סוניקציה של יין – יישומים חדשניים של אולטרסאונד ביקבים
אולטרסאונד הוא שיטת עיבוד לא תרמית, שכבר נמצאת בשימוש נרחב בתעשיית המזון בזכות הטיפול העדין לצד ההשפעות המשמעותיות על המוצר. עבור יקבים, סוניקציה מציעה מגוון יישומים כגון מיצוי חומרי טעם, תרכובות פנוליות וחומרי צבע, הבשלה ויישון, טיפול בעץ אלון וכן סילוק גזים.
יין הוא משקה אלכוהולי, המיוצר לרוב מענבים, אך גם מפירות אחרים (למשל יין תפוחים, יין סמבוק) או מחומרי גלם המבוססים על עמילן (למשל יין אורז, יין תירס).
יין הוא מוצר צריכה אהוד שייצורו דורש תהליך יקר. ייצור יינות איכותיים ויינות באיכות גבוהה ידוע כעיסוק הגוזל זמן רב ולכן כרוך בעלויות גבוהות. בסופו של דבר, ליינן יש עניין להאיץ את התסיסה (המרה לאלכוהול) ואת ההבשלה (להקניית טעמים וניחוחות מורכבים), ובו בזמן לייצר משקה אלכוהולי באיכות גבוהה בעל הטעם, מכלול הניחוחות, תחושת הפה והצבע הרצויים.
התקנת מכשיר האולטרסאונד UIP4000hdT לעיבוד יין תעשייתי בספיקות זרימה גבוהות.
השפעות שונות של אולטרסאונד בעיבוד יין
טיפול ביין באמצעות אולטרסאונד רב־עוצמה מציע השפעות מועילות רבות. היישומים החשובים ביותר כוללים את העצמת הטעמים של מכלול ניחוחות היין באמצעות מיצוי הרכיבים העשירים בטעם, כגון תרכובות פנוליות ותרכובות ארומטיות, את הטיפול בעץ אלון, ואת האצת ההבשלה והיישון.
מיצוי תרכובות ארומטיות ופנוליות מענבים
אולטרסאונד הוא אמצעי מוכר ומוכח למיצוי חומר צמחי תוך־תאי ותרכובות ארומטיות. הפעילות המכנית של האולטרסאונד מסייעת לדיפוזיה של ממסים לתוך הרקמה. מאחר שאולטרסאונד מפרק את דופן התא באופן מכני באמצעות כוחות הגזירה של הקוויטציה, הוא מקל על מעבר החומרים מהתא אל הממס. הקטנת גודל החלקיקים באמצעות קוויטציה אולטרסונית מגדילה את שטח המגע בין הפאזה המוצקה לפאזה הנוזלית.
ענבים ידועים ומבוקשים בזכות עושרם בפוליפנולים. תרכובות פנוליות אלה בענבים (כגון פלבנולים מונומריים, פרוציאנידינים דימריים, טרימריים ופולימריים, וכן חומצות פנוליות) ידועות בתכונותיהן נוגדות הרדיקלים ונוגדות החמצון. מבחינה כימית, ניתן לחלק אותן לשתי תת־קטגוריות: פלבונואידים ותרכובות שאינן פלבונואידים. הפלבונואידים החשובים ביותר ביין הם האנתוציאנינים והטאנינים, התורמים לצבע, לטעם ולתחושת הפה. התרכובות שאינן פלבונואידים כוללות סטילבנים כגון רסברטרול ותרכובות חומציות כגון חומצה בנזואית, חומצה קפאית וחומצה צינמית. רוב התרכובות הפנוליות הללו מצויות בקליפת הענב ובזרעים. הכוחות האולטרסוניים העזים מסוגלים למצות ביעילות את הרכיבים בעלי הערך מזרעי הענבים ומקליפתם.
במחקרם של Cocito ועמיתיו (1995), סוניקציה הודגמה כתהליך מהיר, הדיר וליניארי למיצוי תרכובות ארומה בתירוש וביין. ריכוזי התרכובות שהתקבלו במיצוי אולטרסוני היו גבוהים מאלה שהתקבלו במיצוי באמצעות עמודת C18 (מיצוי באמצעות שרף).
לסיכום יתרונות המיצוי האולטרסוני, אולטרסאונד הוא חלופה זולה, פשוטה ויעילה לאמצעי מיצוי קונבנציונליים שאינם תרמיים, כגון לחץ הידרוסטטי גבוה (HP), פחמן דו־חמצני דחוס (cCO2), פחמן דו־חמצני במצב על־קריטי (ScCO2) ופולסים של שדה חשמלי גבוה (HELP). יתרון נוסף הוא שמיצוי אולטרסוני – בניגוד לחלופות שהוזכרו לעיל – ניתן לבדיקה בקלות בקנה מידה של מעבדה או במערכת שולחנית. ניסויים אלה מספקים תוצאות הדירות, כך שהגדלת קנה המידה בהמשך אינה דורשת מאמצים נוספים למציאת ההגדרות המיטביות. לייצור מסחרי בקנה מידה מלא, מכשירי אולטרסאונד אמינים לעבודה מאומצת בהספק של עד 16,000 ואט ליחידה מאפשרים טיפול בסוניקציה בזרמים בעלי ספיקות נפחיות גבוהות מאוד.
מיצוי בסיוע אולטרסאונד לטיפול ביין בעץ אלון
בשלב הקניית טעמי העץ, היין בא במגע עם עץ החביות (הקניית טעמי עץ מסורתית) או עם שבבי עץ, מקלות עץ/לוחות חבית או אבקת עץ אלון שמוסיפים לו (הקניית טעמי עץ חלופית). העץ הנפוץ ביותר להקניית טעמי עץ (הענקת טעם) הוא – בהתאם לשמו של התהליך באנגלית – אלון (quercus). סוגי עץ אחרים, שמשתמשים בהם לעיתים רחוקות יותר, הם למשל ערמון, אורן, סקויה, דובדבן או שיטה. התכונות הכימיות של העץ משמשות להשגת השפעות ניכרות על הטעם ומכלול הניחוחות של היין. הפנולים המצויים באלון מגיבים עם היין ויוצרים טעמים כגון וניל, קרמל, שמנת, תבלינים או טעמים אדמתיים. לאלגיטאנינים (טאנינים הניתנים להידרוליזה), שמקורם במבני ליגנין בעץ, יש השפעה חשובה מאוד, שכן הם מגינים על היין מפני חמצון וחיזור.
מיצוי אולטרסוני מועיל בשלב הקניית טעמי העץ ליין, משום שמחזורי הלחץ הגבוה והלחץ הנמוך הנוצרים באמצעות אולטרסאונד מגבירים את חדירת הנוזל למבנה העצי של האבקה, השבבים, המקלות או לוחות החבית. מכיוון שמעבר המסה גדל כך במידה ניכרת, מתקבלים פרק זמן קצר יותר להקניית טעמי עץ ותוצאות טובות יותר מבחינת הטעם. אם מוסיפים ליין אבקת עץ אלון או תזקיקי טעם מעץ (הקניית טעמי עץ חלופית), הכוחות האולטרסוניים יוצרים פיזור דק מאוד של החלקיקים או הטיפות ביין, כדי לשפר את הרטבת פני השטח ואת חשיפתם. הדבר חשוב מאוד להשגת טעם ותחושת פה ברמה גבוהה ותורם לאיכותו של המשקה האלכוהולי. העובדה שהשהייה בחביות והיישון כרוכים בזמן ממושך ובעלויות גבוהות בתהליך ייצור היין הופכת את האולטרסאונד לשיטת עיבוד מעניינת במיוחד, שכן מכשירי האולטרסאונד של Hielscher מצטיינים בעלויות השקעה נמוכות, ביישום קל וכן ביעילות אנרגטית יוצאת דופן.
אולטרסאונד משמש להגדלת תפוקת הסחיטה מתירוש ענבים, וכך מתקבלת תכולת פוליפנולים גבוהה יותר. נוסף על כך, סוניקציה יכולה ליישן יין בתוך דקות.
פירוק אגלומרטים בסיוע אולטרסאונד במהלך יישון יין
במהלך תהליך היישון המסורתי והממושך של היין, מתרחשות ביין תגובות בין מולקולות שונות. פירוש הדבר הוא שהמולקולות משתנות בהתאם לאינטראקציות ביניהן. משך השינוי המולקולרי הזה ותוצאתו תלויים ברכיבי היין ובסביבתו. מקובל שאלכוהול מפוזר במשקאות אלכוהוליים, אך אין פירוש הדבר שיושג ערבוב של מולקולות. מכיוון שביין זמינה באופן טבעי רק אנרגיה מועטה לתגובות – כגון יצירת קשרים וערבוב – השינויים הטבעיים לרוב אינם מגיעים לכדי השלמה. אף שהרכיבים נוטים לקיים אינטראקציות, להיקשר ולשנות תכונות מולקולריות, הם אינם יכולים להגיע לאינטראקציה מלאה, להמרה מלאה או ליצירת קשרים מלאה ברמה המולקולרית, בשל האנרגיה המועטה הזמינה.
כאשר היין עובר סוניקציה (כלומר, מוחדרת אנרגיה לנוזל), מתקבלת ברכיבים דרגת פיזור עקבית ואחידה יותר. באמצעות סוניקציה, היין הופך לנוזל הומוגני בעל חיי מדף ארוכים יותר בתוך זמן טיפול קצר מאוד. ההומוגניות מאפשרת אינטראקציה רבה יותר בין המולקולות, ובכך שינוי מולקולרי שלם יותר. משמעות הדבר היא שיפור בטעם ובאיכות.
פיזור: לפני הביקבוק, רוב היינות מטופלים בתוספים, כגון חומרים משמרים (למשל אשלגן ביסולפט, נתרן ביסולפט), חומרי ניקוי, אבקות צבע וחומרי הצללה ומשביחים נוספים. תוספים אלה משמשים למניעת השחמה מוקדמת וקלקול, לשיפור איכות היין, לסילוק פגמים או לתמיכה בתהליך התסיסה. באמצעות סוניקציה אפשר לפזר תוספים אלה ביין באופן עקבי מאוד, וכך להשיג תוצאות טובות יותר בתהליך העיבוד. הדבר מוביל בסופו של דבר לאיכות גבוהה יותר ולטעם טוב יותר – שאיפתו של כל יינן.
מיצוי אולטרסוני של תרכובות פעילות
יין מכיל מגוון רחב של תרכובות פעילות המועילות לבריאות, כגון טאנינים, תרכובות פנוליות, פלבונואידים ואחרות, שהן רכיבים יקרי ערך המשמשים בתעשיות התרופות, המזון והקוסמטיקה.
קראו עוד על מיצוי פיטוכימיקלים כגון פוליפנולים, אנתוציאנידינים, פרואנתוציאנידין ותרכובות ביו־אקטיביות אחרות מענבים ומתוצרי לוואי של ענבים!
MultiSonoReactor MSR-4 הוא כור הומוגניזציה תעשייתי בקו, המתאים לשימוש תעשייתי בתפוקות גבוהות. ניתן לצייד את MSR-4 ב-4x UIP4000hdT או ב-4x UIP6000hdT.
הרחבה
יישון יין אורז ויין תירס: Chang ועמיתיו (2002) מצאו במחקרם על יין אורז ויין תירס כי השפעות היישון של סוניקציה על יין תלויות בסוג היין. היישון האולטרסוני של יין אורז היה אפוא טוב יותר באופן מובהק מהיישון בסיוע אולטרסאונד של יין תירס מבחינת ערך ה-pH, תכולת האלכוהול, אצטאלדהיד, הטעם והאיכויות החושיות. בשניהם, ביין האורז וביין התירס, זמן היישון התקצר במידה ניכרת (מ-1 שנה ל-1 שבוע או ל-3 ימים).
מכשירים אולטרסוניים תעשייתיים עם כורי זרימה לסוניקציה של יין ושל מיץ.
המעבדים האולטרסוניים של Hielscher
Hielscher היא הספקית המובילה של מכשירים אולטרסוניים באיכות גבוהה ובעלי ביצועים גבוהים. מכשירים אולטרסוניים מתוצרת Hielscher משמשים לדגימות מעבדה, לעיבוד בקנה מידה של פיילוט או לייצור בקנה מידה מלא בתחומים רבים בתעשייה ובמחקר. להשגת ביצועים מושלמים והתאמה לכל תהליך, Hielscher מציעה מגוון רחב של מכשירים אולטרסוניים לסוניקציה של כל נפח נוזל, ממיקרוליטרים אחדים ועד מאות מטרים מעוקבים לשעה. ניתן לבדוק בקלות את יעילות התהליך של המכשירים האולטרסוניים בקנה מידה קטן יותר. בדרך כלל, המכשיר UIP1000hd (1kW) משמש לפיתוח תהליכים בספיקות זרימה מ-0.5L עד 1000L לשעה. בקנה מידה זה ניתן למטב את יעילות העיבוד באמצעות שינוי המשרעת, הלחץ וספיקת הזרימה. התקנת מערכת אולטרסאונד בקו ייצור או שילובה בקו קיים, וכן התפעול והתחזוקה שלה, פשוטים ואינם כרוכים בקושי.
אולטרסאונד בנוזלים
אולטרסאונד בהספק גבוה יוצר קוויטציה בנוזלים. במהלך הקריסה של בועות הקוויטציה נוצרים באופן מקומי כוחות גבוהים ביותר: ב״נקודה החמה״ של הקוויטציה מושגות טמפרטורות גבוהות מאוד (כ-5,000K) ולחצים גבוהים מאוד (כ-2,000atm). קריסת בועת הקוויטציה יוצרת גם סילוני נוזל במהירות של עד 280m/s. כאשר כוחות עזים אלה פועלים בנוזל, הם גורמים להשפעות שונות. בנוזל אלכוהולי, סוניקציה מאיצה חמצון, פילמור ועיבוי של האלכוהול, האלדהידים, האסטרים והאולפינים, ליצירת תרכובות חדשות המעניקות טעם ובוקה עשירים וטובים יותר.
מבין היישומים האולטרסוניים המעניינים ביותר לייצור יין, ראוי לציין במיוחד מיצוי, אגלומרציה וכן דיספרסיה בסיוע אולטרסאונד. השפעות אלה הופכות את הסוניקציה לשיטת עיבוד יעילה כל כך ליין ולמשקאות אחרים.
הטבלה שלהלן נותנת מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | אשכול של מכשירי UIP16000 |
צרו קשר! / שאלו אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים ליישומי ערבוב, דיספרסיה, תחלוב ומיצוי בקנה מידה מעבדתי, בקנה מידה של פיילוט ובקנה מידה תעשייתי.
ספרות / מקורות
- Chang, Audrey Chingzu; et al. (2002): The application of 20kHz ultrasonic waves to accelerate the aging of different wines. Food Chemistry 79, 2002. 501–506.
- Cocito, C.; et al. (1995): Rapid extraction of aroma compounds in must and wine by means of ultrasound.
- Ghafoor, Kashif; et al. (2009): Optimization of an extraction method of aroma compounds in white wine using ultrasound.
- Hernanz Vila, Dolores; et al. (1999): Optimization of an extraction method of aroma compounds in white wine using ultrasound. Talanta 50(2), 13.Sept.1999. 413-21.
- Jiranek, Vladimir et al. (2007): High power ultrasonics as a novel tool offering new opportunities for managing wine microbiology. Biotechnology Letters 2008. 1-6.
- Vilkhu, Kamaljit; et al. (2008): Applications and opportunities for ultrasound assisted extraction in the food industry — A review. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2; 2008. 161-169.