Sonikacija vina – Inovativne primjene ultrazvuka u vinarijama

Ultrazvuk je netermalna metoda obrade, koja se već široko koristi u prehrambenoj industriji zbog blage primjene, ali značajnih učinaka na proizvod. Za vinarije, sonikacija nudi različite primjene kao što su ekstrakcija aroma, fenola i bojila, sazrijevanje & starenje, hrastovinu kao i otplinjavanje.

Vino je alkoholno piće, najčešće napravljeno od grožđa, ali i od drugog voća (npr. vino od jabuka, vino od bazge) ili materijala na bazi škroba (npr. rižino vino, kukuruzno vino).
Vino je omiljeno potrošačko dobro čija proizvodnja zahtijeva raskošan proces. Proizvodnja kvalitetnih i kvalitetnih vina poznata je kao dugotrajan, a samim time i skup posao. Konačno, vinarima je u interesu da ubrzaju vrenje (pretvorba u alkohol) i sazrijevanje (kako bi se dali složeni okusi i arome) i u isto vrijeme proizveli visokokvalitetno piće sa željenim okusom, mirisom, okusom i bojom.

Različiti učinci ultrazvuka u preradi vina

Snažni ultrazvuk primijenjen na vino nudi mnoge korisne učinke. Najvažnije primjene uključuju intenziviranje okusa vinskog bouqueta ekstrakcijom komponenti bogatih okusom, kao što su fenoli i aromati, hrastovina, i ubrzanje sazrijevanje & starenje.

Ekstrakcija aromatskih i fenolnih spojeva iz grožđa

Ultrazvuk je dobro poznato i dokazano sredstvo za ekstrakciju unutarstaničnog biljnog materijala i aromatskih spojeva. Mehanička aktivnost ultrazvuka podržava difuziju otapala u tkivo. Budući da ultrazvuk mehanički razbija staničnu stijenku kavitacijskim silama smicanja, olakšava prijenos iz stanice u otapalo. Smanjenje veličine čestica ultrazvučnom kavitacijom povećava površinu u kontaktu između krute i tekuće faze.
Grožđe je poznato i traženo zbog svog bogatstva polifenolima. Ovi fenolni spojevi (kao što su monomerni flavanoli, dimerni, trimerni i polimerni procijanidini kao i fenolne kiseline) grožđa poznati su po svojim antiradikalnim i antioksidativnim svojstvima. Kemijski se mogu podijeliti u dvije podkategorije: flavonoidi i neflavonoidi. Najvažniji flavonoidi u vinu su antocijanini i tanini koji doprinose boji, okusu i osjećaju u ustima. Među neflavonoidima su stilbeni poput resveratrola i kiseli spojevi, poput benzojeve, kavene i cimetne kiseline. Većina ovih fenolnih spojeva sadržana je u kožici i sjemenkama grožđa. Intenzivne ultrazvučne sile sposobne su učinkovito izvući vrijedne sastojke iz sjemenki i kožice grožđa.
U studiji Cocito i sur. (1995), ultrazvuk je prikazan kao brz, ponovljiv i linearan proces za ekstrakciju aromatskih spojeva u moštu i vinu. Dobiveni rezultati koncentracija spojeva ultrazvučnom ekstrakcijom bili su viši od onih ekstrakcije na koloni C18 (ekstrakcija smolom).
Sažimajući prednosti ultrazvučne ekstrakcije, ultrazvuk je jeftina, jednostavna i učinkovita alternativa konvencionalnim netermalnim sredstvima ekstrakcije, kao što su visoki hidrostatski tlak (HP), komprimirani ugljični dioksid (cCO2) i superkritični ugljični dioksid (ScCO2) i visoki impulsi električnog polja (HELP). Daljnja prednost je činjenica da se ultrazvučna ekstrakcija – za razliku od gore navedenih alternativa – može lako testirati u laboratorija ili stolna vaga. Ova ispitivanja daju ponovljive rezultate tako da sljedeće povećanje ne zahtijeva daljnje napore u pronalaženju optimalne postavke. Za punu komercijalnu proizvodnju, pouzdan TEŠKI ULTRAZVUČNI UREĐAJI s do 16.000 vata po jedinici omogućuju obradu ultrazvukom strujanja vrlo velikog volumena.

Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom za hrastovinu vina

Tijekom faze hrastenja, vino dolazi u kontakt s drvom bačve (tradicionalno hrastovanje) ili s dodanim iverjem, drvenim štapićima/dugama ili prahom za hrastovinu (alternativno hrastovanje). Najčešće drvo za hrastovinu (aromatiziranje) je – prema nazivu postupka – hrast (quercus). Ostale vrste drva, koje se rjeđe koriste, su npr. kesten, bor, sekvoja, trešnja ili bagrem. Kemijska svojstva drva koriste se za postizanje dubokih učinaka u pogledu okusa i bukea vina. Fenoli sadržani u hrastu stupaju u interakciju s okusima vina, poput vanilije, karamele, vrhnja, začina ili zemljanih okusa. Vrlo važan učinak imaju elagitanini (hidrolizabilni tanin), koji potječu iz ligninskih struktura u drvu, jer štite vino od oksidacije i redukcije.
Ultrazvučna ekstrakcija je korisna za fazu hrastenja vina zbog činjenice da će prodiranje tekućine u drvenu strukturu praha, strugotine, štapića ili letvica biti poboljšano ciklusima visokog i niskog tlaka koje stvara ultrazvuk. Kako će se na taj način prijenos mase znatno povećati, to podrazumijeva kraće vrijeme pečenja i bolje rezultate u pogledu okusa. Ako se u vino primijeni hrastov prah ili destilati arome drva (alternativna hrastovina), ultrazvučne sile osiguravaju vrlo finu disperziju čestica ili kapljica u vinu kako bi se poboljšalo površinsko vlaženje i izloženost. Ovo je vrlo važno za postizanje visokog okusa i osjeta u ustima te doprinosi kvaliteti alkoholnog pića. Činjenica da punjenje u bačve i odležavanje predstavlja produljeni vremenski i troškovni faktor u vinifikaciji, čini ultrazvuk iznimno zanimljivom metodom obrade jer Hielscher ultrazvučni uređaji uvjeravaju niskim troškovima ulaganja, jednostavnom implementacijom i izvanrednim energetska učinkovitost.

Deaglomeracija potpomognuta ultrazvukom tijekom starenja vina

Tijekom tradicionalnog dugotrajnog procesa starenja vina, u vinu dolazi do reakcija različitih molekula. To znači da se molekule mijenjaju u skladu s međusobnom interakcijom. Vrijeme i rezultat ove molekularne promjene ovisi o sastojcima vina i njegovoj okolini. Obično se odobrava da se alkohol raspršuje u likerima, ali to ne znači da će se postići miješanje molekula. Kao što je u vinu prirodno samo niska energija za reakcije – budući da je vezanje i miješanje dostupno, stupanj prirodnih promjena uglavnom će biti nedovršen. Dok sastojci imaju tendenciju međusobnog djelovanja, vezivanja i promjene molekularnih svojstava, oni ne mogu ostvariti apsolutnu interakciju, pretvorbu ili vezivanje na molekularnoj razini zbog niske prisutne energije.
Kako se vino sonicira (što znači unos energije u tekućinu), sastojci nude konzistentniji i ujednačeniji stupanj disperzije. Sonikacijom vino u vrlo kratkom vremenu obrade postaje homogena tekućina s produljenim rokom trajanja. Homogenost omogućuje veću interakciju između molekula i time potpuniju molekularnu promjenu. To znači poboljšanje okusa i kvalitete.

Raspršivanje: Većina vina se prije punjenja u boce tretira dodacima, kao što su konzervansi (npr. kalijev bisulfat, natrijev bisulfat), sredstva za čišćenje, praškovi za bojenje i daljnja sredstva za bistrenje i poboljšanja. Ovi se aditivi koriste kako bi se spriječilo prerano tamnjenje i kvarenje, kako bi se poboljšala kvaliteta vina, uklonili nedostaci ili podržali proces fermentacije. Ultrazvučnom obradom, ovi dodaci mogu se vrlo dosljedno raspršiti u vino tako da se postižu bolji rezultati obrade. To konačno dovodi do više kvalitete i boljeg okusa – trud svakog vinara.

Ultrazvučna ekstrakcija aktivnih spojeva

Vino ima široku lepezu zdravstveno korisnih aktivnih spojeva poput tanina, fenola, flavonoida i drugih, koji su vrijedni sastojci koji se koriste u farmaceutskoj, prehrambenoj i kozmetičkoj industriji.
Pročitajte više o ekstrakciji fitokemikalija poput polifenola, antocijanidina, proantocijanidina i drugih bioaktivnih spojeva iz grožđa i nusproizvoda od grožđa!

Ekskurs

Odležavanje vina od riže i vina od kukuruza: Chang et al. (2002) su u svojoj studiji o vinu od riže i vinu od kukuruza otkrili da učinci starenja sonikacije vina ovise o vrsti vina. Tako je i ultrazvučno odležavanje rižinog vina u pogledu pH vrijednosti, sadržaja alkohola, acetaldehida, okusa i senzorskih kvaliteta bilo značajno bolje od odležavanja kukuruznog vina uz pomoć ultrazvuka. Za oba, rižino vino i kukuruzno vino, vrijeme starenja je znatno smanjeno (s 1 godine na 1 tjedan ili 3 dana).

industrijski ultrazvučni uređaji s protočnim reaktorima za sonikaciju vina i sok.

Hielscherovi ultrazvučni procesori

Hielscher je vodeći dobavljač ultrazvučnih uređaja visoke kvalitete i visokih performansi. Ultrazvučni uređaji koje proizvodi Hielscher koriste se za laboratorijske uzorke, pilotsku obradu ili proizvodnju u punoj razmjeri u raznim područjima industrije i istraživanja. Za savršenu izvedbu i prilagodbu svakom procesu, Hielscher nudi širok raspon ultrazvučnih uređaja za sonikaciju bilo kojeg volumena tekućine, od nekoliko mikrolitara do stotina kubnih metara na sat. Učinkovitost procesa ultrazvučnih uređaja može se jednostavno testirati u manjem mjerilu. Tipično, UIP1000hd (1kW) koristi se za razvoj procesa za protoke od 0,5L do 1000L po satu. Na ovoj razini, učinkovitost obrade može se optimizirati mijenjanjem amplitude, tlaka i brzine protoka. Instalacija ili naknadna ugradnja ultrazvučnog sustava u proizvodnu liniju, kao i rad i održavanje su jednostavni i bez poteškoća.

Ultrazvuk u tekućinama

Ultrazvuk velike snage stvara kavitacija u tekućine. Tijekom implozije kavitacijskih mjehurića, lokalno se pojavljuju ekstremno visoke sile: u kavitacijskoj “vrućoj točki” postižu se vrlo visoke temperature (cca. 5.000 K) i tlakovi (cca. 2.000 atm). Implozija kavitacijskog mjehurića također rezultira tekućim mlazovima brzine do 280 m/s. Kada ove intenzivne sile uđu u tekućinu, uzrokuju različite učinke. U alkoholnoj tekućini, ultrazvučna obrada uzrokuje ubrzanje oksidacije, polimerizacije i kondenzacije alkohola, aldehida, estera i olefina za izgradnju novih spojeva koji stvaraju više i bolji okus i miris.
Kao najzanimljivije ultrazvučne primjene za proizvodnju vina (vinifikacija), posebno uz pomoć ultrazvuka Izvlačenje, aglomeracija i disperzija moraju biti imenovani. Ovi utjecaji čine sonikaciju tako učinkovitom metodom obrade vina i drugih pića.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: