Ultrahangos vaníliakivonás – nem termikus módszer
- A vaníliakivonat a vaníliatermésekből etanol és víz oldatával kinyert aromaoldat.
- Az aromát, ízt és illatot adó komponensként használt, kiváló minőségű vanillin előállításához hatékony, ugyanakkor kíméletes extrakciós technika szükséges a bomlás megelőzésére.
- Az ultrahangos extrakció kíméletes mechanikai extrakciós módszer, amely nagyon rövid extrakciós idő alatt nagy vanillinhozamot biztosít.
Nagy teljesítményű ultrahangtechnika kiváló minőségű vanillinkivonatokhoz
Mivel a vanília a sáfrány után a második legdrágább fűszer, előállítása olyan hatékony extrakciós módszert igényel, amely megakadályozza az értékes illóolajok lebomlását. Az ultrahangos extrakció jól ismert és bevált, kíméletes, nem termikus, ugyanakkor rendkívül hatékony módszer a bioaktív vegyületek növényi anyagból történő felszabadítására. Az ultrahangos extrakció az akusztikus kavitáció jelenségén alapul, amely tisztán mechanikai kezelés. Ez teszi az ultrahangos kezelést előnyben részesített módszerré az érzékeny bioaktív vegyületek, például aromaanyagok és illóolajok, így a vanillin, a polifenolok vagy az antioxidánsok növényi alapanyagokból történő izolálására.
Az ultrahangos vaníliakivonás előnyei
- Kiemelkedő hozam
- Gyors extrakció – perceken belül
- Kiváló minőségű kivonatok – kíméletes, nem termikus eljárás
- Zöld oldószerek (pl. víz/etanol)
- Költséghatékony
- Egyszerű és biztonságos működtetés
- Alacsony beruházási és üzemeltetési költségek
- 24/7 üzemelés nagy terhelés mellett
- Zöld, környezetbarát módszer
Ultrahangos vaníliakivonás – szakaszos vagy folyamatos átfolyásos üzemmódban
Szakaszos üzem: Az ultrahangos extrakciós folyamatok egyszerű szakaszos eljárásként vagy közvetlenül a folyamatvezetékben végzett kezelésként is működtethetők; utóbbi esetben a közeget folyamatosan vezetik át egy ultrahangos átfolyó reaktoron.
A szakaszos feldolgozás egyszerű eljárás, amelyben az extrakciót tételenként végzik. A Hielscher Ultrasonics kis és nagy tételekhez egyaránt kínál ultrahangos processzorokat, azaz 1L és 120L közötti térfogatokhoz.
5 és 10L közötti tételek feldolgozásához a következő készüléket ajánljuk: UP400ST (400W, videó alább), S24d22L2D szonotródával.
Körülbelül 120L térfogatú tételek feldolgozásához a következő készüléket ajánljuk: UIP2000hdT (2kW, kép a jobb oldali oszlop tetején), RS4d40L4 szonotródával.
UIP2000hdT ultrahangos kezelőkészülék növényi alapanyagok extrakciójához, 120L térfogatú tételben
Növényi alapanyagok ultrahangos extrakciója UP400St ultrahangos készülékkel
Körülbelül 8L/min. átáramló térfogathoz a következő készüléket ajánljuk: UIP4000hdT (4kW, kép jobbra), RS4d40L3 szonotródával és nyomás alá helyezhető FC130L4-3G0 átfolyó cellával
Esettanulmány az ultrahangos vaníliakivonásról
Jadhav és munkatársai (2009) összehasonlították az ultrahanggal segített extrakciót (UAE) és a Soxhlet-extrakciót. A kutatás megerősítette, hogy az ultrahangos extrakció a Soxhlet-extrakcióhoz képest jelentősen fokozza a vanillin felszabadulását. A Soxhlet-kezelés 95°C üzemi hőmérsékletet, 66,67ml/g oldószer:oldott anyag arányt és 8hrs extrakciós időt igényelt, és körülbelül 180ppm vanillin felszabadulását eredményezte. Az ultrahanggal segített extrakció (UAE) mindössze 1hr időt igényelt körülbelül 140ppm vanillin felszabadításához, ugyanazon oldószer:oldott anyag arány mellett, szobahőmérsékleten.
Rasoamandrary és munkatársai (2013) összehasonlították a vanillinkivonás hatékonyságát egy 100W teljesítményű szondás ultrahangos készülék (pl. UP100H), egy ultrahangos fürdő és egy forró vizes fürdő használatával. A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a szondás ultrahangos készülék a nagy intenzitású ultrahangnak köszönhetően nagy teljesítményű extrakciós eszköz. Ezért a szondás ultrahangos készülék felülmúlta az alternatív extrakciós módszereket: jelentősen rövidebb extrakciós idő és kisebb oldószerfogyasztás (azaz etanolfogyasztás) mellett hasonló vagy nagyobb kinyert vanillinhozamot biztosított.
A három extrakciós módszer – ultrahangos szonda, ultrahangos fürdő és forró vizes fürdővel végzett extrakció – összehasonlítása azt mutatta, hogy a vanillinkivonás szondás ultrahangos kezeléssel volt a leghatékonyabb, 40% etanol (v/v), 30°C környezeti hőmérséklet és 1hr extrakciós idő alkalmazásával. A vízfürdős extrakció 50% etanolkoncentrációt (v/v) igényelt 56°C hőmérsékleten, 15hrs időtartamon át.
UIP4000hdT – 4kW teljesítményű ultrahangos extraktor a folyamatvezetékben végzett folyamatos kezeléshez.
Ultrahangos berendezések nagy hatékonyságú extrakcióhoz
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos processzorok gyártására szakosodott, amelyekkel kiváló minőségű kivonatok állíthatók elő növényi alapanyagokból.
A Hielscher széles termékpalettája a kisméretű, nagy teljesítményű laboratóriumi ultrahangos készülékektől a robusztus asztali és teljesen ipari rendszerekig terjed, amelyek nagy intenzitású ultrahangot biztosítanak bioaktív anyagok hatékony extrakciójához és izolálásához (pl. kvercetin, koffein, kurkumin, terpének stb.). A 200W és 16 000W közötti teljesítményű valamennyi ultrahangos készülék színes kijelzővel rendelkezik a digitális vezérléshez, beépített SD-kártyával az automatikus adatrögzítéshez, böngészőn keresztüli távvezérléssel és számos további felhasználóbarát funkcióval. A szonotródák és az átfolyó cellák (a közeggel érintkező alkatrészek) autoklávozhatók és könnyen tisztíthatók. Valamennyi ultrahangos készülékünket 24/7 üzemelésre terveztük; kevés karbantartást igényelnek, működtetésük egyszerű és biztonságos.
A digitális színes kijelző lehetővé teszi az ultrahangos készülék felhasználóbarát vezérlését. Rendszereink az alacsonytól egészen a nagyon magas amplitúdókig képesek működni. Polifenolok és más bioaktív vegyületek, például vanillin extrakciójához speciális ultrahangos szonotródákat kínálunk (más néven ultrahangos szondákat vagy kürtöket), amelyeket kiváló minőségű hatóanyagok kíméletes izolálására optimalizáltunk. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága nagy terhelés mellett és igényes környezetben is lehetővé teszi a 24/7 üzemelést.
Az ultrahangos folyamatparaméterek pontos szabályozása biztosítja a reprodukálhatóságot és a folyamat szabványosítását.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Tételtérfogat | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | összekapcsolt készülékek: UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok a laboratóriumi léptéktől a kísérleti üzemi és ipari léptékig.
Szakirodalom/Hivatkozások
- Velez Suaza, Catalina (2016): Nagy teljesítményű folyadékkromatográfián alapuló analitikai megközelítés optimalizálása természetes vaníliakivonat jellemzésére. Szakdolgozat, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. és munkatársai (2009): Vanillin kivonása vaníliatermésekből: a hagyományos Soxhlet-extrakció és az ultrahanggal segített extrakció összehasonlító vizsgálata. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. és munkatársai (2013): A vanillin, azaz a 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehid hatékonyabb kivonása érlelt vaníliatermésekből ultrahanggal segített extrakcióval: az ultrahanggal segített extrakció és a forró vizes fürdővel végzett extrakció összehasonlítása.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ultrahangtechnológia biológiailag aktív molekulák kivonására növényi, állati és tengeri forrásokból. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 122. kötet, 2020.
Hasznos tudnivalók
Az ultrahangos extrakció működési elve
Az intenzív ultrahanghullámok folyékony közegben történő alkalmazása kavitációt eredményez. A kavitáció jelensége helyileg szélsőséges hőmérsékleteket, nyomásokat, fűtési/hűtési sebességeket, nyomáskülönbségeket és nagy nyíróerőket hoz létre a közegben. Amikor a kavitációs buborékok szilárd anyagok (például részecskék, növényi sejtek, szövetek stb.) felszínén összeroppannak, a mikrosugarak és a részecskék közötti ütközések olyan hatásokat váltanak ki, mint a felületi rétegek leválása, az erózió és a részecskék aprózódása. Ezenkívül a kavitációs buborékok folyékony közegben történő összeroppanása makroturbulenciát és mikrokeveredést hoz létre.
1. ábra: Stabil és tranziens kavitációs buborékok keletkezése.
(a) elmozdulás, (b) tranziens kavitáció, (c) stabil kavitáció, (d) nyomás
[adapted from Santos et al. 2009]
A növényi anyag ultrahangos besugárzása feldarabolja a növényi sejtek mátrixát és fokozza annak hidratációját. Chemat és munkatársai (2015) arra a következtetésre jutottak, hogy a bioaktív vegyületek növényi alapanyagokból történő ultrahangos extrakciója különböző, egymástól függetlenül vagy együttesen működő mechanizmusok eredménye, beleértve a fragmentációt, az eróziót, a kapillaritást, a szerkezet felbomlását és a szonoporációt. Ezek a hatások megbontják a sejtfalat, javítják az anyagátadást azáltal, hogy az oldószert a sejtbe nyomják, majd a növényi vegyületekkel telített oldószert kiszívják, és mikrokeveredéssel biztosítják a folyadék mozgását.
Ultrahangos extrakció növényi sejtekből: a mikroszkópos keresztmetszet (TS) bemutatja a sejtekből történő ultrahangos extrakció során fellépő hatások mechanizmusát (2000x nagyítás) [forrás: Vilkhu és munkatársai 2011]
Az ultrahangos extrakció lehetővé teszi a vegyületek nagyon gyors izolálását – rövidebb folyamatidővel, nagyobb hozammal és alacsonyabb hőmérsékleten múlja felül a hagyományos extrakciós módszereket. Kíméletes mechanikai kezelésként az ultrahanggal segített extrakció elkerüli a bioaktív komponensek termikus lebomlását, és felülmúlja az olyan más technikákat, mint a hagyományos oldószeres extrakció, hidrodesztilláció, vagy a Soxhlet extrakció, amelyekről ismert, hogy roncsolják a hőérzékeny molekulákat. Ezen előnyök miatt az ultrahangos extrakció az előnyben részesített technika a hőérzékeny bioaktív vegyületek növényi alapanyagokból történő felszabadítására.
Vanillin
A vanília értékes aromaanyag, amely a Vanilla nemzetséghez tartozó orchideákból, elsősorban a mexikói fajból, a lapos levelű vaníliából (V. planifolia) nyerhető ki. A vaníliaorchidea egyedi ízű vegyületei a virág beporzásából kialakuló termésében találhatók. Ezek a magokat tartalmazó termések nagyjából 1/3 x 6 hüvelyk méretűek, és éretten barnásvöröstől feketéig terjedő színűek. Belsejükben apró magokkal teli olajos folyadék található. A vanillin előállításához a termést és a magokat egyaránt felhasználják.
Bár a vanília növény elsődleges aromaanyaga a vanillin, a tiszta vaníliakivonat több száz további ízanyagot tartalmaz, amelyek hozzájárulnak összetett, mély ízéhez.
A vaníliaesszencia két formában fordul elő: a vanília magokat tartalmazó terméséből származó valódi vanillinesszenciaként és iparilag szintetizált vanillinként. A valódi terméskivonat több száz különböző vegyület összetett keveréke. A vanillin nevű kémiai vegyület – a 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehid – járul hozzá leginkább a valódi vanília jellegzetes ízéhez és aromájához, és az érlelt vaníliatermések fő ízkomponense. A vanillin mellett számos más kémiai vegyület, például acetaldehid, ecetsav, furfurol, hexánsav, 4-hidroxibenzaldehid, eugenol, metil-cinnamát és izovajsav is hozzájárul a vanília összetett aromájához.
Vaníliafajták
A Bourbon-vaníliát vagy Bourbon–Madagaszkár-vaníliát V. planifolia növényekből állítják elő, amelyek az Indiai-óceán olyan szigetein nőnek, mint Madagaszkár, a Comore-szigetek és Réunion, amelyet korábban Île Bourbonnak neveztek. A „Bourbon-vanília” kifejezés a V. planifoliából származó jellegzetes vaníliaaromát is jelöli.
Az őshonos V. planifoliából kivont mexikói vaníliát jóval kisebb mennyiségben állítják elő. A mexikói vanília a származási helyéről származó vaníliaként ismert és kerül forgalomba, mivel a V. planifolia növény Mezoamerikában őshonos.
A tahiti vanília Francia Polinéziából származik, és a V. tahitiensis növényből állítják elő. A genetikai elemzés szerint ez a faj feltehetően a V. planifolia és a V. odorata hibridjéből származó termesztett fajta.
A nyugat-indiai vaníliát a V. pomponából készítik, amelyet a Karib-térségben, valamint Közép- és Dél-Amerikában termesztenek.