סוניקציה של יין – יישומים חדשניים של אולטרסאונד ביקבים

אולטרסאונד היא שיטת עיבוד לא תרמית, אשר כבר בשימוש נרחב בתעשיית המזון בשל היישום המתון שלה אבל השפעות משמעותיות על המוצר. עבור היקבים, סוניקציה מציעה יישומים שונים כגון מיצוי טעמים, פנולים וצבעים, הבשלה & יישון, אלון כמו גם degassing.

יין הוא משקה אלכוהולי, העשוי בדרך כלל מענבים, אך גם מפירות אחרים (למשל יין תפוחים, יין סמבוק) או מחומרים מבוססי עמילן (למשל יין אורז, יין תירס).
יין הוא מוצר צריכה מועדף שייצורו דורש תהליך מפואר. ייצור יינות איכותיים ואיכותיים ידוע כעסק הגוזל זמן ולכן עתיר עלויות. לבסוף, האינטרס של היינן הוא להאיץ את תסיסה (המרה לאלכוהול) והתבגרות (להקניית טעמים וניחוחות מורכבים) ולייצר בו זמנית ליקר איכותי עם הטעם, הזר, תחושת הפה והצבע הרצויים.

השפעות שונות של אולטרסאונד בעיבוד יין

אולטרסאונד כוח המיושם על יין מציע השפעות מועילות רבות. היישומים החשובים ביותר כוללים את העצמת טעמים של זר היין על ידי מיצוי המרכיבים העשירים בטעמים, כגון פנולים וארומטיים, אלוןותאוצת ה התבגרות & אייג'ינג.

מיצוי תרכובות ארומטיות ופנוליות מענבים

אולטרסאונד הוא אמצעי ידוע ומוכח למיצוי חומר צמחי תוך תאי ותרכובות ארומטיות. הפעילות המכנית של האולטרסאונד תומכת בדיפוזיה של ממסים לתוך הרקמה. כאשר אולטרסאונד שובר את דופן התא באופן מכני על ידי כוחות הגזירה של הקוויטציה, הוא מקל על המעבר מהתא לממס. הקטנת גודל החלקיקים על ידי הקוויטציה העל-קולית מגדילה את שטח הפנים במגע בין הפאזה המוצקה לשלב הנוזלי.
ענבים מפורסמים ומבוקשים בעושרם בפוליפנולים. תרכובות פנוליות אלה (כגון פלבנולים מונומריים, פרוציאנידינים דימריים, טרימריים ופולימריים, כמו גם חומצות פנוליות) של ענבים ידועים בתכונות נוגדות הרדיקלים ונוגדות החמצון שלהם. מבחינה כימית, ניתן להפריד אותם לשתי תת-קטגוריות: הפלבנואידים והלא פלבנואידים. הפלבנואידים החשובים ביותר ביין הם האנתוציאנינים והטאנינים התורמים לצבע, לטעם ולתחושת הפה. בין הלא-פלבנואידים ניתן למצוא סטילבנים כגון רסברטרול ותרכובות חומציות, כגון בנזואית, קפאית וחומצה קינמית. רוב התרכובות הפנוליות הללו כלולות בקליפות הענבים ובזרעים. הכוחות העל-קוליים העזים מסוגלים לחלץ את המרכיבים יקרי הערך מזרעי ענבים ומקליפות ביעילות.
במחקר של Cocito et al. (1995), אולטרסוניקציה הוכחה כתהליך מהיר, חוזר ולינארי למיצוי תרכובות ארומה בחובה וביין. התוצאות שהתקבלו של ריכוזי התרכובת על ידי מיצוי קולי היו גבוהות יותר מאלה של מיצוי עמוד C18 (מיצוי שרף).
לסיכום היתרונות של מיצוי קולי, אולטרסאונד הוא חלופה זולה, פשוטה ויעילה לאמצעי מיצוי לא תרמיים קונבנציונליים, כגון לחץ הידרוסטטי גבוה (HP), פחמן דו חמצני דחוס (cCO2) ופחמן דו חמצני סופר קריטי (ScCO2) ופולסי שדה חשמלי גבוה (HELP). יתרון נוסף הוא העובדה, כי מיצוי קולי – בניגוד לחלופות שצוינו לעיל – ניתן לבדוק בקלות המעבדה או סולם עליון של ספסל. ניסויים אלה מספקים תוצאות הניתנות לשחזור, כך שהרחבה הבאה אינה דורשת מאמצים נוספים במציאת ההגדרה האופטימלית. לייצור מסחרי מלא, אמין אולטרסאונד כבד עם עד 16,000 וואט ליחידה מאפשרים טיפול סוני של זרמים בנפח גבוה מאוד.

מיצוי בעזרת אולטרסאונד לאלון היין

בשלב ההשריה היין בא במגע עם עץ החביות (השריה מסורתית) או בתוספת שבבי עץ, מקלות עץ/סטוות או אבקת השרייה (השריה אלטרנטיבית). העץ הנפוץ ביותר לאלון (חומרי טעם) הוא – על פי הגדרת הנוהל – אלון (quercus). סוגי עץ אחרים, המשמשים לעתים רחוקות יותר, הם למשל ערמונים, אורן, סקויה, דובדבן או שיטה. התכונות הכימיות של עץ משמשות להשגת השפעות עמוקות ביחס לטעם היין ולזר היין. הפנולים הכלולים באלון מתקשרים עם טעמי ייצור היין, כגון וניל, קרמל, שמנת, תבלינים או טעמי אדמה. השפעה חשובה מאוד יש ellagitannins (טאנין hydrolyzable), אשר נגזרים מבנים ליגנין בעץ, כפי שהם להגן על היין מפני חמצון וחיזור.
מיצוי קולי שימושי לשלב של אלון יין בשל העובדה כי חדירת נוזל לתוך מבנה עץ של אבקה, שבבים, מקלות או staves ישופרו על ידי לחץ גבוה ולחץ נמוך מחזורים שנוצרו על ידי אולטרסאונד. מכיוון שהעברת המסה תוגדל באופן בולט, הדבר כרוך בתקופת השרייה קצרה יותר ובתוצאות גבוהות יותר לגבי הטעם. אם אבקת אלון או תזקיקים בטעם עץ (השרייה חלופית) מיושמים לתוך היין, הכוחות העל-קוליים מספקים פיזור עדין מאוד של החלקיקים או הטיפות לתוך היין כדי לשפר את הרטבת פני השטח וחשיפתם. זה חשוב מאוד כדי להשיג טעם גבוה ותחושה בפה ותורם לאיכות המשקה האלכוהולי. העובדה כי barrelling והזדקנות מהווה זמן ממושך גורם עלות vinification, עושה אולטרסאונד לשיטת עיבוד מעניינת במיוחד כמו מכשירים קוליים Hielscher לשכנע על ידי עלויות חקירה נמוכה, יישום קל יוצא מן הכלל התייעלות אנרגטית.

Deagglomeration בסיוע אולטרסאונד במהלך יישון היין

במהלך תהליך היישון המסורתי עתיר הזמן של היין, מתרחשות ביין תגובות של מולקולות שונות. משמעות הדבר היא שהמולקולות משתנות בהתאם לאינטראקציה זו עם זו. הזמן והתוצאה של שינוי מולקולרי זה תלויים במרכיבי היין ובסביבתו. בדרך כלל, הוא אישר כי אלכוהול מפוזר משקאות חריפים, אבל זה לא אומר כי ערבוב של מולקולות יושג. כמו ביין, באופן טבעי רק אנרגיה נמוכה לתגובות – ככל שהחיבור וההתמזגות זמינים, מידת השינויים הטבעיים לא תושלם ברובה. בעוד המרכיבים נוטים לקיים אינטראקציה, לצרף ולשנות תכונות מולקולריות, הם אינם יכולים לממש אינטראקציה, המרה או קשר מוחלטים ברמה המולקולרית בגלל נוכחות אנרגיה נמוכה.
כאשר היין עובר סוניזציה (כלומר קלט של אנרגיה לתוך הנוזל), המרכיבים מציעים דרגת פיזור עקבית ואחידה יותר. על ידי סוניקציה, היין הופך לנוזל הומוגני עם חיי מדף ארוכים בזמן קצר מאוד של טיפול. ההומוגניות מאפשרת אינטראקציה גבוהה יותר בין המולקולות ובכך שינוי מולקולרי שלם יותר. המשמעות היא שיפור הטעם והאיכות.

