration on the Extraction of Wood Volatile and Non-Volatile Compounds. Processes 2021, 9, 959.
- Y. Tao, Z. Zhang, D. Sun (2014): Experimental and modeling studies of ultrasound-assisted release of phenolics from oak chips into model wine. Ultrasonics Sonochemistry 21, (2014). 1839–1848.
- Y. Tao, J.F. Garcia, D.W . Sun (2014): Advances in wine aging technologies for enhancing wine quality and accelerating wine aging process. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 54, 2014. 817–835.
- Masuzawa, Nobuyoshi; Ohdaira, Etsuzo; Ide, Masao (2000): Effects of Ultrasonic Irradiation on Phenolic Compounds in Wine. Japanese Journal of Applied Physics, 39 (Part 1, No. 5B), 2000. 2978–2979.
- B.K. Tiwari; A. Patras; N. Brunton; P.J. Cullen; C.P. O’Donnell (2010): Effect of ultrasound processing on anthocyanins and color of red grape juice. Ultrasonic Sonochemistry 17(3), 2010. 598–604.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در اندازه‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.