تولید فراصوتی مواد طعم‌دهنده
استخراج فراصوتی مواد طعم‌دهنده فرایندی بسیار کارآمد و پایدار است که ضمن افزایش بازده، زمان فراوری را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. فناوری فراصوت با استفاده از حلال‌های ایمن و سبز، روشی سبز برای استخراج با بهره‌وری انرژی بالاتر ارائه می‌دهد و از این رو جایگزینی سازگار با محیط‌زیست برای روش‌های سنتی استخراج است.
عصاره‌های گیاهی – بهبودیافته با فراصوت‌دهی
استخراج فراصوتی روشی تجاری‌سازی‌شده برای تولید عصاره‌های باکیفیت برای صنایع غذایی و نوشیدنی، دارویی و آرایشی است.
«با استفاده از فراصوت، اکنون می‌توان استخراج کامل را ظرف چند دقیقه و با تکرارپذیری بالا انجام داد؛ به‌گونه‌ای که مصرف حلال کاهش می‌یابد، عملیات اجرایی و آماده‌سازی نهایی ساده‌تر می‌شود، محصول نهایی خلوص بیشتری دارد، نیاز به تصفیهٔ پساب پس از فرایند حذف می‌شود و تنها کسری از انرژی فسیلی معمولاً موردنیاز برای روش‌های متداول استخراج، مانند استخراج سوکسله، خیساندن یا تقطیر کلونجر، مصرف می‌شود. چندین گروه از اجزای مواد غذایی، مانند ترکیبات معطر، رنگدانه‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها و دیگر ترکیبات آلی و معدنی، به‌طور کارآمد از ماتریس‌های گوناگون (عمدتاً بافت‌های جانوری، ریزجلبک‌ها، مخمرها، مواد غذایی و مواد گیاهی) استخراج، تجزیه‌وتحلیل و فرمول‌بندی شده‌اند.» [Chemat et al. 2017]
Hielscher Ultrasonics به‌عنوان پیشرو بازار، پایگاه دانشی گسترده دربارهٔ فرایندهای استخراج فراصوتی، از جمله استخراج از ادویه‌ها، گیاهان دارویی و معطر، گل‌ها، میوه‌ها و سبزیجات برای تولید مواد طعم‌دهنده و معطر، ایجاد کرده است. Hielscher Ultrasonics دانش عمیقی دربارهٔ استخراج از مواد گیاهی گوناگون به دست آورده است، از جمله قهوه, زعفران, انگور (شراب)، بلوط، برگ چای، اسطوخودوس، نعناع، استویا، فلفل تند، وانیل، کاکائو، برگ‌های بولدوس، و بسیاری موارد دیگر.
فرایندهای استخراج فراصوتی را می‌توان با تقریباً هر نوع حلالی مانند آب، الکل، اتانول آبی، گلیسیرین، روغن‌ها، ایزوپروپانول، هگزان، بنزن و غیره انجام داد.
برای تولید مواد طعم‌دهنده، مواد معطر و اجزای فعالی که به‌عنوان مواد تشکیل‌دهنده در صنایع غذایی و نوشیدنی، دارویی، آرایشی و عطرسازی به کار می‌روند، استفاده از حلال‌های سبز و غیرخطرناک مانند آب و الکل مزیت بزرگی است.
نصب صنعتی دستگاه استخراج فراصوتی UIP4000hdT برای تولید عصاره‌های گیاهی.
- فراصوت‌دهی
- فراصوت‌دهی همراه با گرما
- فراصوت‌دهی همراه با فشار
- فراصوت‌دهی همراه با گرما و فشار
- سوکسلهٔ فراصوتی (Sono-Soxhet)
- استخراج فوق‌بحرانی فراصوتی
روش فراصوتی در مقایسه با بیشتر فرایندهای متداول استخراج، مانند خیساندن، از نظر زمان فرایند، بازده بالاتر، صرفه‌جویی بیشتر در انرژی، پاکیزگی، ایمنی و کیفیت محصول، استخراج بهتری فراهم می‌کند. به‌ویژه در تولید افزودنی‌های غذایی، نوشیدنی، دارویی و آرایشی، روش سبز استخراج فراصوتی از نظر ایمنی محصول مزیت بزرگی دارد.
امولسیون‌های شفاف طعم‌دهنده
امولسیون‌ها افزودنی‌هایی رایج برای ایجاد ویژگی‌های عملکردی در مواد غذایی و نوشیدنی‌ها از نظر طعم، ارزش تغذیه‌ای و پایداری هستند. به‌ویژه در فرمول‌بندی نوشیدنی‌ها، شفافیت عامل مهمی است، زیرا محصول نهایی باید علاوه بر استانداردهای کیفی و تغذیه‌ای، استانداردهای نوری را نیز برآورده کند. در مورد نوشیدنی‌ها و مواد غذایی شفاف، این بدان معناست که افزودنی امولسیونی نباید در دستیابی به کیفیت نهایی موردنظر اختلال ایجاد کند. از این رو، فراوری یک امولسیون شفاف آسان‌تر است. نانوامولسیون‌ها به‌دلیل اندازهٔ خود، شفاف و نیمه‌شفاف هستند (دست‌کم با چشم غیرمسلح). به‌دلیل پایداری جنبشی بالا، گرانروی کم، شفافیت زیاد و پایداری بالا در برابر ته‌نشینی، خامه‌ای‌شدن، هم‌جوشی قطرات و لخته‌شدن، به‌طور گسترده به‌عنوان مواد تشکیل‌دهنده استفاده می‌شوند.
هرچه اندازهٔ قطره / ذره بزرگ‌تر باشد، کدورت بیشتری به محصول نهایی می‌افزاید. برای فرمول‌بندی نوشیدنی‌های شفاف، استفاده از امولسیونی شفاف با نانو‌قطرات بهترین نتایج را به همراه دارد. امولسیون‌سازی فراصوتی امکان تولید امولسیون‌های W/O، O/W، امولسیون‌های معکوس و نیز امولسیون‌های دوگانه یا چندگانهٔ W/O/W با قطراتی در محدودهٔ نانو را فراهم می‌کند (که مینی‌امولسیون، نانوامولسیون، امولسیون فوق‌ریز یا امولسیون زیرمیکرونی نامیده می‌شوند). اندازهٔ قطرات را می‌توان با پارامترهای فرایند فراصوتی تنظیم و کنترل کرد. سونیکاتورهای Hielscher برای دستیابی به نتایج بهینه و تکرارپذیر فرایند، به‌دقت قابل‌کنترل هستند.
استخراج فراصوتی از گیاهان دارویی و معطر
برای مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ MultiPhaseCavitator اینجا کلیک کنید!
برای مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ امولسیون‌سازی فراصوتی اینجا کلیک کنید!
کپسوله‌سازی مواد طعم‌دهنده با استفاده از فراصوت
استفاده از لیپوزوم‌ها در محصولات دارویی و غذایی پیوسته در حال افزایش است. لیپوزوم‌ها می‌توانند به‌عنوان حامل مولکول‌های فعال، مانند مواد مغذی و داروها، به کار روند. با فراصوت‌دهی، می‌توان لیپوزوم‌ها را از طریق امولسیون‌سازی سوسپانسیون لیپید/آب یا فراصوت‌دهی وزیکول‌های چندلایه (MLVs) تشکیل داد. در فرایند امولسیون‌سازی فراصوتی، دولایه‌های لیپیدی به قطعات کوچک‌تر شکسته می‌شوند؛ سپس این قطعات خودبه‌خود وزیکول‌های تک‌لایهٔ کوچک (SUVs) متشکل از فسفولیپیدها را تشکیل می‌دهند. طی فرایند فراصوت‌دهی، مواد مؤثره را می‌توان درون لیپوزوم‌ها کپسوله کرد.
برای آشنایی بیشتر با تولید فراصوتی لیپوزوم‌ها اینجا کلیک کنید!
سامانه‌های استخراج فراصوتی
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی فراوری محبوب‌ترین سامانه‌های استخراج فراصوتی ما ارائه می‌دهد:
- حلال‌های سبز
- بازده بالاتر
- زمان استخراج کوتاه‌تر
- ایمنی
- بازگشت سریع سرمایه
- هزینه‌های پایین
استخراج فوق‌بحرانی فراصوتی
استخراج با سیال فوق‌بحرانی و CO2 فوق‌بحرانی یکی از مهم‌ترین روش‌های استخراج در تولید مواد طعم‌دهنده و معطر است.
دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی حلالی گزینشی با چگالی قابل‌تنظیم است. گزینش‌پذیری و قدرت حلالیت آن به چگالی متغیرش بستگی دارد که می‌توان با فشار و دما بر آن تأثیر گذاشت.
با ترکیب استخراج فوق‌بحرانی و فراصوت‌دهی، استفاده از حلال‌های با گرید غذایی مانند الکل یا آب و در عین حال دستیابی به سرعت استخراج و بازده بالا امکان‌پذیر می‌شود.
برای دریافت اطلاعات بیشتر دربارهٔ سامانه‌های استخراج فراصوتی ما و کاربردهای آن‌ها، از فرم زیر استفاده کنید!
در ویدئوی زیر، مقایسهٔ استخراج فراصوتی با خیساندن متداول برگ‌های تازهٔ بارهنگ نیزه‌ای در آب را تماشا کنید. فراصوت‌دهی نه‌تنها ظرف چند ثانیه عصاره‌ای قوی از بارهنگ نیزه‌ای تولید می‌کند، بلکه رنگ عصاره نیز نشان‌دهندهٔ تفاوت کیفیت است. در حالی که عصارهٔ فراصوتی رنگ سبز تیره دارد، عصاره‌ای که به‌مدت 20 روز با خیساندن تهیه شده است، رنگی مایل به قهوه‌ای دارد که به تخریب اکسایشی ترکیبات زیست‌فعال اشاره می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- 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.
اطلاعات بیشتر دربارهٔ استخراج فراصوتی
استخراج فراصوتی روشی شناخته‌شده و قابل‌اعتماد برای تولید عصاره از مواد اولیهٔ گیاهی گوناگون است. فراصوت پرتوان با راندن حلال به درون ساختار سلولی و بیرون‌راندن آن با آهنگ حدود 20٬000 بار در ثانیه (در 20kHz)، انتقال جرم میان مادهٔ اولیه و حلال را افزایش می‌دهد. ثابت شده است که فراصوت‌دهی روشی بسیار ملایم و در عین حال بسیار کارآمد است – روشی که در زمان فراوری کوتاه‌تر، بازده بالاتر و عصاره‌هایی با کیفیت بیشتر فراهم می‌کند!
تاکنون استخراج از مواد زیر با استفاده از فراصوت‌دهی بسیار موفقیت‌آمیز بوده است:
ادویه‌ها: زعفران، فلفل تند (برای مثال کپسایسین)، زنجبیل، دارچین، وانیلین / وانیل، اسید رزمارینیک، مریم‌گلی، رزماری، مرزنجوش، ریحان و غیره.
گیاهان دارویی و معطر: نعناع فلفلی، انواع چای (برای مثال سیاه، سبز، Pai Mu Tan، یاس، رویبوس، هانی‌بوش)، نعناع سبز، استویا، شاهدانه و غیره.
گل‌ها: اسطوخودوس، پچولی، یلانگ‌یلانگ، رز و غیره.
میوه‌ها و سبزیجات: شراب، انگور / هستهٔ انگور، قهوه، کاکائو، زیتون، پرتقال / پوست پرتقال، گوجه‌فرنگی، دانه‌های گوارانا، دانه‌های روغنی (بادام، دانه‌های سویا، دانه‌های پاپایا، بذر کتان، آفتابگردان، دانه‌های کلزا)، پوست انار، اسفناج، توت، ریشه‌ها و غیره.
میکروارگانیسم‌ها: جلبک دریایی، اسپیرولینا، ریزجلبک‌ها (ریزجلبک‌های Nannochloropsis spp، ریزجلبک Nannochloropsis oculata، ریزجلبک Dunaliella salina)، سیانوباکتری Synechococcus sp.، مخمر Xanthophyllomyces dendrorhous، مخمر Trichosporon oleaginosisus، قارچ روغن‌زا، قارچ Cordyceps sinensis
عصاره‌های هدف که با فراصوت‌دهی به دست می‌آیند شامل روغن‌های اسانسی، ویتامین‌ها، لیپیدها، پروتئین‌ها و مجموعه‌ترکیبات گیاهی مانند ترکیبات فنولی، آنتی‌اکسیدان‌ها، پلی‌ساکاریدها، اولئورزین‌ها، استرها، اسانس‌ها، هیدرولیزات‌های پروتئینی، اسیدهای آمینه، ساپونین‌ها، فلاونوئیدها، آلکالوئیدها (برای مثال مورفین، کدئین، تبائین)، رنگدانه‌ها / مواد رنگ‌زا (کاروتنوئیدها، کلروفیل، فیکوسیانین)، آنتوسیانین‌ها، لیمونن، آلانتولاکتون، ایزوآلانتولاکتون و دیگر مواد فعال هستند.
دربارهٔ استخراج سبز
استخراج سبز بر روش‌های پایدار و سازگار با محیط‌زیست تمرکز دارد. بنابراین، کاهش مصرف انرژی فرایند، استفاده از حلال‌های جایگزین و مواد اولیهٔ طبیعی تجدیدپذیر، عوامل کلیدی استخراج سبز هستند. هدف، تضمین دستیابی به عصاره‌ای ایمن و باکیفیت است. برای دستیابی به محصولی ایمن و باکیفیت، استفاده از حلال‌های جایگزین، بازیافت‌پذیر و ایمن‌تر اهمیت دارد. با کاهش سمیت کلی فرایند و محصولات نهایی، مصرف‌کنندگان از محصولی سالم‌تر و ایمن‌تر بهره‌مند می‌شوند و تولیدکنندگان محیط فراوری ایمن‌تری برای کارکنان خود ایجاد می‌کنند.