פיזור: לפני הביקבוק, רוב היינות מטופלים בתוספים, כגון חומרים משמרים (למשל אשלגן ביסולפט, סודיום ביסולפט), חומרי ניקוי, אבקות צביעה וחומרי סנפיר ואמליורנטים נוספים. תוספים אלה משמשים כדי למנוע השחמה מוקדמת וקלקול, כדי לשפר את איכות היין, כדי למנוע חוסרים או כדי לתמוך בתהליך התסיסה. על ידי ultrasonication, תוספים אלה יכולים להיות מפוזרים באופן עקבי מאוד לתוך היין, כך תוצאות גבוהות יותר של עיבוד מושגות. זה מוביל בסופו של דבר לאיכות גבוהה יותר וטעם טוב יותר – המאמץ של כל יינן.

מיצוי קולי של תרכובות פעילות

ביין יש מגוון רחב של תרכובות פעילות מועילות לבריאות כגון טאנינים, פנולים, פלבנואידים ואחרים, שהם מרכיבים יקרי ערך המשמשים בתעשיית הפארמה, המזון והקוסמטיקה.
קראו עוד על מיצוי פיטוכימיקלים כמו פוליפנולים, אנתוציאנידינים, פרואנתוציאנידין ותרכובות ביו-אקטיביות אחרות מענבים ותוצרי לוואי של ענבים!

אקסקורסוס

יישון יין אורז ויין תירס: Chang et al. (2002) מצאו במחקרם על יין אורז ויין תירס כי השפעות ההזדקנות של סוניקציה של יין תלויות בסוג היין. כך גם היישון האולטרסוני של יין האורז ביחס לערך החומציות, תכולת האלכוהול, האצטאלדהיד, הטעם ואיכויות החושים טוב משמעותית מיישון בעזרת אולטרסאונד של יין תירס. עבור שניהם, יין האורז ויין התירס, זמן היישון התקצר במידה ניכרת (משנה לשבוע או 3 ימים).

אולטרסאונד תעשייתי עם כורים זורמים לסוניקציה של יין ו מיץ.

המעבדים האולטרסוניים של Hielscher

Hielscher היא הספקית המובילה של מכשירים קוליים באיכות גבוהה וביצועים גבוהים. מכשירים קוליים המיוצרים על ידי Hielscher משמשים דגימות מעבדה, עיבוד בקנה מידה פיילוט או ייצור בקנה מידה מלא בטווחים רבים של התעשייה והמחקר. לקבלת ביצועים מושלמים והתאמה לכל תהליך, Hielscher מציעה מגוון רחב של מכשירים קוליים עבור סוניקציה של כל נפח נוזלי, מ כמה מיקרוליטרים דרך מאות מ"ק לשעה. ניתן לבדוק בקלות את המכשירים האולטרסוניים על יעילות התהליך שלהם בקנה מידה קטן יותר. בדרך כלל, הסמל UIP1000hd (1kW) משמש לפיתוח התהליך עבור קצבי זרימה מ 0.5L עד 1000L לשעה. בקנה מידה זה, ניתן לייעל את יעילות העיבוד על ידי שינוי המשרעת, הלחץ וקצב הזרימה. ההתקנה או ההשבחה של מערכת אולטרסאונד לקו ייצור כמו גם התפעול והתחזוקה הם פשוטים וללא קושי.

אולטרסאונד בנוזלים

אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מייצר קוויטציה לנוזלים. במהלך קריסת בועות הקוויטציה, מופיעים באופן מקומי כוחות גבוהים ביותר: ב"נקודה החמה" הקוויטציונית מגיעים לטמפרטורות גבוהות מאוד (כ-5,000K) וללחצים (כ-2,000 אטמו"מ). קריסת בועת הקוויטציה גורמת גם לסילונים נוזליים במהירות של עד 280 מטר לשנייה. כאשר כוחות אינטנסיביים אלה נכנסים לנוזל, הם גורמים להשפעות שונות. בנוזל אלכוהולי, אולטרסוניקציה גורמת להאצה של חמצון, פילמור ועיבוי של אלכוהול, אלדהידים, אסטרים ואולפינים כדי לבנות תרכובות חדשות שיוצרות יותר ויותר טעם וזר.
כמו היישומים קוליים המעניינים ביותר להכנת יין (vinification), במיוחד אולטרסאונד בסיוע חילוץהצטברות, וכן פיזור צריך לנקוב בשמה. השפעות אלה הופכות את הסוניקציה לשיטת עיבוד יעילה כל כך עבור יין ומשקאות אחרים.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: