Viinin ultraäänikäsittely – ultraäänen innovatiiviset sovellukset viinitiloilla

Ultraääni on ei-terminen käsittelymenetelmä, jota käytetään jo laajalti elintarviketeollisuudessa sen hellävaraisen käsittelyn mutta merkittävien tuotevaikutusten vuoksi. Viinitiloille ultraäänikäsittely tarjoaa monenlaisia käyttökohteita, kuten makuaineiden, fenolisten yhdisteiden ja väriaineiden uuttamisen, kypsymisen ja ikääntymisen, tammikäsittelyn sekä kaasunpoiston.

Viini on alkoholijuoma, jota valmistetaan tavallisimmin rypäleistä, mutta myös muista hedelmistä ja marjoista (esim. omenaviini, seljanmarjaviini) tai tärkkelyspohjaisista raaka-aineista (esim. riisiviini, maissiviini).
Viini on suosittu kulutustuote, jonka valmistus vaatii kalliin prosessin. Laadukkaiden ja korkealaatuisten viinien valmistuksen tiedetään olevan aikaa vievää ja siksi kustannuksiltaan kallista toimintaa. Viinintekijän edun mukaista onkin nopeuttaa käymistä (muuntumista alkoholiksi) ja kypsymistä (monivivahteisten makujen ja aromien aikaansaamiseksi) ja tuottaa samalla korkealaatuinen alkoholijuoma, jolla on haluttu maku, aromikokonaisuus, suutuntuma ja väri.

Ultraäänen erilaiset vaikutukset viinin käsittelyssä

Viiniin kohdistettu tehoultraääni tarjoaa monia hyödyllisiä vaikutuksia. Tärkeimpiä käyttökohteita ovat maun voimistaminen viinin aromikokonaisuudessa uuttamalla runsaasti makua sisältäviä ainesosia, kuten fenolisia ja aromaattisia yhdisteitä, tammikäsittely sekä kypsymisen ja ikääntymisen nopeuttaminen.

Aromaattisten ja fenolisten yhdisteiden uuttaminen rypäleistä

Ultraääni on tunnettu ja hyväksi todettu keino solunsisäisen kasviaineksen ja aromaattisten yhdisteiden uuttamiseen. Ultraäänen mekaaninen vaikutus edistää liuottimien diffuusiota kudokseen. Koska ultraääni rikkoo soluseinämän mekaanisesti kavitaation leikkausvoimien avulla, se helpottaa aineiden siirtymistä solusta liuottimeen. Ultraäänikavitaation aikaansaama hiukkaskoon pieneneminen kasvattaa kiinteän ja nestemäisen faasin välistä kosketuspinta-alaa.
Rypäleet ovat tunnettuja ja kysyttyjä runsaan polyfenolipitoisuutensa vuoksi. Nämä rypäleiden fenoliset yhdisteet (kuten monomeeriset flavanolit, dimeeriset, trimeeriset ja polymeeriset prosyanidiinit sekä fenolihapot) tunnetaan vapaita radikaaleja torjuvista ja antioksidatiivisista ominaisuuksistaan. Kemiallisesti ne voidaan jakaa kahteen alaryhmään: flavonoideihin ja muihin kuin flavonoideihin. Viinin tärkeimmät flavonoidit ovat antosyaanit ja tanniinit, jotka vaikuttavat väriin, makuun ja suutuntumaan. Muihin kuin flavonoideihin kuuluvat stilbeenit, kuten resveratroli, ja happamat yhdisteet, kuten bentsoehappo, kahvihappo ja kanelihappo. Suurin osa kaikista näistä fenolisista yhdisteistä sijaitsee rypäleiden kuorissa ja siemenissä. Voimakkaat ultraäänivoimat pystyvät uuttamaan arvokkaat ainesosat tehokkaasti rypäleiden siemenistä ja kuorista.
Cociton ym. (1995) tutkimuksessa ultraäänikäsittely osoittautui nopeaksi, toistettavaksi ja lineaariseksi prosessiksi aromiyhdisteiden uuttamisessa rypälemehusta ja viinistä. Ultraääniuutolla saadut yhdisteiden pitoisuudet olivat suurempia kuin C18-kolonniuutolla (hartsiuutolla) saadut pitoisuudet.
Ultraääniuuton edut voidaan tiivistää seuraavasti: ultraääni on edullinen, yksinkertainen ja tehokas vaihtoehto perinteisille ei-termisille uuttomenetelmille, kuten korkealle hydrostaattiselle paineelle (HP), puristetulle hiilidioksidille (cCO2), ylikriittiselle hiilidioksidille (ScCO2) ja voimakkaille sähkökenttäpulsseille (HELP). Lisäetuna on se, että ultraääniuuttoa – toisin kuin edellä mainittuja vaihtoehtoja – voidaan helposti testata laboratorio- tai pöytämittakaavassa. Nämä kokeet tuottavat toistettavia tuloksia, joten myöhempi mittakaavan kasvattaminen ei vaadi lisätyötä optimaalisten asetusten löytämiseksi. Täysimittaisessa kaupallisessa tuotannossa luotettavat raskaaseen käyttöön tarkoitetut ultraäänilaitteet , joiden teho on jopa 16 000 wattia laitetta kohti, mahdollistavat erittäin suurten tilavuusvirtojen ultraäänikäsittelyn.

Ultraääniavusteinen uutto viinin tammikäsittelyssä

Tammikäsittelyvaiheessa viini joutuu kosketuksiin tynnyrien puun kanssa (perinteinen tammikäsittely) tai lisättyjen puulastujen, puutikkujen tai -sauvojen tai tammijauheen kanssa (vaihtoehtoinen tammikäsittely). Tammikäsittelyssä (maustamisessa) yleisimmin käytetty puu on – menetelmän nimen mukaisesti – tammi (quercus). Muita harvemmin käytettyjä puulajeja ovat esimerkiksi kastanja, mänty, punapuu, kirsikka ja akaasia. Puun kemiallisia ominaisuuksia hyödynnetään viinin makuun ja aromikokonaisuuteen kohdistuvien voimakkaiden vaikutusten aikaansaamiseksi. Tammen sisältämät fenolit ovat vuorovaikutuksessa viinin kanssa ja tuottavat esimerkiksi vaniljan, karamellin, kerman ja mausteiden makuja tai maanläheisiä makuja. Erittäin tärkeä vaikutus on ellagitanniineilla (hydrolysoituvilla tanniineilla), jotka ovat peräisin puun ligniinirakenteista, sillä ne suojaavat viiniä hapettumiselta ja pelkistymiseltä.
Ultraääniuutto on hyödyllistä viinin tammikäsittelyvaiheessa, koska ultraäänen synnyttämät korkean ja matalan paineen jaksot tehostavat nesteen tunkeutumista jauheen, lastujen, tikkujen tai sauvojen puurakenteeseen. Aineensiirto lisääntyy näin huomattavasti, mikä lyhentää tammikäsittelyaikaa ja parantaa makuun liittyviä tuloksia. Jos viiniin lisätään tammijauhetta tai puuaromitislauksia (vaihtoehtoinen tammikäsittely), ultraäänivoimat dispergoivat hiukkaset tai pisarat erittäin hienojakoisesti viiniin, mikä parantaa pinnan kostumista ja kosketusta viinin kanssa. Tämä on erittäin tärkeää laadukkaan maun ja suutuntuman saavuttamiseksi ja parantaa alkoholijuoman laatua. Koska tynnyrikäsittely ja ikääntyminen vaativat viininvalmistuksessa paljon aikaa ja kustannuksia, ultraääni on poikkeuksellisen kiinnostava käsittelymenetelmä, sillä Hielscherin ultraäänilaitteiden etuja ovat alhaiset investointikustannukset, helppo käyttöönotto ja erinomainen energiatehokkuus.

Ultraääniavusteinen deagglomerointi viinin ikääntymisen aikana

Viinin perinteisen, aikaa vievän ikääntymisprosessin aikana viinissä tapahtuu erilaisten molekyylien reaktioita. Tämä tarkoittaa, että molekyylit muuttuvat keskinäisen vuorovaikutuksensa mukaisesti. Näiden molekyylimuutosten kesto ja tulos riippuvat viinin ainesosista ja sen ympäristöstä. Yleisesti hyväksytään, että alkoholi on dispergoitunut alkoholijuomiin, mutta tämä ei tarkoita, että molekyylit sekoittuisivat keskenään. Koska viinissä on luonnostaan vain vähän energiaa reaktioihin – kuten sitoutumiseen ja sekoittumiseen – luonnolliset muutokset jäävät enimmäkseen epätäydellisiksi. Vaikka ainesosat pyrkivät vuorovaikutukseen, kiinnittymään toisiinsa ja muuttamaan molekyylien ominaisuuksia, ne eivät voi saavuttaa täydellistä vuorovaikutusta, muuntumista tai sitoutumista molekyylitasolla käytettävissä olevan vähäisen energian vuoksi.
Kun viiniä käsitellään ultraäänellä (mikä tarkoittaa energian syöttämistä nesteeseen), ainesosat dispergoituvat tasaisemmin ja yhdenmukaisemmin. Ultraäänikäsittely tekee viinistä homogeenisen nesteen, jonka säilyvyysaika on pidentynyt, erittäin lyhyessä käsittelyajassa. Homogeenisuus mahdollistaa voimakkaamman vuorovaikutuksen molekyylien välillä ja siten täydellisemmän molekyylimuutoksen. Tämä parantaa makua ja laatua.

Dispergointi: Ennen pullotusta useimmat viinit käsitellään lisäaineilla, kuten säilöntäaineilla (esim. kaliumvetysulfaatti, natriumvetysulfaatti), puhdistusaineilla, värijauheilla sekä muilla kirkastusaineilla ja parannusaineilla. Näitä lisäaineita käytetään ehkäisemään ennenaikaista ruskettumista ja pilaantumista, parantamaan viinin laatua, poistamaan puutteita tai tukemaan käymisprosessia. Ultraäänikäsittelyllä nämä lisäaineet voidaan dispergoida viiniin erittäin tasaisesti, jolloin käsittelyn tulokset paranevat. Tämä johtaa lopulta korkeampaan laatuun ja parempaan makuun – jokaisen viinintekijän tavoitteeseen.

Aktiivisten yhdisteiden ultraääniuutto

Viini sisältää laajan valikoiman terveydelle hyödyllisiä aktiivisia yhdisteitä, kuten tanniineja, fenolisia yhdisteitä, flavonoideja ja muita yhdisteitä, jotka ovat lääke-, elintarvike- ja kosmetiikkateollisuudessa käytettäviä arvokkaita ainesosia.
Lue lisää fytokemikaalien, kuten polyfenolien, antosyanidiinien, proantosyanidiinin ja muiden bioaktiivisten yhdisteiden, uuttamisesta rypäleistä ja rypäleiden sivutuotteista!

Lisäkatsaus

Riisiviinin ja maissiviinin ikääntyminen: Chang ym. (2002) havaitsivat riisiviiniä ja maissiviiniä käsittelevässä tutkimuksessaan, että viinin ultraäänikäsittelyn ikäännyttävät vaikutukset riippuvat viinityypistä. Riisiviinin ultraääniavusteinen ikäännyttäminen oli pH-arvon, alkoholipitoisuuden, asetaldehydin, maun ja aistinvaraisten ominaisuuksien osalta merkittävästi parempaa kuin maissiviinin ultraääniavusteinen ikäännyttäminen. Sekä riisiviinin että maissiviinin ikääntymisaika lyheni huomattavasti (1 vuodesta 1 viikkoon tai 3 päivään).

Teolliset ultraäänilaitteet , joissa on läpivirtausreaktorit viinin ja mehun ultraäänikäsittelyyn.

Hielscherin ultraääniprosessorit

Hielscher on johtava korkealaatuisten ja suorituskykyisten ultraäänilaitteiden toimittaja. Hielscherin valmistamia ultraäänilaitteita käytetään laboratorionäytteiden käsittelyyn, pilot-mittakaavan prosesseihin ja täysimittaiseen tuotantoon monilla teollisuuden ja tutkimuksen aloilla. Täydellisen suorituskyvyn ja jokaiseen prosessiin mukautumisen takaamiseksi Hielscher tarjoaa laajan valikoiman ultraäänilaitteita kaikenlaisten nestetilavuuksien ultraäänikäsittelyyn muutamista mikrolitroista satoihin kuutiometreihin tunnissa. Ultraäänilaitteiden prosessitehokkuutta voidaan helposti testata pienemmässä mittakaavassa. Tavallisesti UIP1000hd (1kW) on käytössä prosessikehityksessä tilavuusvirroilla 0,5L–1000L tunnissa. Tässä mittakaavassa käsittelytehokkuutta voidaan optimoida muuttamalla amplitudia, painetta ja tilavuusvirtaa. Ultraäänijärjestelmän asentaminen tai jälkiasentaminen tuotantolinjaan sekä sen käyttö ja huolto ovat yksinkertaisia ja vaivattomia.

Ultraääni nesteissä

Suuritehoinen ultraääni synnyttää kavitaatiota nesteisiin. Kavitaatiokuplien luhistuessa syntyy paikallisesti erittäin suuria voimia: kavitaation ”kuumassa pisteessä” saavutetaan erittäin korkeita lämpötiloja (noin 5 000K) ja paineita (noin 2 000atm). Kavitaatiokuplan luhistuminen tuottaa myös nestesuihkuja, joiden nopeus on jopa 280m/s. Kun nämä voimakkaat voimat kohdistuvat nesteeseen, ne aiheuttavat erilaisia vaikutuksia. Alkoholipitoisessa nesteessä ultraäänikäsittely nopeuttaa alkoholin, aldehydien, estereiden ja olefiinien hapettumista, polymeroitumista ja kondensoitumista, jolloin muodostuu uusia yhdisteitä, jotka tuottavat enemmän ja parempaa makua ja aromikokonaisuutta.
Viininvalmistuksen kiinnostavimmista ultraäänisovelluksista on mainittava erityisesti ultraääniavusteinen uutto, agglomerointi ja dispergointi . Näiden vaikutusten ansiosta ultraäänikäsittely on erittäin tehokas käsittelymenetelmä viinille ja muille juomille.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: