Ultrazvučna ekstrakcija vanilije – Netermalna metoda
- Ekstrakt vanilije je otopina okusa ekstrahirana iz mahuna vanilije u otopini etanola i vode.
- Za proizvodnju visokokvalitetnog vanilina kao komponente arome, okusa i mirisa potrebna je učinkovita, ali blaga tehnika ekstrakcije kako bi se spriječilo raspadanje.
- Ultrazvučna ekstrakcija je blaga mehanička metoda ekstrakcije, koja daje visoke prinose vanilina u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije.
Ultrazvuk visokih performansi za visokokvalitetne ekstrakte vanilina
Kao drugi najskuplji začin nakon šafrana, proizvodnja vanilije zahtijeva učinkovitu metodu ekstrakcije, koja sprječava degradaciju vrijednih eteričnih ulja. Ultrazvučna ekstrakcija dobro je poznata i uspostavljena kao blaga, netermalna, ali vrlo učinkovita metoda za oslobađanje bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala. Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na fenomenu akustične kavitacije, što je čisto mehanički tretman. Zbog toga je sonikacija poželjna metoda za izolaciju osjetljivih bioaktivnih spojeva kao što su arome i eterična ulja, npr. vanilin, polifenoli ili antioksidansi iz biljaka.
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije vanilije
- Vrhunski prinos
- Ekstrakcija velikom brzinom – kroz nekoliko minuta
- Ekstrakti visoke kvalitete – Blaga, ne termalna
- Zelena otapala (npr. voda/etanol)
- Isplativ
- Jednostavan i siguran rad
- Niski investicijski i operativni troškovi
- Rad 24/7 pod teškim uvjetima
- Zelena, ekološki prihvatljiva metoda
Ultrazvučna ekstrakcija vanilije – u šaržnom ili kontinuiranom načinu protoka
serija: Procesi ultrazvučne ekstrakcije mogu se izvoditi kao jednostavni šaržni procesi ili kao inline obrada, gdje se medij kontinuirano dovodi kroz ultrazvučni protočni reaktor.
Serijska obrada je jednostavan postupak, gdje se ekstrakcija izvodi lot po lot. Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučne procesore za male do velike serije, tj. 1L do 120L.
Za obradu serija od 5 do 10L, preporučujemo UP400St (400 W, video ispod) sa sonotrodom S24d22L2D.
Za obradu serija od cca. 120L, preporučujemo UIP2000hdT (2kW, slika. desni stupac na vrhu) sa sonotrodom RS4d40L4.
Sonikator UIP2000hdT za botaničku ekstrakciju u seriji od 120L
Ultrazvučna ekstrakcija biljaka s ultrazvučnim uređajem UP400St
Za volumen od cca. 8L/min., preporučujemo UIP4000hdT (4kW, slika desno) sa sonotrodom RS4d40L3 i protočnom ćelijom pod pritiskom FC130L4-3G0
Studija slučaja ultrazvučne ekstrakcije vanilije
Jadhav i sur. (2009.) usporedili su ultrazvučno potpomognutu ekstrakciju (UAE) i Soxhlet ekstrakciju. Istraživanje je potvrdilo da ultrazvučna ekstrakcija značajno pojačava oslobađanje vanilina u usporedbi sa Soxhlet ekstrakcijom. Soxhlet tretman zahtijevao je radnu temperaturu od 95°C, omjer otapalo:otopljena tvar od 66,67ml/g i vrijeme ekstrakcije od 8 sati što je rezultiralo oslobađanjem od približno. 180 ppm vanilin. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) zahtijevala je samo 1 sat za oslobađanje cca. 140 ppm vanilina koristeći isti omjer otapalo:otopljena tvar na sobnoj temperaturi.
Rasoamandrary i sur. (2013.) uspoređivali su učinkovitost ekstrakcije vanilina korištenjem ultrazvučnog uređaja tipa sonde od 100 W (npr. UP100H), ultrazvučna kupka i kupka s toplom vodom. Istraživači su zaključili da je ultrazvučni uređaj tipa sonde moćan alat za ekstrakciju zbog svog ultrazvuka visokog intenziteta. Stoga je ultrazvučni uređaj tipa sonde nadmašio alternativne metode ekstrakcije dajući slične/ili veće prinose ekstrahiranog vanilina u znatno kraćem vremenu ekstrakcije i manjoj potrošnji otapala (tj. etanola).
Usporedba tri metode ekstrakcije – ultrazvučna sonda, ultrazvučna kupka, ekstrakcija vrućom vodom – pokazalo je da je ekstrakcija vanilina bila najučinkovitija za ultrazvuk pomoću sonde korištenjem 40% etanola (v/v) na temperaturi okoline od 30°C i vremenu ekstrakcije od 1 sata. Ekstrakcija u vodenoj kupelji zahtijevala je koncentraciju 50% etanola (v/v) na 56°C tijekom 15 sati.
UIP4000hdT – Ultrazvučni ekstraktor od 4kW za kontinuirani inline tretman.
Ultrazvučna oprema za visokoučinkovitu ekstrakciju
Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za proizvodnju ultrazvučnih procesora visokih performansi za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz biljnih biljaka.
Hielscherov široki portfelj proizvoda kreće se od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i potpuno industrijskih sustava, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za učinkovitu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih tvari (npr. kvercetin, kofein, kurkumin, terpeni itd.). Svi ultrazvučni uređaji iz 200 W do 16 000 W imaju zaslon u boji za digitalnu kontrolu, integriranu SD karticu za automatsko snimanje podataka, daljinsko upravljanje preglednikom i mnoge druge značajke jednostavne za korištenje. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste. Svi naši ultrazvučni uređaji napravljeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja i jednostavni su i sigurni za rukovanje.
Digitalni zaslon u boji omogućuje jednostavnu kontrolu ultrazvučnog uređaja. Naši sustavi su sposobni isporučivati od niskih do vrlo visokih amplituda. Za ekstrakciju polifenola i drugih bioaktivnih spojeva kao što je vanilin, nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (također poznate kao ultrazvučne sonde ili rogovi) koje su optimizirane za osjetljivu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih tvari. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola parametara ultrazvučnog procesa osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni procesori velike snage od laboratorijskih do pilotskih i industrijskih razmjera.
Literatura/Reference
- Velez Suaza, Catalina (2016.): Optimizacija analitičkog pristupa temeljenog na tekućinskoj kromatografiji visoke učinkovitosti za karakterizaciju prirodnog ekstrakta vanilije. Diplomski rad, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. i sur. (2009): Ekstrakcija vanilina iz mahuna vanilije: usporedna studija konvencionalne ekstrakcije uz pomoć Soxhlet-a i ultrazvuka. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. i sur. (2013): Poboljšana ekstrakcija vanilin 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehida iz osušenih zrna vanilije korištenjem ekstrakcije potpomognute ultrazvukom: Usporedba ekstrakcije potpomognute ultrazvukom i ekstrakcije toplom vodom.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020.): Ultrazvučna tehnologija za ekstrakciju biološki aktivnih molekula iz biljnih, životinjskih i morskih izvora. TrAC trendovi u analitičkoj kemiji, svezak 122, 2020.
Činjenice koje vrijedi znati
Princip rada ultrazvučne ekstrakcije
Primjena intenzivnih ultrazvučnih valova na tekući medij dovodi do kavitacije. Fenomen kavitacije lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, pritisaka, brzina grijanja/hlađenja, razlika u tlaku i velikih posmičnih sila u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini krutih tvari (kao što su čestice, biljne stanice, tkiva itd.), mikro-mlaznice i međučestični sudari stvaraju učinke poput površinskog ljuštenja, erozije i razgradnje čestica. Dodatno, implozija kavitacijskih mjehurića u tekućem mediju stvara makro-turbulencije i mikro-miješanje.
Slika 1: Stvaranje stabilnih i prolaznih kavitacijskih mjehurića.
(a) pomak, (b) prolazna kavitacija, (c) stabilna kavitacija, (d) tlak
[prilagođeno iz Santos et al. 2009]
Ultrazvučno zračenje biljnog materijala fragmentira matriks biljnih stanica i pojačava hidrataciju istih. Chemat i suradnici (2015) zaključuju da je ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih spojeva iz biljaka rezultat različitih neovisnih ili kombiniranih mehanizama uključujući fragmentaciju, eroziju, kapilarnost, detekturaciju i sonoporaciju. Ovi učinci ometaju staničnu stijenku, poboljšavaju prijenos mase guranjem otapala u stanicu i isisavanjem otapala punog fito-spoja te osiguravaju kretanje tekućine mikromiješanjem.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih stanica: mikroskopski poprečni presjek (TS) pokazuje mehanizam djelovanja tijekom ultrazvučne ekstrakcije iz stanica (povećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011.]
Ultrazvučna ekstrakcija postiže vrlo brzu izolaciju spojeva – nadmašujući konvencionalne metode ekstrakcije u kraćem vremenu procesa, većem prinosu i na nižim temperaturama. Kao blagi mehanički tretman, ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom izbjegava toplinsku degradaciju bioaktivnih komponenti i ističe se u usporedbi s drugim tehnikama kao što su konvencionalna ekstrakcija otapalom, hidrodestilacija, ili Soxhlet ekstrakcija, za koje je poznato da uništavaju molekule osjetljive na toplinu. Zbog ovih prednosti, ultrazvučna ekstrakcija je poželjna tehnika za oslobađanje bioaktivnih spojeva osjetljivih na temperaturu iz biljaka.
vanilin
Vanilija je cijenjena aroma, koja se može ekstrahirati iz orhideja roda Vanilla, prvenstveno iz meksičke vrste, ravnolisne vanilije (V. planifolia). Spojevi jedinstvenog okusa orhideje vanilije nalaze se u njezinom plodu koji nastaje oprašivanjem cvijeta. Ove mahune sjemena su otprilike 1/3 x 6 inča, smeđe crvene do crne boje kada sazriju. Unutar ovih mahuna nalazi se uljasta tekućina puna sitnih sjemenki. Za proizvodnju vanilina koriste se i mahuna i sjemenke.
Iako je vanilin primarni spoj okusa u biljci vanilije, čisti ekstrakt vanilije sadrži nekoliko stotina dodatnih spojeva okusa, koji doprinose njegovom složenom, dubokom okusu.
Esencija vanilije postoji u dva oblika, a to su prava esencija vanilije iz sjemenke vanilije i industrijski sintetizirani vanilin. Ekstrakt pravih sjemenki složena je mješavina nekoliko stotina različitih spojeva. Kemijski spoj vanilin – 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehid – je glavni doprinos karakterističnom okusu i mirisu prave vanilije i glavna je komponenta okusa sušene mahune vanilije. Osim vanilina, mogu i drugi kemijski spojevi kao što su acetaldehid, octena kiselina, furfural, heksanska kiselina, 4-hidroksibenzaldehid, eugenol, metil cinamat i izomaslačna kiselina pridonijeti složenoj aromi vanilije.
Kultivari vanilije
Bourbon vanilija ili Bourbon-madagaskarska vanilija proizvodi se od biljaka V. planifolia, koje rastu na otocima Indijskog oceana kao što su Madagaskar, Komori i Réunion, koji su se ranije zvali Île Bourbon. Uvjet “Bourbon vanilija” također opisuje karakterističnu aromu vanilije koja potječe iz V. planifolia.
Meksička vanilija, ekstrahirana iz autohtone V. planifolia, proizvodi se u puno manjim količinama. Meksička vanilija poznata je i prodaje se kao vanilija iz zemlje svog podrijetla, jer je biljka V. planifolia porijeklom iz Srednje Amerike.
Tahićanska vanilija dolazi iz Francuske Polinezije, proizvodi se od biljke V. tahitiensis. Genetska analiza pokazuje da je ova vrsta vjerojatno kultivar hibrida V. planifolia i V. odorata.
Zapadnoindijska vanilija proizvodi se od V. pompona, koja se uzgaja na Karibima te u Srednjoj i Južnoj Americi.