वाइन का सोनिकेशन – वाइनरी में अल्ट्रासाउंड के अभिनव अनुप्रयोग

अल्ट्रासाउंड एक गैर-तापीय प्रसंस्करण विधि है, जिसका खाद्य उद्योग में पहले से ही व्यापक उपयोग होता है, क्योंकि इसका प्रयोग सौम्य होता है, लेकिन उत्पाद पर इसके प्रभाव महत्वपूर्ण होते हैं। वाइनरी के लिए सोनिकेशन के विभिन्न अनुप्रयोग हैं, जैसे स्वाद प्रदान करने वाले पदार्थों, फेनोलिक यौगिकों और रंगद्रव्यों का निष्कर्षण, परिपक्वन और एजिंग, ओक की लकड़ी से स्वाद देना तथा गैस निकालना।

वाइन एक मादक पेय है, जिसे सबसे अधिक अंगूरों से बनाया जाता है, लेकिन इसे अन्य फलों (जैसे सेब की वाइन, एल्डरबेरी की वाइन) या स्टार्च-आधारित सामग्रियों (जैसे चावल की वाइन, मक्का की वाइन) से भी बनाया जाता है।
वाइन एक लोकप्रिय उपभोक्ता वस्तु है, जिसके उत्पादन के लिए एक खर्चीली प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। गुणवत्तापूर्ण और उच्च गुणवत्ता वाली वाइन बनाना समय लेने वाला और इस कारण अधिक लागत वाला व्यवसाय माना जाता है। अंततः, वाइन निर्माता के हित में है कि वह किण्वन (अल्कोहल में रूपांतरण) और परिपक्वन (जटिल स्वाद और सुगंध प्रदान करने के लिए) को तेज करे तथा साथ ही वांछित स्वाद, सुगंध-समूह, मुखानुभूति और रंग वाला उच्च गुणवत्ता का मादक पेय तैयार करे।

वाइन प्रसंस्करण में अल्ट्रासोनिक्स के विभिन्न प्रभाव

वाइन पर प्रयुक्त उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड कई लाभकारी प्रभाव प्रदान करता है। इसके सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं: वाइन के सुगंध-समूह में स्वाद की तीव्रता बढ़ाना – फेनोलिक और सुगंधित यौगिकों जैसे स्वाद-समृद्ध घटकों को निकालकर –, ओक की लकड़ी से स्वाद देना, तथा परिपक्वन और एजिंग को तेज करना.

अंगूरों से सुगंधित और फेनोलिक यौगिकों का निष्कर्षण

अल्ट्रासाउंड, कोशिकाओं के भीतर मौजूद पादप सामग्री और सुगंधित यौगिकों के निष्कर्षण का एक सुप्रसिद्ध और सिद्ध साधन है। अल्ट्रासाउंड की यांत्रिक क्रिया ऊतक में विलायकों के विसरण में सहायता करती है। चूँकि अल्ट्रासाउंड कैविटेशन के अपरूपण बलों से कोशिका भित्ति को यांत्रिक रूप से तोड़ता है, इसलिए यह कोशिका से विलायक में पदार्थों के स्थानांतरण को सुगम बनाता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन से कणों का आकार घटने पर ठोस और द्रव प्रावस्थाओं के बीच संपर्क का सतह क्षेत्र बढ़ जाता है।
अंगूर पॉलीफेनॉल की प्रचुरता के लिए प्रसिद्ध हैं और इसी कारण इनकी माँग रहती है। अंगूर के ये फेनोलिक यौगिक (जैसे एकलकी फ्लैवनॉल, द्विलकी, त्रिलकी और बहुलकी प्रोसायनिडिन तथा फेनोलिक अम्ल) अपने मुक्त मूलक-रोधी और एंटीऑक्सीडेंट गुणों के लिए जाने जाते हैं। रासायनिक दृष्टि से इन्हें दो उपश्रेणियों में बाँटा जा सकता है: फ्लैवोनॉइड और गैर-फ्लैवोनॉइड। वाइन में सबसे महत्वपूर्ण फ्लैवोनॉइड एंथोसायनिन और टैनिन हैं, जो रंग, स्वाद और मुखानुभूति में योगदान देते हैं। गैर-फ्लैवोनॉइड में रेस्वेराट्रॉल जैसे स्टिलबीन और बेंज़ोइक, कैफिक तथा सिनैमिक अम्ल जैसे अम्लीय यौगिक शामिल हैं। इन सभी फेनोलिक यौगिकों का अधिकांश भाग अंगूर के छिलके और बीजों में पाया जाता है। तीव्र अल्ट्रासोनिक बल अंगूर के बीजों और छिलके से मूल्यवान घटकों का कुशलतापूर्वक निष्कर्षण करने में सक्षम हैं।
Cocito et al. (1995) के अध्ययन में, अल्ट्रासोनिकेशन को अंगूर के कच्चे रस (मस्ट) और वाइन से सुगंधित यौगिकों के निष्कर्षण की एक तीव्र, पुनरावर्तनीय और रैखिक प्रक्रिया के रूप में दर्शाया गया है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण से प्राप्त यौगिकों की सांद्रताएँ C18 कॉलम निष्कर्षण (रेज़िन निष्कर्षण) से प्राप्त सांद्रताओं से अधिक थीं।
अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के लाभों को समेटें तो अल्ट्रासाउंड, उच्च जलस्थैतिक दाब (HP), संपीड़ित कार्बन डाइऑक्साइड (cCO2), अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड (ScCO2) और उच्च विद्युत क्षेत्र स्पंदों (HELP) जैसे पारंपरिक गैर-तापीय निष्कर्षण साधनों का एक सस्ता, सरल और कुशल विकल्प है। एक अतिरिक्त लाभ यह है कि अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण को – ऊपर बताए गए विकल्पों के विपरीत – आसानी से प्रयोगशाला या बेंच-टॉप स्तर पर जाँचा जा सकता है। ये परीक्षण पुनरुत्पादनीय परिणाम देते हैं, इसलिए बाद में पैमाना बढ़ाने पर इष्टतम सेटिंग खोजने के लिए अतिरिक्त प्रयासों की आवश्यकता नहीं होती। पूर्ण व्यावसायिक उत्पादन के लिए, विश्वसनीय हेवी-ड्यूटी अल्ट्रासोनिकेटर प्रति इकाई 16,000 वाट तक की शक्ति के साथ बहुत अधिक आयतन वाली प्रवाह धाराओं के सोनिकेशन उपचार को संभव बनाते हैं।

वाइन को ओक की लकड़ी से स्वाद देने के लिए अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण

ओकिंग के चरण में, वाइन बैरल की लकड़ी (पारंपरिक ओकिंग) या उसमें मिलाए गए लकड़ी के चिप्स, लकड़ी की छड़ियों/तख्तों या ओकिंग पाउडर (वैकल्पिक ओकिंग) के संपर्क में आती है। ओकिंग (स्वाद देने) के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली लकड़ी – जैसा कि इस प्रक्रिया के नाम से स्पष्ट है – ओक (quercus) है। कम इस्तेमाल की जाने वाली अन्य लकड़ियों में, उदाहरण के लिए, चेस्टनट, पाइन, रेडवुड, चेरी या अकासिया शामिल हैं। वाइन के स्वाद और सुगंध-समुच्चय पर गहरा प्रभाव डालने के लिए लकड़ी के रासायनिक गुणों का उपयोग किया जाता है। ओक में मौजूद फिनॉल वाइन के साथ परस्पर क्रिया करके वनीला, कैरेमल, क्रीम, मसालों या मिट्टी जैसे स्वाद उत्पन्न करते हैं। एलैजिटैनिन (जल-अपघटनीय टैनिन), जो लकड़ी में लिग्निन की संरचनाओं से प्राप्त होते हैं, एक बहुत महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं, क्योंकि वे वाइन को ऑक्सीकरण और अपचयन से बचाते हैं।
अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण वाइन की ओकिंग के चरण में उपयोगी है, क्योंकि अल्ट्रासाउंड द्वारा उत्पन्न उच्च दाब और निम्न दाब के चक्र पाउडर, चिप्स, छड़ियों या तख्तों की काष्ठ संरचना में द्रव का प्रवेश बढ़ाते हैं। इससे द्रव्यमान स्थानांतरण स्पष्ट रूप से बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप ओकिंग की अवधि घटती है और स्वाद के संबंध में बेहतर परिणाम मिलते हैं। यदि वाइन में ओक पाउडर या लकड़ी के स्वाद वाले आसुत पदार्थ (वैकल्पिक ओकिंग) मिलाए जाते हैं, तो अल्ट्रासोनिक बल वाइन में कणों या बूंदों का अत्यंत महीन परिक्षेपण करते हैं, जिससे सतह का गीलापन और संपर्क बेहतर होता है। उत्कृष्ट स्वाद और मुँह में सुखद अनुभूति प्राप्त करने के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है और मादक पेय की गुणवत्ता में योगदान देता है। वाइन निर्माण में बैरल में रखने और परिपक्वन में अधिक समय और लागत लगती है, इसलिए अल्ट्रासाउंड एक असाधारण रूप से आकर्षक प्रसंस्करण विधि है, क्योंकि Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की प्रभावशाली विशेषताएँ हैं – कम निवेश लागत, आसान कार्यान्वयन और उत्कृष्ट ऊर्जा दक्षता.

वाइन के परिपक्वन के दौरान अल्ट्रासाउंड-सहायित विगुच्छन

वाइन की पारंपरिक, अधिक समय लेने वाली परिपक्वन प्रक्रिया के दौरान वाइन में विभिन्न अणुओं की अभिक्रियाएँ होती हैं। इसका अर्थ है कि अणु अपनी आपसी क्रियाओं के अनुसार बदलते हैं। इस आणविक परिवर्तन का समय और परिणाम वाइन के घटकों और उसके परिवेश पर निर्भर करते हैं। सामान्यतः यह स्वीकार किया जाता है कि मादक पेयों में अल्कोहल परिक्षेपित होता है, लेकिन इसका अर्थ यह नहीं है कि अणुओं का मिश्रण हो जाएगा। चूँकि वाइन में बंधन और मिश्रण जैसी अभिक्रियाओं के लिए स्वाभाविक रूप से केवल कम ऊर्जा उपलब्ध होती है, इसलिए प्राकृतिक परिवर्तन अधिकतर अधूरे रह जाते हैं। यद्यपि घटक परस्पर क्रिया करने, जुड़ने और आणविक गुणों को बदलने की प्रवृत्ति रखते हैं, फिर भी उपलब्ध ऊर्जा कम होने के कारण वे आणविक स्तर पर पूर्ण परस्पर क्रिया, रूपांतरण या बंधन नहीं कर पाते।
जब वाइन का सोनिकेशन किया जाता है (जिसका अर्थ है द्रव में ऊर्जा का निवेश), तो घटकों का परिक्षेपण अधिक सुसंगत और एकसमान होता है। सोनिकेशन से बहुत कम उपचार समय में वाइन एक समांगी द्रव बन जाती है, जिसकी भंडारण अवधि अधिक होती है। समांगता अणुओं के बीच अधिक परस्पर क्रिया और इस प्रकार अधिक पूर्ण आणविक परिवर्तन संभव बनाती है। इसका अर्थ है स्वाद और गुणवत्ता में सुधार।

परिक्षेपण: बोतलों में भरने से पहले, अधिकांश वाइन का उपचार परिरक्षकों (जैसे पोटैशियम बाइसल्फेट, सोडियम बाइसल्फेट), सफाई करने वाले पदार्थों, रंग देने वाले पाउडरों तथा अन्य निर्मलीकरण और सुधारक पदार्थों जैसे योजकों से किया जाता है। इन योजकों का उपयोग समय से पहले भूरापन आने और खराब होने से बचाने, वाइन की गुणवत्ता सुधारने, कमियाँ दूर करने या किण्वन प्रक्रिया में सहायता करने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन से इन योजकों को वाइन में बहुत एकसमान रूप से परिक्षेपित किया जा सकता है, जिससे प्रसंस्करण के बेहतर परिणाम प्राप्त होते हैं। अंततः इससे उच्चतर गुणवत्ता और बेहतर स्वाद मिलता है – यही हर वाइन निर्माता का प्रयास होता है।

सक्रिय यौगिकों का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण

वाइन में स्वास्थ्य के लिए लाभकारी अनेक प्रकार के सक्रिय यौगिक होते हैं, जैसे टैनिन, फीनोलिक यौगिक, फ्लेवोनॉइड और अन्य यौगिक, जो औषधि, खाद्य और सौंदर्य प्रसाधन उद्योगों में उपयोग किए जाने वाले मूल्यवान घटक हैं।
अंगूर और अंगूर के उपोत्पादों से पॉलीफीनॉल, एंथोसायनिडिन, प्रोएंथोसायनिडिन और अन्य जैवसक्रिय यौगिकों जैसे पादपरसायनों के निष्कर्षण के बारे में और पढ़ें!

पूरक विवेचन

चावल की वाइन और मक्के की वाइन का परिपक्वन: Chang et al. (2002) ने चावल की वाइन और मक्के की वाइन पर अपने अध्ययन में पाया कि वाइन के सोनिकेशन से होने वाले परिपक्वन के प्रभाव वाइन के प्रकार पर निर्भर करते हैं। चावल की वाइन का अल्ट्रासोनिक परिपक्वन pH मान, अल्कोहल की मात्रा, एसीटैल्डिहाइड, स्वाद और संवेदी गुणों के संदर्भ में मक्के की वाइन के अल्ट्रासाउंड-सहायित परिपक्वन से उल्लेखनीय रूप से बेहतर था। चावल की वाइन और मक्के की वाइन, दोनों के लिए परिपक्वन का समय काफी कम हो गया (1 वर्ष से घटकर 1 सप्ताह या 3 दिन)।

औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर प्रवाह वाले रिएक्टरों से सुसज्जित हैं, जिनका उपयोग वाइन और जूस के सोनिकेशन के लिए किया जाता है.

Hielscher के अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर

Hielscher उच्च गुणवत्ता और उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक उपकरणों का अग्रणी आपूर्तिकर्ता है। Hielscher द्वारा निर्मित अल्ट्रासोनिक उपकरणों का उपयोग उद्योग और अनुसंधान के अनेक क्षेत्रों में प्रयोगशाला के नमूनों, पायलट पैमाने पर प्रसंस्करण या पूर्ण पैमाने पर उत्पादन के लिए किया जाता है। प्रत्येक प्रक्रिया में सर्वोत्तम प्रदर्शन और उसके अनुरूप समायोजन के लिए, Hielscher किसी भी तरल आयतन के सोनिकेशन हेतु अल्ट्रासोनिक उपकरणों की एक विस्तृत शृंखला प्रदान करता है, जो कुछ माइक्रोलीटर से लेकर प्रति घंटे सैकड़ों घनमीटर तक के लिए उपयुक्त हैं। छोटे पैमाने पर अल्ट्रासोनिक उपकरणों की प्रक्रिया दक्षता का आसानी से परीक्षण किया जा सकता है। आमतौर पर, UIP1000hd (1kW) का उपयोग 0.5L से 1000L प्रति घंटे तक की प्रवाह दरों के लिए प्रक्रिया विकास में किया जाता है। इस पैमाने पर, आयाम, दबाव और प्रवाह दर को बदलकर प्रसंस्करण दक्षता को अनुकूलित किया जा सकता है। उत्पादन लाइन में अल्ट्रासाउंड प्रणाली की स्थापना या उसे बाद में जोड़ना, साथ ही उसका संचालन और रखरखाव सरल और कठिनाई रहित हैं।

तरल पदार्थों में अल्ट्रासोनिक्स

उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड तरल पदार्थों में कैविटेशन उत्पन्न करता है। कैविटेशन बुलबुलों के अंतःस्फोट के दौरान स्थानीय स्तर पर अत्यंत उच्च बल उत्पन्न होते हैं: कैविटेशन के “हॉट स्पॉट” में बहुत उच्च तापमान (लगभग 5,000K) और दबाव (लगभग 2,000atm) प्राप्त होते हैं। कैविटेशन बुलबुले के अंतःस्फोट से 280m/s तक के वेग वाले तरल जेट भी बनते हैं। जब ये तीव्र बल तरल में कार्य करते हैं, तो वे विभिन्न प्रभाव उत्पन्न करते हैं। अल्कोहल युक्त तरल में, अल्ट्रासोनिकेशन अल्कोहल, ऐल्डिहाइड, एस्टर और ओलेफिन के ऑक्सीकरण, बहुलकीकरण और संघनन को तेज करता है, जिससे नए यौगिक बनते हैं जो अधिक और बेहतर स्वाद तथा सुगंध-समूह उत्पन्न करते हैं।
वाइन निर्माण (विनीफिकेशन) के लिए सबसे दिलचस्प अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों में विशेष रूप से अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण, समूहन और परिक्षेपण का उल्लेख किया जाना चाहिए। ये प्रभाव सोनिकेशन को वाइन और अन्य पेय पदार्थों के लिए इतना प्रभावी प्रसंस्करण तरीका बनाते हैं।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: