מיצוי אולטרסוני של וניל – שיטה לא תרמית
- תמצית וניל היא תמיסת טעם המופקת מתרמילי וניל בתמיסה של אתנול ומים.
- כדי להפיק ונילין באיכות גבוהה כרכיב ארומה, טעם וריח, נדרשת טכניקת מיצוי יעילה אך עדינה למניעת פירוק.
- מיצוי אולטרסוני הוא שיטת מיצוי מכנית עדינה, המניבה תפוקות גבוהות של ונילין בזמן מיצוי קצר מאוד.
אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים להפקת תמציות ונילין באיכות גבוהה
וניל הוא התבלין השני ביוקרו אחרי זעפרן, ולכן הפקתו דורשת שיטת מיצוי יעילה המונעת את התפרקות השמנים האתריים יקרי הערך. מיצוי אולטרסוני הוא שיטה מוכרת ומבוססת, עדינה ולא תרמית אך יעילה ביותר, לשחרור תרכובות פעילות ביולוגית מחומר צמחי. מיצוי אולטרסוני מבוסס על תופעת הקוויטציה האקוסטית, שהיא טיפול מכני בלבד. לכן סוניקציה היא השיטה המועדפת לבידוד תרכובות רגישות בעלות פעילות ביולוגית מחומרים צמחיים, כגון תרכובות טעם ושמנים אתריים, למשל ונילין, פוליפנולים או נוגדי חמצון.
יתרונות המיצוי האולטרסוני של וניל
- תפוקה מעולה
- מיצוי מהיר – בתוך דקות
- תמציות באיכות גבוהה – מיצוי עדין ולא תרמי
- ממסים ירוקים (למשל מים/אתנול)
- כדאיות כלכלית
- הפעלה קלה ובטוחה
- עלויות השקעה ותפעול נמוכות
- הפעלה 24/7 בתנאי עבודה מאומצים
- שיטה ירוקה וידידותית לסביבה
מיצוי אולטרסוני של וניל – באצוות או בזרימה רציפה
אצוות: ניתן לבצע תהליכי מיצוי אולטרסוני כתהליכים פשוטים באצוות או כטיפול בקו התהליך, שבו התווך מוזן ברציפות דרך כור אולטרסוני לזרימה רציפה.
עיבוד באצוות הוא הליך פשוט, שבו המיצוי מתבצע אצווה אחר אצווה. Hielscher Ultrasonics מציעה מעבדים אולטרסוניים לאצוות קטנות עד גדולות, כלומר בנפחים של 1L עד 120L.
לעיבוד אצוות בנפחים של 5 עד 10L, אנו ממליצים על UP400ST (400W, בסרטון שלהלן) עם סונוטרודה S24d22L2D.
לעיבוד אצוות בנפח של כ־120L, אנו ממליצים על UIP2000hdT (2kW, בתמונה בראש העמודה הימנית) עם סונוטרודה RS4d40L4.
מכשיר הסוניקציה UIP2000hdT למיצוי חומרים צמחיים באצווה בנפח 120L
מיצוי אולטרסוני של חומרים צמחיים באמצעות מכשיר האולטרסאונד UP400St
לנפח של כ־8L/min., אנו ממליצים על UIP4000hdT (4kW, בתמונה מימין) עם סונוטרודה RS4d40L3 ותא זרימה FC130L4-3G0 שניתן להפעילו בלחץ
חקר מקרה של מיצוי אולטרסוני של וניל
Jadhav et al. (2009) השוו בין מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE) לבין מיצוי סוקסלט. המחקר אישר כי מיצוי אולטרסוני מגביר במידה ניכרת את שחרור הוונילין בהשוואה למיצוי סוקסלט. הטיפול בשיטת סוקסלט דרש טמפרטורת עבודה של 95°C, יחס ממס:מומס של 66.67ml/g וזמן מיצוי של 8hrs, והביא לשחרור של כ־180ppm ונילין. למיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE) נדרש פרק זמן של 1hr בלבד לשחרור של כ־140ppm ונילין, תוך שימוש באותו יחס ממס:מומס בטמפרטורת החדר.
Rasoamandrary et al. (2013) השוו את יעילות מיצוי הוונילין באמצעות מכשיר אולטרסאונד בעל גשוש בהספק 100W (למשל UP100H), אמבט אולטרסוני ואמבט מים חמים. החוקרים הסיקו שהמכשיר האולטרסוני בעל הגשוש הוא כלי מיצוי רב עוצמה הודות לאולטרסאונד בעוצמה הגבוהה שהוא מפיק. לכן, המכשיר האולטרסוני בעל הגשוש עלה בביצועיו על שיטות המיצוי החלופיות בכך שהפיק תפוקות דומות או גבוהות יותר של ונילין בזמן מיצוי קצר משמעותית ובצריכה מופחתת של ממס (כלומר, אתנול).
ההשוואה בין שלוש שיטות המיצוי – גשוש אולטרסוני, אמבט אולטרסוני ומיצוי באמבט מים חמים – הראתה שמיצוי הוונילין היה היעיל ביותר בסוניקציה באמצעות גשוש, תוך שימוש באתנול בריכוז 40% (v/v), בטמפרטורת סביבה של 30°C ובזמן מיצוי של 1hr. המיצוי באמבט המים דרש אתנול בריכוז 50% (v/v), בטמפרטורה של 56°C למשך 15hrs.
UIP4000hdT – מכשיר מיצוי אולטרסוני בהספק 4kW לטיפול רציף בקו התהליך.
ציוד אולטרסוני למיצוי בביצועים גבוהים
Hielscher Ultrasonics מתמחה בייצור מעבדים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים להפקת תמציות צמחיות באיכות גבוהה.
מגוון המוצרים הרחב של Hielscher נע ממכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קטנים ורבי עוצמה ועד למערכות שולחניות עמידות ולמערכות תעשייתיות מלאות, המספקות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה למיצוי ולבידוד יעילים של חומרים פעילים ביולוגית (למשל קוורצטין, קפאין, כורכומין, טרפנים וכו'). כל המכשירים האולטרסוניים בהספקים שבין 200W לבין 16,000W מצוידים בצג צבעוני לבקרה דיגיטלית, בכרטיס SD משולב לתיעוד נתונים אוטומטי, בשליטה מרחוק באמצעות דפדפן ובתכונות רבות נוספות הנוחות למשתמש. הסונוטרודות ותאי הזרימה (החלקים הבאים במגע עם התווך) ניתנים לעיקור באוטוקלב וקלים לניקוי. כל המכשירים האולטרסוניים שלנו בנויים לפעולה 24/7, דורשים תחזוקה מועטה וקלים ובטוחים לתפעול.
צג צבעוני דיגיטלי מאפשר שליטה נוחה למשתמש במכשיר האולטרסוני. המערכות שלנו מסוגלות לספק משרעות מנמוכות ועד גבוהות מאוד. למיצוי פוליפנולים ותרכובות פעילות ביולוגית אחרות, כגון ונילין, אנו מציעים סונוטרודות אולטרסוניות מיוחדות (המוכרות גם כגשושים או כקרניים אולטרסוניות), המותאמות לבידוד עדין של חומרים פעילים באיכות גבוהה. עמידותו של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת פעולה 24/7 בעומס כבד ובסביבות תובעניות.
הבקרה המדויקת על פרמטרי התהליך האולטרסוני מבטיחה הדירות וסטנדרטיזציה של התהליך.
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 איתנו קשר! / שאלו אותנו!
מעבדים אולטרסוניים בהספק גבוה, מקנה מידה מעבדתי ועד לקנה מידה של מתקן פיילוט ולקנה מידה תעשייתי.
ספרות מקצועית/מקורות
- Velez Suaza, Catalina (2016): מיטוב גישה אנליטית המבוססת על כרומטוגרפיה נוזלית בביצועים גבוהים לאפיון תמצית וניל טבעית. עבודת גמר, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): מיצוי ונילין מתרמילי וניל: מחקר השוואתי של מיצוי סוקסלט קונבנציונלי ומיצוי בסיוע אולטרסאונד. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): מיצוי משופר של ונילין 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde מתרמילי וניל שעברו תהליך הבחלה באמצעות מיצוי בסיוע אולטרסאונד: השוואה בין מיצוי בסיוע אולטרסאונד למיצוי באמבט מים חמים.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): טכנולוגיית אולטרסאונד למיצוי מולקולות פעילות ביולוגית ממקורות צמחיים, מן החי וימיים. TrAC Trends in Analytical Chemistry, כרך 122, 2020.
עובדות שכדאי לדעת
עקרון הפעולה של מיצוי אולטרסוני
הפעלת גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה על תווך נוזלי גורמת לקוויטציה. תופעת הקוויטציה גורמת באופן מקומי לטמפרטורות, ללחצים ולקצבי חימום/קירור קיצוניים, להפרשי לחצים ולכוחות גזירה גבוהים בתווך. כאשר בועות קוויטציה קורסות על פני השטח של מוצקים (כגון חלקיקים, תאי צמח, רקמות וכו'), מיקרו־סילונים והתנגשויות בין חלקיקים יוצרים השפעות כגון קילוף פני השטח, ארוזיה ופירוק חלקיקים. נוסף על כך, קריסת בועות הקוויטציה בתווכים נוזליים יוצרת מערבולות בקנה מידה גדול וערבוב בקנה מידה זעיר.
איור 1: היווצרות בועות קוויטציה יציבות וחולפות.
(a) העתק, (b) קוויטציה חולפת, (c) קוויטציה יציבה, (d) לחץ
[adapted from Santos et al. 2009]
הקרנה אולטרסונית של חומר צמחי מפרקת את המטריצה של תאי הצמח למקטעים ומגבירה את ספיחת המים שלהם. Chemat et al (2015) מסיקים כי מיצוי אולטרסוני של תרכובות פעילות ביולוגית מחומרים צמחיים הוא תוצאה של מנגנונים שונים הפועלים בנפרד או במשולב, ובהם פירוק למקטעים, ארוזיה, נימיות, פירוק המבנה ויצירת נקבוביות באמצעות אולטרסאונד. השפעות אלו מפרקות את דופן התא, משפרות את מעבר המסה באמצעות דחיפת ממס לתוך התא ושאיבת ממס המכיל תרכובות צמחיות החוצה, ומבטיחות תנועת נוזל באמצעות ערבוב בקנה מידה זעיר.
מיצוי אולטרסוני מתאי צמח: חתך הרוחב המיקרוסקופי (TS) מציג את מנגנון הפעולה במהלך מיצוי אולטרסוני מתאים (הגדלה 2000x) [מקור: Vilkhu et al. 2011]
מיצוי אולטרסוני משיג בידוד מהיר מאוד של תרכובות – ועולה על שיטות מיצוי קונבנציונליות בזכות זמן תהליך קצר יותר, תפוקה גבוהה יותר וטמפרטורות נמוכות יותר. כטיפול מכני מתון, מיצוי בסיוע אולטרסאונד מונע פירוק תרמי של רכיבים פעילים ביולוגית ומצטיין בהשוואה לטכניקות אחרות כגון מיצוי קונבנציונלי בממס, זיקוק במים, או מיצוי בשיטת Soxhlet , הידועות כגורמות להרס מולקולות רגישות לחום. בזכות יתרונות אלו, מיצוי אולטרסוני הוא הטכניקה המועדפת לשחרור תרכובות פעילות ביולוגית הרגישות לטמפרטורה מחומרים צמחיים.
ונילין
וניל הוא חומר טעם מוערך, שניתן למצות מסחלבים מהסוג Vanilla, בעיקר מהמין המקסיקני, וניל שטוח־עלים (V. planifolia). התרכובות בעלות הטעם הייחודי של סחלב הווניל נמצאות בפרי שלו, הנוצר בעקבות האבקת הפרח. ממדי תרמילי הזרעים הללו הם בקירוב 1/3 x 6 אינץ', וצבעם בעת ההבשלה נע מאדום חום עד שחור. בתוך תרמילים אלו נמצא נוזל שמנוני מלא בזרעים זעירים. הן התרמיל והן הזרעים משמשים לייצור ונילין.
אף שוונילין הוא תרכובת הטעם העיקרית בצמח הווניל, תמצית וניל טהורה מכילה כמה מאות תרכובות טעם נוספות, התורמות לטעמה המורכב והעמוק.
תמצית וניל קיימת בשתי צורות: תמצית ונילין אמיתית מתרמיל זרעי הווניל, וונילין המסונתז בתעשייה. תמצית אמיתית מהתרמיל היא תערובת מורכבת של כמה מאות תרכובות שונות. התרכובת הכימית ונילין – 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde – היא התורמת העיקרית לטעם ולארומה האופייניים לווניל אמיתי והיא רכיב הטעם העיקרי בתרמילי וניל שעברו תהליך הבחלה. מלבד ונילין, תרכובות כימיות רבות אחרות כגון אצטאלדהיד, חומצה אצטית, פורפורל, חומצה הקסנואית, 4-hydroxybenzaldehyde, אאוגנול, מתיל צינמאט וחומצה איזובוטירית תורמות לארומה המורכבת של הווניל.
זני וניל
וניל בורבון או וניל בורבון–מדגסקר מופק מצמחי V. planifolia, הגדלים באיים באוקיינוס ההודי כגון מדגסקר, קומורו וראוניון, שנקרא בעבר איל בורבון. המונח "וניל בורבון" מתאר גם את ארומת הווניל הייחודית המופקת מ־V. planifolia.
וניל מקסיקני, המופק מ־V. planifolia המקומי, מיוצר בכמויות קטנות בהרבה. וניל מקסיקני מוכר ומשווק כווניל מארץ מוצאו, שכן מקורו של הצמח V. planifolia הוא במסואמריקה.
וניל טהיטי מגיע מפולינזיה הצרפתית ומופק מהצמח V. tahitiensis. ניתוח גנטי מראה שייתכן שמין זה הוא זן שמקורו בהכלאה בין V. planifolia ל־V. odorata.
וניל איי הודו המערבית מופק מ־V. pompona, הגדל בקריביים ובמרכז אמריקה ובדרום אמריקה.