شراب‌های غنی از پلی‌فنول با فراصوت پرتوان
فراصوت‌دهی، استخراج ترکیبات فنولی از انگور و انتقال آن‌ها به مایهٔ انگور را بهبود می‌بخشد و به افزایش محتوای کل پلی‌فنول کمک می‌کند – در نتیجه فرایند بعدی کهنه‌سازی شراب نیز بهبود می‌یابد. استفاده از فراصوت پرتوان، بازده استخراج را افزایش می‌دهد و رسیدن شراب‌ها را تسریع می‌کند. ازاین‌رو، فراصوت پرتوان روشی تأییدشده برای تیمار انگورهای خردشده است و برای استخراج پلی‌فنول، کهنه‌سازی / رسیدن شراب و تیمار با چوب بلوط به کار می‌رود.
فراصوت پرتوان برای استخراج پلی‌فنول و رسیدن شراب
سازوکار فراصوت در شراب‌سازی بر کاویتاسیون فراصوتی / آکوستیکی استوار است. نیروهای برشی شدید ناشی از کاویتاسیون، ساختارهای سلولی را می‌شکنند و منافذ دیواره‌های سلولی را گسترش می‌دهند. این امر موجب آزادسازی مواد درون‌سلولی مانند نشاسته، آنزیم‌ها، پروتئین‌ها و اجزای فنولی می‌شود. نیروهای صوتی‌مکانیکی امواج فراصوت به توزیع حلال در بافت و نفوذ آن به مواد سلولی کمک می‌کنند و این امر انتقال جرم را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. افزون بر این، فراصوت‌دهی واکنش‌های زیست‌شیمیایی مانند پلیمریزاسیون و تراکم پلی‌فنول‌ها را تقویت می‌کند و موجب اکسیژن‌دهی در مقادیر بسیار کم می‌شود. همهٔ این اثرات فراصوت به کهنه‌سازی و رسیدن شراب‌ها کمک می‌کنند.
فراصوت پرتوان برای کهنه‌سازی و رسیدن شراب: سامانهٔ فراصوتی UIP4000hdT در شراب‌سازی صنعتی استفاده می‌شود.
سازوکار تخریب دیوارهٔ سلولی: (a) شکستن دیوارهٔ سلولی بر اثر کاویتاسیون. (b) نفوذ حلال به ساختار سلولی.
(تصویر اقتباس‌شده از Shirsath et al., 2012)
استخراج فراصوتی پلی‌فنول‌ها از انگور
پلی‌فنول‌ها در شراب: در شراب‌ها، پلی‌فنول‌ها و کیفیت شراب ارتباط تنگاتنگی دارند. این متابولیت‌های ثانویهٔ انگور بر ویژگی‌های حسی شراب تأثیر چشمگیری می‌گذارند و بدین‌ترتیب بر عوامل کیفی مانند رنگ، گسی و تلخی اثر دارند. فراصوت‌دهی برای استخراج پلی‌فنول در فرایند شراب‌سازی، مانند فراصوت‌دهی مایهٔ انگور پیش از تخمیر، و هنگام کهنه‌سازی شراب، با یا بدون تماس با چوب، واکنش‌های بی‌پایانی ایجاد می‌کند که به دگرگونی‌های پیچیدهٔ پلی‌فنول‌ها و تانن‌ها می‌انجامند؛ از جمله اکسیژن‌دهی در مقادیر بسیار کم، هم‌رنگدانه‌ای، حلقه‌افزایی، پلیمریزاسیون و اکسایش.
فراصوت‌دهی مایهٔ انگور پیش از تخمیر شراب
هنگامی که فراصوت به مایهٔ انگور اعمال می‌شود، آزادسازی پلی‌فنول‌ها از گوشت انگور افزایش می‌یابد. ازآنجاکه کاویتاسیون آکوستیکی – که اساس عملکرد فراصوت‌دهی است – ساختارهای سلولی را می‌شکند و ساختارهای درون‌سلولی را به‌طور بسیار مؤثری باز می‌کند، در مقایسه با فشردن سنتی، ترکیبات زیست‌فعال بسیار بیشتری از انگور و پوست آن آزاد می‌شوند. این ترکیبات زیست‌فعال شامل ترکیبات طعم‌دهنده، رنگدانه‌ها و مواد مفید برای سلامت، مانند تانن‌ها، آنتوسیانین‌ها، فلاوان-3-اُل‌ها، پروآنتوسیانیدین‌ها و فلاونول‌ها؛ استیلبنوئیدهایی مانند رسوراترول؛ اسیدهای فنولی مانند اسیدهای بنزوئیک، کافئیک و سینامیک؛ کاتچین‌ها و نیز اسید تارتاریک و اسید مالیک و مواد دیگر هستند. افزون بر این، قندهای طبیعی مانند گلوکز و فروکتوز استخراج می‌شوند که برای فرایند تخمیر در شراب‌سازی ضروری‌اند. فراصوت‌دهی را می‌توان در مراحل مختلف شراب‌سازی به کار برد. García-Martín and Sun (2013) در مطالعهٔ خود، فراصوت را به‌عنوان روشی برای کهنه‌سازی سریع معرفی می‌کنند که می‌تواند شراب‌هایی با محتوای آنتوسیانین بیشتر و تانن کمتر فراهم کند؛ تغییری که برای تولید شراب‌های باکیفیت مطلوب تلقی می‌شود. مطالعات بسیاری اثرات مثبت فراصوت پرتوان را در شراب‌سازی اثبات کرده‌اند. بنابراین، فراصوت‌دهی یکی از امیدبخش‌ترین فناوری‌ها برای اهداف گوناگون در فرایندهای شراب‌سازی محسوب می‌شود. همچنین، فراصوت روشی است که برای استفاده روی انگورهای خردشده به‌طور رسمی تأیید شده است. (رجوع کنید به Natolino and Celotti, 2022)
مطالعات تحت نظارت Prof. Thomas Kleinschmidt از دانشگاه Hochschule Anhalt، مؤسسهٔ پژوهش شراب آلمان مرکزی، افزایش چشمگیر پلی‌فنول‌ها را در شراب فراصوت‌دهی‌شده به‌وضوح نشان می‌دهند. برای نمونه، در شراب قرمز آلمانی از نوع Blauer Zweigelt، محتوای پلی‌فنولی بیش از 40% افزایش یافت. در این مطالعه، 1٫5L شراب قرمز Blauer Zweigelt با تنظیم دامنه روی 100% فراصوت‌دهی شد (دامنهٔ 43 μm، سطح سونوتْرود 9 cm2). جذب نوری برای رنگ قرمز در 520 nm اندازه‌گیری شد. از آزمون Folin-Ciocalteu برای اندازه‌گیری محتوای کل پلی‌فنول برحسب کاتچین‌ها استفاده شد که افزایش 40% در کل پلی‌فنول‌ها را نشان داد.
تیمار فراصوتی مایهٔ انگور پیش از تخمیر شراب، محتوای پلی‌فنول را تا 40% افزایش می‌دهد.
(مطالعه و نمودار: © Prof. Th. Kleinschmidt, Hochschule Anhalt)
- طعم‌های قوی‌تر
- پلی‌فنول‌های بیشتر
- رنگ تیره‌تر
- گسی کمتر
- شاخص HCl بالاتر
- حس دهانی نرم‌تر و متعادل‌تر
فراصوت برای افزایش بازده پلی‌فنول از مایهٔ انگور به کار می‌رود. افزون بر این، فراصوت‌دهی می‌تواند شراب را ظرف چند دقیقه کهنه کند.
مطالعهٔ دیگری از Natolino and Celotti (2022) نیز کیفیت برتر شراب پس از تیمار فراصوتی را نشان داد. پژوهشگران دانشگاه اودینه در ایتالیا برای بررسی اثرات فراصوت‌دهی بر شراب قرمز، از دستگاه فراصوت Hielscher مدل UP200St با سونوتْرود S26d14 استفاده کردند.
همان‌طور که نمودارهای زیر نشان می‌دهند، فراصوت شاخص HCl را در همهٔ نمونه‌های فراصوت‌دهی‌شده افزایش می‌دهد؛ از 68٫06 ± 1٫72 در نمونهٔ تیمارنشده به میانگین 73٫78 ± 1٫52 در نمونه‌های تیمارشده. هیچ روند مشخصی میان افزایش دامنه و زمان فراصوت‌دهی مشاهده نشد، هرچند می‌توان افزایش معنادار شاخص HCl را میان نمونه‌های فراصوت‌دهی‌شده با دامنهٔ 30% و زمان 2 min (71٫59 ± 1٫06) و نمونه‌های با دامنهٔ 90% و زمان 10 min (74٫25 ± 1٫53) مشاهده کرد. هم‌زمان، فراصوت گسی را از 91٫8 ± 1٫2 برای شراب تیمارنشده به میانگین 82٫7 ± 3٫7 برای نمونه‌های فراصوت‌دهی‌شده کاهش می‌دهد (نمودارهای سمت راست را ببینید).
اندازهٔ ذرات مواد کلوئیدی، مانند تانن‌ها و پلی‌ساکاریدها، بر اثر فراصوت‌دهی کاهش می‌یابد که به بهبود پایداری و ادراک حسی نهایی کمک می‌کند.
- مجموعهٔ عطر و طعم قوی‌تر
- پلی‌فنول‌های بیشتر
- رنگ تیره‌تر
- گسی کمتر
- شاخص HCl بالاتر
- حس دهانی نرم‌تر و متعادل‌تر
کهنه‌سازی و رسیدن فراصوتی شراب
امواج فراصوت با اعمال نیروهایی کاملاً فیزیکی که اصطلاحاً صوتی‌مکانیکی نامیده می‌شوند، کهنه‌سازی شراب را تسریع می‌کنند. اگر فراصوت‌دهی متناسب با نوع انگور و شراب تنظیم شود، می‌تواند سرعت واکنش تراکم میان آنتوسیانین و تانن‌ها را افزایش دهد و زمان معمول شکل‌گیری طبیعی رنگ شراب را کوتاه کند؛ در نتیجه زمان لازم برای کهنه‌سازی شراب کاهش می‌یابد.
رسیدن شراب با شتاب‌بخشی فراصوتی: مطالعهٔ Prof. Th. Kleinschmidt نشان می‌دهد که فراصوت‌دهی شراب قرمز در حضور تراشه‌های چوب American Blend، تغییر مطلوبی در عطر 3-Methyl-1Butanol ایجاد می‌کند. (دستگاه فراصوت UIP2000hdT)
شاخص HCl (A)، شاخص گسی (B) و اندازهٔ ذرات (C) – نمودارهای جعبه‌ای نمونه‌های تیمارنشده (شاهد) و فراصوت‌دهی‌شده در سطوح مختلف دامنه (30, 60 و 90%) و زمان فراصوت‌دهی (2, 6 و 10 min) با استفاده از دستگاه فراصوت UP200St.
(مطالعه و جدول: © Natolino and Celotti, 2022)
کهنه‌سازی فراصوتی شراب با استفاده از تانن‌های شراب‌سازی
تانن‌های شراب‌سازی که از چوب بلوط، هسته و پوست انگور، گال گیاهی، شاه‌بلوط، کبراچو، گامبیر و میوه‌های هلیله استخراج می‌شوند، می‌توانند در مراحل مختلف تولید شراب افزوده شوند تا نمایهٔ طعمی و دوام رنگ بهبود یابد. فراصوت‌دهی می‌تواند کهنه‌سازی شراب با استفاده از تانن‌های شراب‌سازی را تقویت کند. تیمار فراصوتی با چوب بلوط، فرایند انتقال تانن‌ها و ترکیبات طعم‌دهندهٔ منشأگرفته از چوب از تخته‌ها یا تراشه‌های بلوط است که به‌طور چشمگیری تسریع شده است. شراب‌های کهنه‌شده با چوب بلوط به کمک فراصوت، نمایهٔ طعمی بسیار خوبی دارند که با تیماری کوتاه در چند دقیقه شکل می‌گیرد، در مقایسه با چندین ماه کهنه‌سازی در بشکه. استخراج فراصوتی با افزایش انتقال جرم، ترکیبات معطر بلوط را آزاد می‌کند؛ برای مثال vanillan، اوژنول، ایزواوژنول، فورفورال، 5-متیل‌فورفورال، گایاکول و 4-methulguaiacol.
دستگاه‌های فراصوت با عملکرد بالا برای شراب‌سازی صنعتی
پردازشگرهای Hielscher Ultrasonics در حوزهٔ شراب‌سازی و کهنه‌سازی نوشیدنی‌های الکلی تقطیری جایگاه تثبیت‌شده‌ای دارند. شراب‌سازان – چه تاکستان‌های بوتیکی خاص و چه تولیدکنندگان بزرگ‌مقیاس شراب – در میان طیف گستردهٔ تجهیزات Hielscher، تجهیزات فراصوت‌دهی ایدئال را برای نیازهای تولیدی خود در استخراج پلی‌فنول و رسیدن شراب می‌یابند. آرایش‌های فرایندی ناپیوسته و نیز پیوستهٔ درون‌خطی به‌آسانی در دسترس‌اند و می‌توان آن‌ها را همان روز ارسال کرد.
ثبت خودکار داده‌ها
برای رعایت استانداردهای تولید محصولات غذایی و نوشیدنی، فرایندهای تولید باید با جزئیات پایش و ثبت شوند. دستگاه‌های فراصوت دیجیتال Hielscher Ultrasonics به قابلیت ثبت خودکار داده‌ها مجهزند. به‌لطف این قابلیت هوشمند، به‌محض روشن‌شدن دستگاه، همهٔ پارامترهای مهم فرایند مانند انرژی فراصوتی (انرژی کل و خالص)، دما، فشار و زمان به‌طور خودکار روی کارت SD تعبیه‌شده در دستگاه ذخیره می‌شوند. پایش فرایند و ثبت داده‌ها برای استانداردسازی مستمر فرایند و کیفیت محصول اهمیت دارند. با دسترسی به داده‌های فرایندی که به‌طور خودکار ثبت شده‌اند، می‌توانید نوبت‌های قبلی فراصوت‌دهی را بازبینی و نتیجه را ارزیابی کنید.
یکی دیگر از قابلیت‌های کاربرپسند سامانه‌های فراصوت دیجیتال ما، کنترل از راه دور از طریق مرورگر است. با کنترل از راه دور از طریق مرورگر می‌توانید پردازشگر فراصوت خود را از هر مکانی راه‌اندازی، متوقف، تنظیم و پایش کنید.
رعایت بالاترین استانداردهای کیفیت – طراحی و ساخت آلمان
سخت‌افزار پیشرفته و نرم‌افزار هوشمند دستگاه‌های فراصوت Hielscher به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که نتایج قابل‌اعتماد و تکرارپذیر استخراج فراصوتی از مواد خام گیاهی شما و کاربری ایمن و کاربرپسند را تضمین کنند. استحکام، قابلیت اطمینان، کارکرد 24/7 زیر بار کامل و کاربری ساده از دید اپراتور، از دیگر عوامل کیفی هستند که دستگاه‌های فراصوت Hielscher را به گزینه‌ای مطلوب تبدیل می‌کنند.
دستگاه‌های استخراج Hielscher Ultrasonics در سراسر جهان برای استخراج باکیفیت محصولات غذایی و نوشیدنی استفاده می‌شوند. دستگاه‌های فراصوت Hielscher که بازده بالا و کیفیت برتر آن‌ها اثبات شده است، علاوه بر شراب‌سازان کوچک‌تر بوتیکی، عمدتاً در تولید صنعتی شراب‌های عرضه‌شده در بازار به کار می‌روند. به‌دلیل سخت‌افزار مقاوم و نرم‌افزار هوشمند، پردازشگرهای فراصوت Hielscher را می‌توان به‌آسانی به کار گرفت و پایش کرد.
Hielscher Ultrasonics در تلتو، آلمان، کسب‌وکاری خانوادگی است که مالکانش آن را اداره می‌کنند. Hielscher Ultrasonics دارای گواهی ISO است. طبعاً دستگاه‌های فراصوت Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 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 |
| قابل اعمال نیست | 2 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های 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 / مراجع
- Parthey, Beatrix; Lenk, Matthias; Kleinschmidt, Thomas (2014): Ultraschallbehandlung von Traubenmaische und Wein. Präsentation der Hochschule Anhalt, Mitteldeutsches Institut für Weinforschung, 2014.
- Andrea Natolino, Emilio Celotti (2022): Ultrasound treatment of red wine: Effect on polyphenols, mathematical modeling, and scale-up considerations. LWT Volume 154, 2022.
- Ceferino Carrera; Ana Ruiz-Rodríguez; Miguel Palma; Carmelo G. Barroso (2012): Ultrasound assisted extraction of phenolic compounds from grapes. Analytica Chimica Acta 732, 2012. 100–104.
- 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.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
دانستنی‌های مفید
مواد زیست‌فعال در شراب
محتوای فنولی شراب به ترکیبات فنولی اشاره دارد – فنول طبیعی و پلی‌فنول‌ها که گروه بزرگی متشکل از چندصد ترکیب شیمیایی را در بر می‌گیرند و بر طعم، رنگ و حس دهانی شراب اثر می‌گذارند. این ترکیبات شامل اسیدهای فنولی، استیلبنوئیدها، فلاونول‌ها، دی‌هیدروفلاونول‌ها، آنتوسیانین‌ها، مونومرهای فلاوانول (کاتچین‌ها) و پلیمرهای فلاوانول (پروآنتوسیانیدین‌ها) هستند. این گروه بزرگ از فنول‌های طبیعی را می‌توان به‌طور کلی به دو دستهٔ فلاونوئیدها و غیرفلاونوئیدها تقسیم کرد. فلاونوئیدها شامل آنتوسیانین‌ها و تانن‌ها هستند که در رنگ و حس دهانی شراب نقش دارند. غیرفلاونوئیدها شامل استیلبنوئیدهایی مانند رسوراترول و اسیدهای فنولی مانند اسیدهای بنزوئیک، کافئیک و سینامیک هستند.
پلی‌فنول‌ها
پلی‌فنول‌ها متابولیت‌های ثانویه‌ای هستند که در گیاهان یافت می‌شوند. پلی‌فنول‌ها به‌عنوان مواد زیست‌فعال می‌توانند در دسته‌های رنگدانه‌های گیاهی، اجزای طعم‌دهنده، عوامل محافظ سامانهٔ فتوسنتز یا واحدهای سازندهٔ زیست‌بسپارها مانند لیگنین و سوبرین طبقه‌بندی شوند. ردهٔ پلی‌فنول‌ها شامل فلاونوئیدها و آنتوسیانین‌ها، پروسیانیدین‌ها، مشتقات اسید بنزوئیک (مانند اسیدهای هیدروکسی‌بنزوئیک از جمله اسید وانیلیک، اسیدهای تری‌هیدروکسی‌بنزوئیک از جمله اسید گالیک و اسیدهای دی‌هیدروکسی‌بنزوئیک از جمله اسید پروتوکاتچوئیک)، مشتقات اسید سینامیک (اسیدهای هیدروکسی‌سینامیک مانند اسید کافئیک و اسید p-کوماریک) و مشتقات استیلبن (مانند رسوراترول) است.
امروزه بیش از 8000 ترکیب پلی‌فنولی در گیاهان شناسایی شده است.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های مختلف از آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.