વાઇનનું સોનિકેશન – વાઇનરીઓમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડના નવીન ઉપયોગો

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ એક બિનતાપીય પ્રક્રિયા પદ્ધતિ છે, જેનો ઉપયોગ હળવો હોવા છતાં ઉત્પાદન પર નોંધપાત્ર અસરો થતી હોવાથી ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં તેનો પહેલેથી જ વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. વાઇનરીઓ માટે સોનિકેશન વિવિધ ઉપયોગો પ્રદાન કરે છે, જેમ કે સ્વાદદ્રવ્યો, ફિનોલિક સંયોજનો અને રંગદ્રવ્યોનું નિષ્કર્ષણ, પરિપક્વતા અને વયન, ઓકિંગ તેમજ વાયુ દૂર કરવાની પ્રક્રિયા.

વાઇન એક આલ્કોહોલિક પીણું છે, જે સામાન્ય રીતે દ્રાક્ષમાંથી બનાવવામાં આવે છે, પરંતુ અન્ય ફળો (દા.ત. સફરજનની વાઇન, એલ્ડરબેરીની વાઇન) અથવા સ્ટાર્ચ આધારિત સામગ્રીઓમાંથી (દા.ત. ચોખાની વાઇન, મકાઈની વાઇન) પણ બનાવવામાં આવે છે.
વાઇન એક લોકપ્રિય ઉપભોક્તા ઉત્પાદન છે, જેના ઉત્પાદન માટે ખર્ચાળ પ્રક્રિયા જરૂરી છે. ગુણવત્તાયુક્ત અને ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળી વાઇન બનાવવી એ સમય માગતો અને તેથી ખર્ચાળ વ્યવસાય હોવાનું જાણીતું છે. આખરે, વાઇન ઉત્પાદકના હિતમાં છે કે આથવણ (આલ્કોહોલમાં રૂપાંતર) અને પરિપક્વતા (જટિલ સ્વાદ અને સુગંધ આપવા માટે) ઝડપી બને અને સાથે જ ઇચ્છિત સ્વાદ, સુગંધસમૂહ, મોઢામાં અનુભવાતી સંવેદના અને રંગ ધરાવતી ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળી મદિરાનું ઉત્પાદન થાય.

વાઇનની પ્રક્રિયામાં અલ્ટ્રાસોનિક્સની વિવિધ અસરો

વાઇન પર લાગુ કરવામાં આવતું પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઘણી લાભદાયી અસરો પ્રદાન કરે છે. સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગોમાં વાઇનના સુગંધસમૂહના સ્વાદની તીવ્રતામાં વધારો કરવા માટે ફિનોલિક અને સુગંધિત સંયોજનો જેવા સ્વાદથી સમૃદ્ધ ઘટકોનું નિષ્કર્ષણ, ઓકિંગ, તેમજ પરિપક્વતા અને વયનને વેગ આપવાનો સમાવેશ થાય છે.

દ્રાક્ષમાંથી સુગંધિત અને ફિનોલિક સંયોજનોનું નિષ્કર્ષણ

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વનસ્પતિના કોષાંતર્ગત પદાર્થો અને સુગંધિત સંયોજનોના નિષ્કર્ષણ માટેનું જાણીતું અને પ્રમાણિત સાધન છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડની યાંત્રિક ક્રિયા પેશીઓમાં દ્રાવકોના પ્રસરણને સહાય કરે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કેવિટેશનના કર્તન બળો દ્વારા કોષભિત્તિને યાંત્રિક રીતે તોડે છે, તેથી તે કોષમાંથી દ્રાવકમાં પદાર્થોના સ્થાનાંતરણને સરળ બનાવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન દ્વારા કણોનું કદ ઘટવાથી ઘન અને પ્રવાહી પ્રાવસ્થા વચ્ચેના સંપર્કનું સપાટી ક્ષેત્રફળ વધે છે.
દ્રાક્ષ પોલિફિનોલ્સથી સમૃદ્ધ હોવાથી જાણીતી છે અને તેની માંગ રહે છે. દ્રાક્ષના આ ફિનોલિક સંયોજનો (જેમ કે મોનોમેરિક ફ્લેવેનોલ્સ, ડાઇમેરિક, ટ્રાઇમેરિક અને પોલિમેરિક પ્રોસાયનિડિન્સ તેમજ ફિનોલિક એસિડ્સ) મુક્ત રેડિકલ વિરોધી અને એન્ટીઑક્સિડન્ટ ગુણધર્મો માટે જાણીતા છે. રાસાયણિક રીતે, તેમને બે પેટાવર્ગોમાં વહેંચી શકાય છે: ફ્લેવોનોઇડ્સ અને બિન-ફ્લેવોનોઇડ્સ. વાઇનમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ ફ્લેવોનોઇડ્સ એન્થોસાયનિન્સ અને ટેનિન્સ છે, જે રંગ, સ્વાદ અને મોઢામાં અનુભવાતી સંવેદનામાં ફાળો આપે છે. બિન-ફ્લેવોનોઇડ્સમાં રેસ્વેરાટ્રોલ જેવા સ્ટિલબીન્સ અને બેન્ઝોઇક, કેફેઇક તથા સિનામિક એસિડ જેવા અમ્લીય સંયોજનોનો સમાવેશ થાય છે. આ તમામ ફિનોલિક સંયોજનોનો મોટાભાગનો હિસ્સો દ્રાક્ષની છાલ અને બીજમાં રહેલો હોય છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક બળો દ્રાક્ષના બીજ અને છાલમાંથી મૂલ્યવાન ઘટકોનું કાર્યક્ષમ રીતે નિષ્કર્ષણ કરવા સક્ષમ છે.
Cocito et al. (1995)ના અભ્યાસમાં, દ્રાક્ષના કાચા રસ અને વાઇનમાંથી સુગંધિત સંયોજનોના નિષ્કર્ષણ માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન એક ઝડપી, પુનરાવર્તનીય અને રેખીય પ્રક્રિયા હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ દ્વારા પ્રાપ્ત સંયોજનોની સાંદ્રતાના પરિણામો C18 કૉલમ નિષ્કર્ષણ (રેઝિન નિષ્કર્ષણ) દ્વારા પ્રાપ્ત પરિણામો કરતાં ઊંચા હતા.
અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણના ફાયદાઓનો સરવાળો કરતાં, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પરંપરાગત બિનતાપીય નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓ, જેમ કે ઉચ્ચ હાઇડ્રોસ્ટેટિક દબાણ (HP), સંકુચિત કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (cCO2), સુપરક્રિટિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (ScCO2) અને ઉચ્ચ વિદ્યુત ક્ષેત્રના સ્પંદો (HELP) માટે સસ્તો, સરળ અને કાર્યક્ષમ વિકલ્પ છે. વધુ એક ફાયદો એ છે કે અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણનું – ઉપર જણાવેલા વિકલ્પોથી વિપરીત – સહેલાઈથી પ્રયોગશાળામાં અથવા બેન્ચ-ટોપ સ્તરે પરીક્ષણ કરી શકાય છે. આ પરીક્ષણો પુનરુત્પાદનીય પરિણામો આપે છે, જેથી ત્યારબાદ પ્રક્રિયાનો વ્યાપ વધારતી વખતે શ્રેષ્ઠ સેટિંગ શોધવા માટે વધારાના પ્રયત્નોની જરૂર પડતી નથી. સંપૂર્ણ વ્યાપારી ઉત્પાદન માટે, વિશ્વસનીય ભારે કાર્ય માટેના અલ્ટ્રાસોનિકેટરો પ્રતિ એકમ 16,000 વૉટ સુધીની શક્તિ સાથે અત્યંત ઊંચા આયતનવાળા પ્રવાહોની સોનિકેશન પ્રક્રિયા શક્ય બનાવે છે.

વાઇનના ઓકિંગ માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી નિષ્કર્ષણ

ઓકિંગના તબક્કા દરમિયાન, વાઇન પીપડાંના લાકડા (પરંપરાગત ઓકિંગ) અથવા ઉમેરેલી લાકડાની ચિપ્સ, લાકડાની સળીઓ/પાટિયાં અથવા ઓકિંગ પાઉડર (વૈકલ્પિક ઓકિંગ) સાથે સંપર્કમાં આવે છે. ઓકિંગ (સ્વાદ આપવા) માટે સૌથી સામાન્ય રીતે વપરાતું લાકડું – પ્રક્રિયાના નામ મુજબ – ઓક (quercus) છે. વધુ ભાગ્યે જ વપરાતા અન્ય પ્રકારનાં લાકડાંમાં, ઉદાહરણ તરીકે, ચેસ્ટનટ, પાઇન, રેડવુડ, ચેરી અથવા અકેશિયાનો સમાવેશ થાય છે. વાઇનના સ્વાદ અને સુગંધસમૂહ પર ઊંડી અસર મેળવવા માટે લાકડાના રાસાયણિક ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ઓકમાં રહેલા ફિનોલ વાઇન સાથે આંતરક્રિયા કરીને વેનિલા, કેરામેલ, ક્રીમ, મસાલા અથવા માટી જેવા સ્વાદ ઉત્પન્ન કરે છે. લાકડામાંની લિગ્નિન સંરચનાઓમાંથી ઉદ્ભવતા એલાજિટેનિન (જલવિઘટનીય ટેનિન) ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ અસર કરે છે, કારણ કે તેઓ વાઇનને ઓક્સિડેશન અને રિડક્શનથી રક્ષણ આપે છે.
વાઇનના ઓકિંગના તબક્કા માટે અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ ઉપયોગી છે, કારણ કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ઊંચા દબાણ અને નીચા દબાણના ચક્રો પાઉડર, ચિપ્સ, સળીઓ અથવા પાટિયાંની લાકડાની સંરચનામાં પ્રવાહીના પ્રવેશને વધારે છે. આથી દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણમાં નોંધપાત્ર વધારો થતો હોવાથી, ઓકિંગનો સમયગાળો ટૂંકો થાય છે અને સ્વાદની દૃષ્ટિએ વધુ સારાં પરિણામો મળે છે. જો વાઇનમાં ઓક પાઉડર અથવા લાકડાના સ્વાદના નિસ્યંદિત અર્ક (વૈકલ્પિક ઓકિંગ) ઉમેરવામાં આવે, તો અલ્ટ્રાસોનિક બળો સપાટીનું ભીંજાવું અને સંપર્કમાં આવવું સુધારવા માટે વાઇનમાં કણો અથવા ટીપાંનું અત્યંત સૂક્ષ્મ વિખેરણ કરે છે. ઉત્તમ સ્વાદ અને મોંમાં અનુભવાતી સંવેદના મેળવવા માટે આ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે અને તે આલ્કોહોલિક પીણાની ગુણવત્તામાં યોગદાન આપે છે. વાઇનનિર્માણમાં પીપડાંમાં ભરવાની અને પરિપક્વન કરવાની પ્રક્રિયાઓમાં ઘણો સમય અને ખર્ચ લાગતો હોવાને કારણે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ એક અસાધારણ રીતે રસપ્રદ પ્રક્રિયા પદ્ધતિ બને છે, કારણ કે Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો ઓછા રોકાણ ખર્ચ, સરળ અમલીકરણ અને ઉત્કૃષ્ટ ઊર્જા કાર્યક્ષમતાથી પ્રભાવિત કરે છે.

વાઇનના પરિપક્વન દરમિયાન અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી કણસમૂહોનું વિઘટન

વાઇનના પરંપરાગત, વધુ સમય લેતા પરિપક્વન દરમિયાન વાઇનમાં વિવિધ અણુઓની પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે અણુઓ એકબીજા સાથેની આંતરક્રિયા અનુસાર બદલાય છે. આ આણ્વિક પરિવર્તનનો સમય અને પરિણામ વાઇનના ઘટકો અને તેના પર્યાવરણ પર આધાર રાખે છે. સામાન્ય રીતે એવું સ્વીકારવામાં આવે છે કે આલ્કોહોલ મદ્યમાં વિખેરાયેલો હોય છે, પરંતુ તેનો અર્થ એવો નથી કે અણુઓનું મિશ્રણ થઈ જશે. વાઇનમાં કુદરતી રીતે બંધન અને મિશ્રણ જેવી પ્રતિક્રિયાઓ માટે માત્ર ઓછી ઊર્જા ઉપલબ્ધ હોવાથી, કુદરતી પરિવર્તનો મોટાભાગે અધૂરાં રહે છે. ઘટકો આંતરક્રિયા કરવા, જોડાવા અને આણ્વિક ગુણધર્મો બદલવા તરફ વલણ ધરાવતા હોવા છતાં, ઉપલબ્ધ ઊર્જા ઓછી હોવાને કારણે તેઓ આણ્વિક સ્તરે સંપૂર્ણ આંતરક્રિયા, રૂપાંતરણ અથવા બંધન કરી શકતા નથી.
જ્યારે વાઇનનું સોનિકેશન કરવામાં આવે છે (જેનો અર્થ પ્રવાહીમાં ઊર્જા આપવી એવો થાય છે), ત્યારે ઘટકો વધુ સુસંગત અને સમાન સ્તરનું વિખેરણ દર્શાવે છે. સોનિકેશનથી ખૂબ જ ટૂંકા ઉપચાર સમયમાં વાઇન લાંબી સંગ્રહ આવરદા ધરાવતું સમાનધર્મી પ્રવાહી બને છે. આ સમાનધર્મિતા અણુઓ વચ્ચે વધુ આંતરક્રિયાને અને આમ વધુ સંપૂર્ણ આણ્વિક પરિવર્તનને શક્ય બનાવે છે. આનો અર્થ સ્વાદ અને ગુણવત્તામાં સુધારો થાય છે.

વિખેરણ: બોટલોમાં ભરતાં પહેલાં, મોટાભાગની વાઇનને પરિરક્ષકો (દા.ત. પોટેશિયમ બાઇસલ્ફેટ, સોડિયમ બાઇસલ્ફેટ), શુદ્ધિકારકો, રંગ આપતા પાઉડર તથા અન્ય સ્પષ્ટીકરણકારકો અને ગુણવત્તાસુધારકો જેવા ઉમેરણો વડે ઉપચારિત કરવામાં આવે છે. આ ઉમેરણોનો ઉપયોગ સમય પહેલાં કથ્થઈ રંગ થતો અને બગાડ થતો અટકાવવા, વાઇનની ગુણવત્તા સુધારવા, ખામીઓ દૂર કરવા અથવા આથવણની પ્રક્રિયાને ટેકો આપવા માટે થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા આ ઉમેરણોને વાઇનમાં ખૂબ જ સુસંગત રીતે વિખેરી શકાય છે, જેથી પ્રક્રિયાનાં વધુ સારાં પરિણામો પ્રાપ્ત થાય છે. આ આખરે વધુ ઊંચી ગુણવત્તા અને વધુ સારા સ્વાદ તરફ દોરી જાય છે – જેના માટે દરેક વાઇનનિર્માતા પ્રયત્ન કરે છે.

સક્રિય સંયોજનોનું અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ

વાઇનમાં ટેનિન, ફિનોલિક સંયોજનો, ફ્લેવોનોઇડ્સ અને અન્ય અનેક સ્વાસ્થ્યલાભદાયક સક્રિય સંયોજનો હોય છે, જે ઔષધ, ખાદ્ય અને સૌંદર્યપ્રસાધન ઉદ્યોગમાં વપરાતા મૂલ્યવાન ઘટકો છે.
દ્રાક્ષ અને દ્રાક્ષની આડપેદાશોમાંથી પોલિફિનોલ્સ, એન્થોસાયનિડિન્સ, પ્રોએન્થોસાયનિડિન અને અન્ય જૈવસક્રિય સંયોજનો જેવા વનસ્પતિજન્ય રસાયણોના નિષ્કર્ષણ વિશે વધુ વાંચો!

પૂરક ચર્ચા

ચોખાની વાઇન અને મકાઈની વાઇનનું પરિપક્વન: Chang et al. (2002) એ ચોખાની વાઇન અને મકાઈની વાઇન પરના તેમના અભ્યાસમાં શોધ્યું કે વાઇનના સોનિકેશનની પરિપક્વન પર થતી અસરો વાઇનના પ્રકાર પર આધાર રાખે છે. ચોખાની વાઇનનું અલ્ટ્રાસોનિક પરિપક્વન pH મૂલ્ય, આલ્કોહોલનું પ્રમાણ, એસિટાલ્ડિહાઇડ, સ્વાદ અને ઇન્દ્રિયગ્રાહ્ય ગુણવત્તાની દૃષ્ટિએ મકાઈની વાઇનના અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સહાયિત પરિપક્વન કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ સારું હતું. ચોખાની વાઇન અને મકાઈની વાઇન બંને માટે પરિપક્વનનો સમય નોંધપાત્ર રીતે ઘટ્યો હતો (1 વર્ષથી ઘટીને 1 અઠવાડિયું અથવા 3 દિવસ).

ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટરો વાઇન અને રસના સોનિકેશન માટે પ્રવાહ પસાર થાય તેવા રિએક્ટરો સાથે.

Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો

Hielscher ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળાં અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોનો અગ્રણી સપ્લાયર છે. Hielscher દ્વારા બનાવવામાં આવતાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોનો ઉપયોગ ઉદ્યોગ અને સંશોધનનાં વિવિધ ક્ષેત્રોમાં પ્રયોગશાળાના નમૂનાઓ, પાઇલટ સ્તરની પ્રક્રિયા અથવા પૂર્ણ સ્તરના ઉત્પાદન માટે થાય છે. દરેક પ્રક્રિયામાં ઉત્તમ કામગીરી અને અનુકૂલન માટે Hielscher થોડા માઇક્રોલિટરથી માંડીને કલાકદીઠ સેંકડો ઘનમીટર સુધીના કોઈપણ પ્રવાહી જથ્થાના સોનિકેશન માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોની વિશાળ શ્રેણી પ્રદાન કરે છે. નાનાં સ્તરે અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોની પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતા સરળતાથી ચકાસી શકાય છે. સામાન્ય રીતે, UIP1000hd (1kW) નો ઉપયોગ કલાકદીઠ 0.5L થી 1000L સુધીના પ્રવાહ દરો માટે પ્રક્રિયા વિકસાવવામાં થાય છે. આ સ્તરે કંપનવિસ્તાર, દબાણ અને પ્રવાહ દરમાં ફેરફાર કરીને પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતા શ્રેષ્ઠ બનાવી શકાય છે. ઉત્પાદન લાઇનમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રણાલી સ્થાપિત કરવી અથવા હાલની લાઇનમાં ઉમેરવી, તેમજ તેનું સંચાલન અને જાળવણી કરવી સરળ અને મુશ્કેલીરહિત છે.

પ્રવાહીઓમાં અલ્ટ્રાસોનિક્સ

ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહીઓમાં કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે. કેવિટેશનના પરપોટા અંદરની તરફ ધસી પડીને તૂટે ત્યારે સ્થાનિક સ્તરે અત્યંત પ્રબળ બળો ઉત્પન્ન થાય છે: કેવિટેશનના “હોટ સ્પોટ” માં ખૂબ ઊંચું તાપમાન (આશરે 5,000K) અને દબાણ (આશરે 2,000atm) પ્રાપ્ત થાય છે. કેવિટેશનના પરપોટાના આ અંતઃસ્ફોટથી 280m/s સુધીના વેગવાળી પ્રવાહી ધારાઓ પણ ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રબળ બળો પ્રવાહીમાં કાર્ય કરે ત્યારે વિવિધ અસરો પેદા કરે છે. આલ્કોહોલયુક્ત પ્રવાહીમાં અલ્ટ્રાસોનિકેશન આલ્કોહોલ, આલ્ડિહાઇડ્સ, એસ્ટર્સ અને ઓલેફિન્સના ઓક્સિડેશન, પોલિમરાઇઝેશન અને સંઘનનને વેગ આપે છે, જેથી નવાં સંયોજનો બને છે, જે વધુ અને વધુ સારો સ્વાદ તથા સુગંધસમૂહ ઉત્પન્ન કરે છે.
વાઇન નિર્માણ (વિનિફિકેશન) માટેની સૌથી રસપ્રદ અલ્ટ્રાસોનિક ઉપયોગિતાઓમાં ખાસ કરીને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સહાયિત નિષ્કર્ષણ, કણસમૂહીકરણ અને વિક્ષેપનનો ઉલ્લેખ કરવો જરૂરી છે. આ અસરો સોનિકેશનને વાઇન અને અન્ય પીણાં માટે આટલી અસરકારક પ્રક્રિયા પદ્ધતિ બનાવે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: