Vina bogata polifenolima uz ultrazvuk velike snage
Ultrazvučna obrada poboljšava ekstrakciju fenolnih spojeva iz grožđa u mošt, što pridonosi ukupnom sadržaju polifenola – čime se poboljšava daljnji proces starenja vina. Primjena ultrazvuka velike snage daje veće prinose ekstrakcije i ubrzava dozrijevanje vina. Stoga je ultrazvuk velike snage odobrena metoda za obradu zgnječenog grožđa te se primjenjuje za ekstrakciju polifenola, starenje / dozrijevanje vina i obradu hrastovinom.
Ultrazvuk velike snage za ekstrakciju polifenola i dozrijevanje vina
Mehanizam djelovanja ultrazvuka u proizvodnji vina temelji se na ultrazvučnoj / akustičnoj kavitaciji. Velike smične sile nastale kavitacijom razaraju stanične strukture i proširuju pore u staničnim stijenkama. To dovodi do oslobađanja unutarstaničnog materijala (npr. škroba, enzima, proteina, fenolnih sastojaka). Sonomehaničke sile ultrazvučnih valova potpomažu raspodjelu otapala u tkivu i prodiranje otapala u stanični materijal, što dovodi do znatno povećanog prijenosa tvari. Osim toga, sonikacija potiče biokemijske reakcije poput polimerizacije i kondenzacije polifenola te izaziva mikrooksigenaciju. Svi ti učinci ultrazvuka pridonose starenju i dozrijevanju vina.
Ultrazvuk velike snage za starenje i dozrijevanje vina: Ultrazvučni sustav UIP4000hdT koristi se u industrijskoj proizvodnji vina.
Mehanizam razaranja stanične stijenke (a) razaranje stanične stijenke uslijed kavitacije. (b) difuzija otapala u staničnu strukturu.
(Grafički prikaz prilagođen prema Shirsath et al., 2012)
Ultrazvučna ekstrakcija polifenola iz grožđa
Polifenoli u vinu: U vinima su polifenoli i kvaliteta vina usko povezani. Ti sekundarni metaboliti grožđa znatno utječu na organoleptička svojstva vina, a time i na čimbenike kvalitete poput boje, trpkosti i gorčine. Ultrazvučna obrada za ekstrakciju polifenola tijekom procesa proizvodnje vina (npr. sonikacija mošta prije fermentacije) i tijekom starenja vina (s kontaktom s drvom ili bez njega) izaziva beskonačne reakcije koje dovode do složenih pretvorbi (mikrooksigenacije, kopigmentacije, cikloadicije, polimerizacije i oksidacije) polifenola i tanina.
Sonikacija mošta prije fermentacije vina
Primjenom ultrazvuka na mošt povećava se oslobađanje polifenola iz pulpe grožđa. Budući da akustična kavitacija – koja je načelo djelovanja sonikacije – vrlo učinkovito razara stanične strukture i otvara unutarstanične strukture, iz grožđa i kožice grožđa oslobađa se znatno više bioaktivnih spojeva nego pri tradicionalnom prešanju. Ti bioaktivni spojevi uključuju aromatske spojeve, pigmente i tvari koje povoljno djeluju na zdravlje, poput tanina, antocijana, flavan-3-ola, proantocijanidina i flavonola; stilbenoide poput resveratrola; fenolne kiseline poput benzojeve, kavene i cimetne kiseline; katehine te, među ostalim, vinsku i jabučnu kiselinu. Osim toga, ekstrahiraju se prirodni šećeri poput glukoze i fruktoze, koji su ključni za proces fermentacije u proizvodnji vina. Sonikacija se može primijeniti u različitim fazama proizvodnje vina. García-Martín i Sun (2013) u svojem istraživanju predstavljaju ultrazvuk kao tehniku brzog starenja koja bi mogla dati vina s većim sadržajem antocijana i smanjenim sadržajem tanina, što se smatra pozitivnim za proizvodnju visokokvalitetnih vina. Mnoga su istraživanja dokazala pozitivne učinke ultrazvuka velike snage tijekom proizvodnje vina. Stoga se sonikacija smatra jednom od najperspektivnijih tehnologija za više namjena u procesima proizvodnje vina. Nadalje, ultrazvuk je službeno odobrena metoda za primjenu na zgnječenom grožđu. (usp. Natolino i Celotti, 2022)
Istraživanja pod vodstvom prof. Thomasa Kleinschmidta s visokoškolske ustanove Hochschule Anhalt, Srednjonjemačkog instituta za istraživanje vina, jasno pokazuju značajno povećanje sadržaja polifenola u sonikacijom obrađenom vinu. Primjerice, u njemačkom crnom vinu sorte Blauer Zweigelt sadržaj polifenola povećan je za više od 40%. Za potrebe istraživanja sonikacijom je obrađeno 1,5L crnog vina Blauer Zweigelt pri postavci amplitude od 100% (amplituda 43 μm, površina sonotrode 9 cm2). Ekstinkcija za crveno obojenje mjerena je pri 520 nm. Folin-Ciocalteuov test upotrijebljen je za mjerenje ukupnog sadržaja polifenola izraženog u ekvivalentima katehina te je pokazao povećanje ukupnog sadržaja polifenola za 40%.
Ultrazvučna obrada mošta prije fermentacije vina povećava sadržaj polifenola do 40%.
(Istraživanje i grafikon: © Prof. Th. Kleinschmidt, Hochschule Anhalt)
- intenzivnije arome
- više polifenola
- tamnija boja
- manja trpkost
- viši HCl indeks
- mekši, zaokruženiji osjet u ustima
Ultrazvuk se upotrebljava za povećanje prinosa polifenola iz mošta. Osim toga, ultrazvučna obrada može dovesti do starenja vina u roku od nekoliko minuta.
Još jedno istraživanje Natolina i Celottija (2022) također je pokazalo vrhunsku kvalitetu vina nakon ultrazvučne obrade. Istraživači sa Sveučilišta u Udinama u Italiji upotrijebili su Hielscher ultrazvučni uređaj UP200St sa sonotrodom S26d14 kako bi istražili učinke sonikacije na crno vino. Kao što pokazuju grafikoni u nastavku, ultrazvuk povećava HCl indeks svih uzoraka obrađenih sonikacijom s vrijednosti 68,06 ± 1,72 za neobrađeni uzorak na 73,78 ± 1,52 kao srednju vrijednost obrađenih uzoraka. Nije bilo moguće utvrditi jasan trend između povećanja amplitude i trajanja sonikacije, iako se može uočiti značajno povećanje HCl indeksa između uzoraka obrađenih sonikacijom pri 30% tijekom 2 min (71,59 ± 1,06) i pri 90% tijekom 10 min (74,25 ± 1,53). Istodobno, ultrazvuk smanjuje trpkost s 91,8 ± 1,2 za neobrađeno vino na 82,7 ± 3,7 kao srednju vrijednost uzoraka obrađenih sonikacijom (vidjeti grafikone s desne strane).
Sonikacijom se smanjuje veličina čestica koloidnih tvari, poput tanina i polisaharida, što pridonosi poboljšanoj stabilnosti i konačnim osjetilnim doživljajima.
- intenzivnijim aromatskim bukeom
- većim sadržajem polifenola
- tamnijom bojom
- manjom trpkošću
- višim HCl indeksom
- mekšim, zaokruženijim osjetom u ustima
Ultrazvučno odležavanje i sazrijevanje vina
Ultrazvučni valovi ubrzavaju odležavanje vina primjenom isključivo fizikalnih, takozvanih sonomehaničkih sila. Ako se prilagodi sorti grožđa i vrsti vina, sonikacija može povećati brzinu reakcije kondenzacije između antocijanina i tanina, skraćujući uobičajeno vrijeme prirodnog razvoja boje vina, čime se smanjuje vrijeme potrebno za odležavanje vina.
Ultrazvučno ubrzano sazrijevanje vina: istraživanje prof. Th. Kleinschmidta pokazuje povoljnu promjenu arome spoja 3-Methyl-1Butanol u crnom vinu pri sonikaciji u prisutnosti drvne sječke American Blend. (ultrazvučni uređaj UIP2000hdT)
HCl indeks (A), indeks trpkosti (B) i veličina čestica (C) – kutijasti dijagrami netretiranih (kontrola) i soniciranih uzoraka pri različitim razinama amplitude (30, 60 i 90%) i vremenima sonikacije (2, 6 i 10 min) uz primjenu ultrazvučnog uređaja UP200St.
(Istraživanje i tablica: © Natolino i Celotti, 2022)
Ultrazvučno odležavanje vina uz primjenu enoloških tanina
Enološki tanini, ekstrahirani iz hrastova drva, sjemenki i kožice grožđa, biljnih šiški, kestena, quebracha, gambira i plodova mirobalana, mogu se dodavati u različitim fazama proizvodnje vina radi poboljšanja profila okusa i postojanosti boje. Sonikacija može pospješiti odležavanje vina uz primjenu enoloških tanina. Ultrazvučna obrada hrastovinom znatno je ubrzan postupak prijenosa tanina i spojeva okusa iz hrastovih dužica ili sječke. Vina odležana uz hrastovinu primjenom ultrazvuka nude izvrstan profil okusa koji se razvija tijekom kratke obrade od nekoliko minuta u usporedbi s višemjesečnim odležavanjem u bačvi. Ultrazvučna ekstrakcija oslobađa spojeve arome hrastovine (npr. vanillan, eugenol, izoeugenol, furfural, 5-metilfurfural, gvajakol, 4-methulguaiacol) povećanim prijenosom mase.
Ultrazvučni uređaji visokih performansi za industrijsku proizvodnju vina
Procesori Hielscher Ultrasonics dobro su etablirani u području proizvodnje vina i odležavanja jakih alkoholnih pića. Vinari – kako ekskluzivni butikni vinogradi tako i veliki proizvođači vina – u širokom asortimanu opreme Hielscher pronalaze idealnu opremu za sonikaciju koja zadovoljava njihove proizvodne zahtjeve za ekstrakciju polifenola iz vina i sazrijevanje vina. Sustavi za šaržne i kontinuirane protočne procese odmah su dostupni i mogu se otpremiti istoga dana.
Automatsko bilježenje podataka
Kako bi se zadovoljili standardi proizvodnje prehrambenih proizvoda i pića, proizvodni procesi moraju se detaljno pratiti i bilježiti. Digitalni ultrazvučni uređaji Hielscher Ultrasonics imaju funkciju automatskog bilježenja podataka. Zahvaljujući toj pametnoj funkciji, svi važni procesni parametri, poput ultrazvučne energije (ukupne i neto energije), temperature, tlaka i vremena, automatski se pohranjuju na ugrađenu SD karticu čim se uređaj uključi. Praćenje procesa i bilježenje podataka važni su za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitetu proizvoda. Pristupom automatski zabilježenim procesnim podacima možete pregledati prethodne cikluse sonikacije i procijeniti rezultate.
Još jedna funkcija prilagođena korisniku jest daljinsko upravljanje našim digitalnim ultrazvučnim sustavima putem preglednika. Daljinskim upravljanjem putem preglednika možete s bilo kojeg mjesta pokrenuti, zaustaviti, prilagoditi i nadzirati svoj ultrazvučni procesor.
Ispunjavanje najviših standarda kvalitete – projektirano i proizvedeno u Njemačkoj
Sofisticirani hardver i pametni softver Hielscher ultrazvučnih uređaja osmišljeni su kako bi jamčili pouzdane rezultate ultrazvučne ekstrakcije iz vaših biljnih sirovina, uz ponovljive ishode te siguran rad prilagođen korisniku. Robusnost, pouzdanost, rad 24/7 pod punim opterećenjem i jednostavno rukovanje iz perspektive radnika dodatni su čimbenici kvalitete zbog kojih su Hielscher ultrazvučni uređaji poželjan izbor.
Ekstraktori Hielscher Ultrasonics upotrebljavaju se diljem svijeta za visokokvalitetnu ekstrakciju u proizvodnji hrane i pića. Hielscher ultrazvučni uređaji, koji dokazano ostvaruju visoke prinose i vrhunsku kvalitetu, ne upotrebljavaju se samo kod manjih butiknih proizvođača vina, nego ponajviše u industrijskoj proizvodnji vina namijenjenih komercijalnoj distribuciji. Zahvaljujući robusnom hardveru i pametnom softveru, Hielscher ultrazvučnim procesorima lako je rukovati i nadzirati ih.
Hielscher Ultrasonics u Teltowu u Njemačkoj obiteljsko je poduzeće kojim upravljaju vlasnici. Hielscher Ultrasonics ima ISO certifikat. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji sukladni su zahtjevima CE te ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Tablica u nastavku prikazuje približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| nije primjenjivo | 2 do 15L/min | UIP6000hdT |
| nije primjenjivo | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| nije primjenjivo | veći | skup uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje, dispergiranje, emulgiranje i ekstrakciju u laboratorijskom, pilotnom i industrijskom mjerilu.
Literatura / Reference
- Parthey, Beatrix; Lenk, Matthias; Kleinschmidt, Thomas (2014): Ultraschallbehandlung von Traubenmaische und Wein. Präsentation der Hochschule Anhalt, Mitteldeutsches Institut für Weinforschung, 2014.
- Andrea Natolino, Emilio Celotti (2022): Ultrasound treatment of red wine: Effect on polyphenols, mathematical modeling, and scale-up considerations. LWT Volume 154, 2022.
- Ceferino Carrera; Ana Ruiz-Rodríguez; Miguel Palma; Carmelo G. Barroso (2012): Ultrasound assisted extraction of phenolic compounds from grapes. Analytica Chimica Acta 732, 2012. 100–104.
- Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
Korisne činjenice
Bioaktivne tvari u vinu
Sadržaj fenola u vinu odnosi se na fenolne spojeve – prirodni fenol i polifenole, koji obuhvaćaju veliku skupinu od nekoliko stotina kemijskih spojeva koji utječu na okus, boju i osjet vina u ustima. Ti spojevi uključuju fenolne kiseline, stilbenoide, flavonole, dihidroflavonole, antocijane, monomere flavanola (katehine) i polimere flavanola (proantocijanidine). Ta velika skupina prirodnih fenola može se općenito podijeliti u dvije kategorije: flavonoide i neflavonoide. Flavonoidi uključuju antocijane i tanine koji pridonose boji i osjetu vina u ustima. Neflavonoidi uključuju stilbenoide poput resveratrola i fenolne kiseline poput benzojeve, kavene i cimetne kiseline.
Polifenoli
Polifenoli su sekundarni metaboliti koji se nalaze u biljkama. Kao bioaktivne tvari, polifenoli se mogu razvrstati u biljne pigmente, sastavnice arome, zaštitne tvari za fotosintetski sustav ili gradivne jedinice biopolimera (npr. lignina i suberina). Skupina polifenola uključuje flavonoide i antocijane, procijanidine, derivate benzojeve kiseline (npr. hidroksibenzojeve kiseline poput vanilinske kiseline, trihidroksibenzojeve kiseline poput galne kiseline i dihidroksibenzojeve kiseline poput protokatehinske kiseline), derivate cimetne kiseline (hidroksicimetne kiseline poput kavene kiseline i p-kumarinske kiseline) i derivate stilbena (npr. resveratrol).
Do danas je u biljkama identificirano više od 8000 polifenolnih spojeva.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi u veličinama od laboratorijskih do industrijskih.