A bor ultrahangos kezelése – Az ultrahang innovatív alkalmazásai a borászatokban

Az ultrahang nem termikus feldolgozási módszer, amelyet kíméletes alkalmazása és a termékre gyakorolt jelentős hatásai miatt már széles körben használnak az élelmiszeriparban. A borászatok számára az ultrahangos kezelés különféle alkalmazási lehetőségeket kínál, például az ízanyagok, fenolos vegyületek és színanyagok extrakcióját, az érlelést és öregítést, a tölgyfás kezelést, valamint a gáztalanítást.

A bor alkoholos ital, amelyet leggyakrabban szőlőből, de más gyümölcsökből (például almabor, bodzabor) vagy keményítőalapú anyagokból (például rizsbor, kukoricabor) is készítenek.
A bor kedvelt fogyasztási cikk, amelynek előállítása költséges folyamatot igényel. A minőségi és kiváló minőségű borok készítése köztudottan időigényes, és ezáltal költséges tevékenység. Végső soron a borász érdeke, hogy felgyorsítsa az erjedést (az alkohollá történő átalakulást) és az érlelést (az összetett ízek és aromák kialakítását), és egyidejűleg kiváló minőségű alkoholos italt állítson elő a kívánt ízzel, bukéval, szájérzettel és színnel.

Az ultrahang különböző hatásai a borfeldolgozásban

A boron alkalmazott nagy teljesítményű ultrahang számos kedvező hatással jár. A legfontosabb alkalmazások közé tartozik a borbuké ízintenzitásának fokozása az ízanyagokban gazdag összetevők, például a fenolos és aromás vegyületek extrakciójával, a tölgyfás kezelés, valamint az érlelés és öregítés felgyorsítása.

Aromás és fenolos vegyületek extrakciója szőlőből

Az ultrahang jól ismert és bevált eszköz a sejten belüli növényi anyagok és aromás vegyületek extrakciójára. Az ultrahang mechanikai hatása elősegíti az oldószerek diffúzióját a szövetbe. Mivel az ultrahang a kavitációs nyíróerők révén mechanikusan feltöri a sejtfalat, megkönnyíti az anyagok átjutását a sejtből az oldószerbe. Az ultrahangos kavitáció okozta részecskeméret-csökkenés növeli a szilárd és a folyékony fázis közötti érintkezési felületet.
A szőlő magas polifenoltartalmáról híres, és emiatt keresett. A szőlő ezen fenolos vegyületei (például a monomer flavanolok, a dimer, trimer és polimer procianidinek, valamint a fenolsavak) szabadgyök-ellenes és antioxidáns tulajdonságaikról ismertek. Kémiailag két alcsoportba sorolhatók: flavonoidokra és nem flavonoidokra. A bor legfontosabb flavonoidjai az antocianinok és a tanninok, amelyek hozzájárulnak a színhez, az ízhez és a szájérzethez. A nem flavonoidok közé tartoznak a stilbének, például a rezveratrol, valamint a savas vegyületek, például a benzoesav, a kávésav és a fahéjsav. E fenolos vegyületek többsége a szőlő héjában és magjaiban található. Az intenzív ultrahangos erők hatékonyan képesek extrahálni az értékes összetevőket a szőlőmagokból és a szőlőhéjból.
Cocito és munkatársai (1995) tanulmányában az ultrahangos kezelés gyors, ismételhető és lineáris eljárásnak bizonyult az aromavegyületek mustból és borból történő extrakciójára. Az ultrahangos extrakcióval kapott vegyületkoncentrációk magasabbak voltak, mint a C18 oszlopos extrakcióval (gyantás extrakcióval) kapott értékek.
Az ultrahangos extrakció előnyeit összegezve az ultrahang olcsó, egyszerű és hatékony alternatívája a hagyományos nem termikus extrakciós módszereknek, például a nagy hidrosztatikus nyomásnak (HP), a sűrített szén-dioxidnak (cCO2), a szuperkritikus szén-dioxidnak (ScCO2) és a nagy elektromos térerősségű impulzusoknak (HELP). További előny, hogy az ultrahangos extrakció – a fent említett alternatívákkal ellentétben – könnyen tesztelhető laboratóriumi vagy asztali léptékben. Ezek a vizsgálatok reprodukálható eredményeket adnak, így a későbbi léptéknövelés nem igényel további erőfeszítéseket az optimális beállítás megtalálásához. A teljes üzemi termeléshez megbízható, nagy igénybevételre tervezett ultrahangos készülékek állnak rendelkezésre, amelyek készülékenként akár 16 000 watt teljesítménnyel igen nagy térfogatáramú folyadékáramok ultrahangos kezelését teszik lehetővé.

Ultrahanggal segített extrakció a bor tölgyfás kezeléséhez

A tölgyfás kezelés szakaszában a bor érintkezésbe kerül a hordók faanyagával (hagyományos tölgyfás kezelés), vagy hozzáadott faforgáccsal, fapálcákkal/dongákkal, illetve tölgyfaporral (alternatív tölgyfás kezelés). A tölgyfás kezeléshez (ízesítéshez) leggyakrabban használt fa – az eljárás elnevezésének megfelelően – a tölgy (quercus). Ritkábban használnak más fafajtákat, például gesztenyét, fenyőt, vörösfenyőt, cseresznyét vagy akácot. A fa kémiai tulajdonságait arra használják, hogy jelentős hatást érjenek el a bor ízében és bukéjában. A tölgyben található fenolok kölcsönhatásba lépnek a borral, és például vaníliás, karamelles, tejszínes, fűszeres vagy földes ízeket hoznak létre. Nagyon fontos hatásuk van az ellagitanninoknak (hidrolizálható tanninoknak), amelyek a fa ligninszerkezeteiből származnak, mivel megvédik a bort az oxidációtól és a redukciótól.
Az ultrahangos extrakció hasznos a bor tölgyfás kezelésének szakaszában, mivel az ultrahang által létrehozott nagy- és kisnyomású ciklusok fokozzák a folyadék behatolását a por, forgács, pálcák vagy dongák faszerkezetébe. Mivel ez jelentősen növeli az anyagátadást, rövidebb tölgyfás kezelési időt és jobb ízeredményeket eredményez. Ha tölgyfaport vagy faízanyag-desztillátumokat adnak a borhoz (alternatív tölgyfás kezelés), az ultrahangos erők nagyon finoman diszpergálják a részecskéket vagy cseppeket a borban, javítva a felület nedvesítését és a borral való érintkezését. Ez nagyon fontos a kiváló íz és szájérzet eléréséhez, és hozzájárul az alkoholos ital minőségéhez. Az a tény, hogy a hordóba töltés és az érlelés jelentős idő- és költségtényező a borkészítésben, az ultrahangot rendkívül érdekes feldolgozási módszerré teszi, mivel a Hielscher ultrahangos készülékek meggyőzőek alacsony beruházási költségükkel, egyszerű bevezethetőségükkel és kiemelkedő energiahatékonyságukkal.

Ultrahanggal segített deagglomerálás a bor érlelése során

A bor hagyományos, időigényes érlelési folyamata során különböző molekulák reakciói mennek végbe a borban. Ez azt jelenti, hogy a molekulák az egymás közötti kölcsönhatásoknak megfelelően változnak. E molekuláris változás ideje és eredménye a bor összetevőitől és környezetétől függ. Általánosan elfogadott, hogy az alkohol diszpergáltan van jelen az alkoholos italokban, de ez nem jelenti azt, hogy a molekulák keveredése is megvalósul. Mivel a borban természetes módon csak kevés energia áll rendelkezésre a reakciókhoz – például a kötésképződéshez és a keveredéshez –, a természetes változások többnyire nem teljesek. Bár az összetevők hajlamosak kölcsönhatásba lépni, összekapcsolódni és megváltoztatni molekuláris tulajdonságaikat, a rendelkezésre álló kevés energia miatt molekuláris szinten nem tudnak teljes kölcsönhatást, átalakulást vagy kötésképződést megvalósítani.
A bor ultrahangos kezelésekor (ami energia bevitelét jelenti a folyadékba) az összetevők diszpergáltsága egyenletesebbé és egységesebbé válik. Az ultrahangos kezelés révén a bor nagyon rövid kezelési idő alatt hosszabb eltarthatóságú, homogén folyadékká válik. A homogenitás fokozottabb kölcsönhatást tesz lehetővé a molekulák között, és ezáltal teljesebb molekuláris változást eredményez. Ez az íz és a minőség javulását jelenti.

Diszpergálás: Palackozás előtt a legtöbb bort adalékanyagokkal kezelik, például tartósítószerekkel (például kálium-hidrogén-szulfáttal, nátrium-hidrogén-szulfáttal), tisztítószerekkel, színezőporokkal, valamint további derítő- és javítószerekkel. Ezeket az adalékanyagokat a korai barnulás és romlás megelőzésére, a bor minőségének javítására, a hiányosságok kiküszöbölésére vagy az erjedési folyamat támogatására használják. Ultrahangos kezeléssel ezek az adalékanyagok nagyon egyenletesen diszpergálhatók a borban, így jobb feldolgozási eredmények érhetők el. Ez végül jobb minőséghez és jobb ízhez vezet – erre törekszik minden borász.

Hatóanyagok ultrahangos extrakciója

A bor sokféle, az egészségre kedvező hatású hatóanyagot tartalmaz, például tanninokat, fenolos vegyületeket, flavonoidokat és más vegyületeket, amelyek a gyógyszer-, élelmiszer- és kozmetikai iparban használt értékes összetevők.
Tudjon meg többet a fitokemikáliák, például a polifenolok, antocianidinek, proantocianidin és más bioaktív vegyületek szőlőből és szőlő-melléktermékekből történő extrakciójáról!

Kitekintés

A rizsbor és a kukoricabor érlelése: Chang és munkatársai (2002) a rizsborral és kukoricaborral végzett vizsgálatukban megállapították, hogy a bor ultrahangos kezelésének érlelési hatásai a bor fajtájától függnek. A rizsbor ultrahangos érlelése így a pH-érték, az alkoholtartalom, az acetaldehid, az íz és az érzékszervi tulajdonságok tekintetében jelentősen jobb volt, mint a kukoricabor ultrahanggal segített érlelése. Mind a rizsbor, mind a kukoricabor esetében jelentősen csökkent az érlelési idő (1 évről 1 hétre vagy 3 napra).

Ipari ultrahangos készülékek átfolyó reaktorokkal bor és gyümölcslé ultrahangos kezeléséhez.

A Hielscher ultrahangos feldolgozóberendezései

A Hielscher a kiváló minőségű és nagy teljesítményű ultrahangos készülékek vezető szállítója. A Hielscher által gyártott ultrahangos készülékeket laboratóriumi mintákhoz, kísérleti üzemi feldolgozáshoz vagy teljes üzemi termeléshez használják az ipar és a kutatás számos területén. A tökéletes teljesítmény és az egyes folyamatokhoz való igazítás érdekében a Hielscher ultrahangos készülékek széles választékát kínálja bármilyen folyadéktérfogat ultrahangos kezelésére, néhány mikrolitertől óránként több száz köbméterig. Az ultrahangos készülékek feldolgozási hatékonysága könnyen tesztelhető kisebb léptékben. A folyamatfejlesztéshez jellemzően a UIP1000hd (1kW) készüléket használják, óránként 0,5L és 1000L közötti térfogatáramokhoz. Ebben a léptékben a feldolgozási hatékonyság az amplitúdó, a nyomás és a térfogatáram változtatásával optimalizálható. Az ultrahangos rendszer gyártósorba történő telepítése vagy utólagos beépítése, valamint üzemeltetése és karbantartása egyszerű és problémamentes.

Ultrahang folyadékokban

A nagy teljesítményű ultrahang kavitációt hoz létre a folyadékokban. A kavitációs buborékok összeroppanása során helyileg rendkívül nagy erők lépnek fel: a kavitációs „forró pontban” nagyon magas hőmérséklet (kb. 5 000K) és nyomás (kb. 2 000atm) alakul ki. A kavitációs buborék összeroppanása akár 280m/s sebességű folyadéksugarakat is létrehoz. Amikor ezek az intenzív erők hatnak a folyadékra, különböző hatásokat váltanak ki. Alkoholos folyadékban az ultrahangos kezelés felgyorsítja az alkohol, az aldehidek, az észterek és az olefinek oxidációját, polimerizációját és kondenzációját, új vegyületeket hozva létre, amelyek gazdagabb és jobb ízt és bukét eredményeznek.
A borkészítés legérdekesebb ultrahangos alkalmazásai közül különösen az ultrahanggal segített extrakció, az agglomerálás és a diszpergálás emelendő ki. Ezek a hatások teszik az ultrahangos kezelést ilyen hatékony feldolgozási módszerré a bor és más italok esetében.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: