Գինու ուլտրաձայնային մշակում – ուլտրաձայնի նորարարական կիրառությունները գինեգործարաններում
Ուլտրաձայնը ոչ ջերմային մշակման մեթոդ է, որն արդեն լայնորեն կիրառվում է սննդարդյունաբերության մեջ՝ իր մեղմ ներգործության, բայց արտադրանքի վրա նշանակալի ազդեցությունների շնորհիվ։ Գինեգործարաններում ուլտրաձայնային մշակումն առաջարկում է տարբեր կիրառություններ, ինչպիսիք են համային նյութերի, ֆենոլային միացությունների և գունանյութերի արդյունահանումը, հասունացումն ու հնեցումը, կաղնեփայտով մշակումը, ինչպես նաև գազազերծումը։
Գինին ալկոհոլային խմիչք է, որն առավել հաճախ պատրաստվում է խաղողից, բայց նաև այլ մրգերից (օրինակ՝ խնձորի գինի, թանթրվենու գինի) կամ օսլա պարունակող հումքից (օրինակ՝ բրնձի գինի, եգիպտացորենի գինի)։
Գինին սպառողների շրջանում սիրված ապրանք է, որի արտադրությունը պահանջում է ծախսատար գործընթաց։ Հայտնի է, որ որակյալ և բարձրորակ գինիների պատրաստումը ժամանակատար և, հետևաբար, ծախսատար գործ է։ Ի վերջո, գինեգործը շահագրգռված է արագացնել խմորումը (ալկոհոլի վերածումը) և հասունացումը (բարդ համեր ու բույրեր հաղորդելու համար) և միաժամանակ արտադրել բարձրորակ ալկոհոլային խմիչք՝ ցանկալի համով, բույրերի փնջով, բերանում զգացողությամբ և գույնով։
UIP4000hdT ուլտրաձայնային սարքի տեղակայումը ՝ գինու արդյունաբերական մշակման համար՝ հոսքի բարձր ծավալային արագություններով։
Ուլտրաձայնի տարբեր ազդեցությունները գինու մշակման ընթացքում
Գինու մշակման համար կիրառվող հզոր ուլտրաձայնն ունի բազմաթիվ օգտակար ազդեցություններ։ Ամենակարևոր կիրառությունները ներառում են գինու բույրերի փնջի համի ուժեղացումը ՝ համային նյութերով հարուստ բաղադրիչների, օրինակ՝ ֆենոլային և բուրավետ միացությունների արդյունահանման միջոցով, կաղնեփայտով մշակումը, ինչպես նաև հասունացման ու հնեցման արագացումը.
Բուրավետ և ֆենոլային միացությունների արդյունահանումը խաղողից
Ուլտրաձայնը բուսական ներբջջային նյութերի և բուրավետ միացությունների արդյունահանման հայտնի և փորձված միջոց է։ Ուլտրաձայնի մեխանիկական ներգործությունը նպաստում է լուծիչների դիֆուզիային դեպի հյուսվածք։ Քանի որ ուլտրաձայնը կավիտացիայի սահքի ուժերով մեխանիկորեն քայքայում է բջջապատը, այն հեշտացնում է նյութերի անցումը բջջից դեպի լուծիչ։ Ուլտրաձայնային կավիտացիայի միջոցով մասնիկների չափերի փոքրացումը մեծացնում է պինդ և հեղուկ փուլերի շփման մակերեսը։
Խաղողը հայտնի և պահանջված է պոլիֆենոլների հարուստ պարունակության շնորհիվ։ Խաղողի այս ֆենոլային միացությունները (ինչպիսիք են մոնոմերային ֆլավանոլները, դիմերային, տրիմերային և պոլիմերային պրոցիանիդինները, ինչպես նաև ֆենոլային թթուները) հայտնի են իրենց հակառադիկալային և հակաօքսիդանտային հատկություններով։ Քիմիական առումով դրանք կարելի է բաժանել երկու ենթախմբի՝ ֆլավոնոիդների և ոչ ֆլավոնոիդների։ Գինու ամենակարևոր ֆլավոնոիդներն անտոցիաններն ու տանիններն են, որոնք նպաստում են գույնին, համին և բերանում զգացողությանը։ Ոչ ֆլավոնոիդների թվում են ստիլբենները, օրինակ՝ ռեսվերատրոլը, և թթվային միացությունները, օրինակ՝ բենզոյական թթուն, սրճաթթուն և դարչնաթթուն։ Այս բոլոր ֆենոլային միացությունների մեծ մասը պարունակվում է խաղողի կեղևում և կորիզներում։ Ուլտրաձայնային ինտենսիվ ուժերն ունակ են արդյունավետորեն արդյունահանել արժեքավոր բաղադրիչները խաղողի կորիզներից և կեղևից։
Cocito-ի և համահեղինակների (1995) ուսումնասիրության մեջ ուլտրաձայնային մշակումը ներկայացվել է որպես խաղողաքաղցուի և գինու բուրավետ միացությունների արդյունահանման արագ, կրկնելի և գծային գործընթաց։ Ուլտրաձայնային արդյունահանմամբ ստացված միացությունների կոնցենտրացիաներն ավելի բարձր էին, քան C18 սյունակով արդյունահանման դեպքում (խեժով արդյունահանում)։
Ամփոփելով ուլտրաձայնային արդյունահանման առավելությունները՝ ուլտրաձայնն արդյունահանման ավանդական ոչ ջերմային միջոցների էժան, պարզ և արդյունավետ այլընտրանք է։ Այդ միջոցներից են բարձր հիդրոստատիկ ճնշումը (HP), սեղմված ածխածնի երկօքսիդը (cCO2), գերկրիտիկական ածխածնի երկօքսիդը (ScCO2) և բարձր էլեկտրական դաշտի իմպուլսները (HELP)։ Լրացուցիչ առավելությունն այն է, որ ուլտրաձայնային արդյունահանումը – ի տարբերություն վերը նշված այլընտրանքների – կարելի է հեշտությամբ փորձարկել լաբորատոր կամ սեղանի սարքավորումների մասշտաբով։ Այս փորձարկումներն ապահովում են վերարտադրելի արդյունքներ, ուստի հետագա մասշտաբավորումը չի պահանջում լրացուցիչ ջանքեր՝ օպտիմալ կարգավորումները գտնելու համար։ Լիարժեք առևտրային արտադրության համար հուսալի ծանր աշխատանքային պայմանների համար նախատեսված ուլտրաձայնային սարքերը ՝ յուրաքանչյուր սարքի համար մինչև 16 000 վատտ հզորությամբ, թույլ են տալիս ուլտրաձայնով մշակել շատ մեծ ծավալային հոսքեր։
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ արդյունահանում՝ գինին կաղնեփայտով մշակելու համար
Կաղնեփայտով հնեցման փուլում գինին շփվում է տակառների փայտի հետ (ավանդական կաղնեփայտով հնեցում) կամ ավելացված փայտատաշեղների, փայտե ձողերի / տակառատախտակների կամ կաղնեփայտի փոշու հետ (այլընտրանքային կաղնեփայտով հնեցում)։ Կաղնեփայտով հնեցման (համավորման) համար ամենատարածված փայտատեսակը, ինչպես հուշում է գործընթացի անվանումը, կաղնին է (quercus)։ Ավելի հազվադեպ օգտագործվող այլ փայտատեսակներից են, օրինակ, շագանակենին, սոճին, սեքվոյան, բալենին կամ ակացիան։ Փայտի քիմիական հատկություններն օգտագործվում են գինու համի և բույրերի փնջի վրա խոր ազդեցություն ստանալու համար։ Կաղնու մեջ պարունակվող ֆենոլները փոխազդում են գինու հետ՝ առաջացնելով, օրինակ, վանիլի, կարամելի, սերուցքի, համեմունքների կամ հողային համային երանգներ։ Շատ կարևոր ազդեցություն ունեն էլագիտանինները (հիդրոլիզվող տանին), որոնք ծագում են փայտի լիգնինային կառուցվածքներից, քանի որ դրանք գինին պաշտպանում են օքսիդացումից և վերականգնումից։
Ուլտրաձայնային արդյունահանումն օգտակար է գինու՝ կաղնեփայտով հնեցման փուլում, քանի որ ուլտրաձայնով առաջացող բարձր և ցածր ճնշման ցիկլերն ուժեղացնում են հեղուկի ներթափանցումը փոշու, տաշեղների, ձողերի կամ տակառատախտակների փայտային կառուցվածքի մեջ։ Քանի որ դրա շնորհիվ զանգվածափոխանակությունը զգալիորեն մեծանում է, կաղնեփայտով հնեցման ժամանակահատվածը կրճատվում է, իսկ համային արդյունքները բարելավվում են։ Եթե գինուն ավելացվում են կաղնեփայտի փոշի կամ փայտի համաբուրավետ թորվածքներ (այլընտրանքային կաղնեփայտով հնեցում), ուլտրաձայնային ուժերն ապահովում են մասնիկների կամ կաթիլների շատ նուրբ դիսպերսում գինու մեջ՝ բարելավելով մակերևույթի թրջումն ու շփման համար դրա հասանելիությունը։ Սա շատ կարևոր է բարձր համային որակ և բերանում հաճելի զգացողություն ստանալու համար և նպաստում է ալկոհոլային խմիչքի որակին։ Այն փաստը, որ տակառներում պահելն ու հնեցնելը գինեգործության մեջ զգալի ժամանակ և ծախսեր են պահանջում, ուլտրաձայնը դարձնում է մշակման բացառիկ հետաքրքիր մեթոդ, քանի որ Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքերն աչքի են ընկնում ներդրումային ցածր ծախսերով, հեշտ ներդրմամբ և բացառիկ էներգաարդյունավետությամբ.
Ուլտրաձայնն օգտագործվում է խաղողի քաղցուի մամլման ելքը մեծացնելու համար՝ ապահովելով պոլիֆենոլների ավելի բարձր պարունակություն։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակումը կարող է գինին հնեցնել րոպեների ընթացքում։
Ուլտրաձայնի օգնությամբ դեագլոմերացում գինու հնեցման ընթացքում
Գինու ավանդական, ժամանակատար հնեցման գործընթացում գինու մեջ տեղի են ունենում տարբեր մոլեկուլների ռեակցիաներ։ Սա նշանակում է, որ մոլեկուլները փոփոխվում են միմյանց հետ փոխազդեցությանը համապատասխան։ Այս մոլեկուլային փոփոխության տևողությունն ու արդյունքը կախված են գինու բաղադրիչներից և դրա միջավայրից։ Ընդհանուր առմամբ ընդունված է, որ ալկոհոլը դիսպերսված է ալկոհոլային խմիչքներում, բայց դա չի նշանակում, որ մոլեկուլների խառնում կիրականանա։ Քանի որ գինու մեջ բնականորեն միայն քիչ էներգիա է հասանելի այնպիսի ռեակցիաների համար, ինչպիսիք են կապերի առաջացումն ու խառնումը, բնական փոփոխությունները հիմնականում մնում են անավարտ։ Թեև բաղադրիչները հակված են փոխազդելու, միանալու և փոխելու մոլեկուլային հատկությունները, առկա էներգիայի ցածր մակարդակի պատճառով դրանք չեն կարող մոլեկուլային մակարդակում իրականացնել լիարժեք փոխազդեցություն, փոխակերպում կամ կապերի առաջացում։
Երբ գինին ենթարկվում է ուլտրաձայնային մշակման (ինչը նշանակում է էներգիայի ներմուծում հեղուկի մեջ), բաղադրիչներն ունենում են դիսպերսման ավելի կայուն և միատեսակ աստիճան։ Ուլտրաձայնային մշակման շնորհիվ գինին մշակման շատ կարճ ժամանակահատվածում դառնում է համասեռ հեղուկ՝ երկարացված պահպանման ժամկետով։ Համասեռությունը հնարավորություն է տալիս մոլեկուլների միջև ավելի ուժեղ փոխազդեցության և, հետևաբար, ավելի ամբողջական մոլեկուլային փոփոխության։ Սա նշանակում է համի և որակի բարելավում։
Դիսպերսում. շշալցումից առաջ գինիների մեծ մասը մշակվում է հավելումներով, ինչպիսիք են կոնսերվանտները (օրինակ՝ կալիումի բիսուլֆատ, նատրիումի բիսուլֆատ), մաքրող նյութերը, ներկող փոշիները և այլ պարզեցնող ու որակը բարելավող նյութերը։ Այս հավելումներն օգտագործվում են վաղաժամ շագանակացումն ու փչացումը կանխելու, գինու որակը բարելավելու, թերությունները վերացնելու կամ խմորման գործընթացին նպաստելու համար։ Ուլտրաձայնային մշակմամբ այս հավելումները կարող են շատ համաչափ դիսպերսվել գինու մեջ՝ ապահովելով մշակման ավելի բարձր արդյունքներ։ Սա ի վերջո հանգեցնում է ավելի բարձր որակի և ավելի լավ համի, ինչին ձգտում է յուրաքանչյուր գինեգործ։
Ակտիվ միացությունների ուլտրաձայնային արդյունահանում
Գինին պարունակում է առողջության համար օգտակար ակտիվ միացությունների լայն բազմազանություն, այդ թվում՝ տանիններ, ֆենոլային միացություններ, ֆլավոնոիդներ և այլ նյութեր, որոնք արժեքավոր բաղադրիչներ են և օգտագործվում են դեղագործական, սննդի և կոսմետիկ արդյունաբերության մեջ։
Կարդացեք ավելին խաղողից և խաղողի վերամշակման կողմնակի արտադրանքներից ֆիտոքիմիական նյութերի՝ պոլիֆենոլների, անտոցիանիդինների, պրոանտոցիանիդինի և այլ կենսաակտիվ միացությունների էքստրակցիայի մասին։
MultiSonoReactor MSR-4-ը արդյունաբերական հոսքային հոմոգենացման ռեակտոր է, որը հարմար է բարձր արտադրողականությամբ արդյունաբերական մշակման համար։ MSR-4-ը կարող է համալրվել 4x UIP4000hdT կամ 4x UIP6000hdT սարքերով։
Լրացուցիչ անդրադարձ
Բրնձի և եգիպտացորենի գինիների հնեցում. Chang-ը և համահեղինակները (2002) բրնձի և եգիպտացորենի գինիների վերաբերյալ իրենց հետազոտության ընթացքում պարզել են, որ գինու ուլտրաձայնային մշակման հնեցնող ազդեցությունը կախված է գինու տեսակից։ Այսպես, բրնձի գինու ուլտրաձայնային հնեցումը pH-ի արժեքի, սպիրտի պարունակության, ացետալդեհիդի, համի և զգայորոշման հատկությունների առումով զգալիորեն ավելի լավ արդյունք է տվել, քան եգիպտացորենի գինու՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ հնեցումը։ Թե՛ բրնձի, թե՛ եգիպտացորենի գինու դեպքում հնեցման ժամանակը զգալիորեն կրճատվել է (1 տարուց մինչև 1 շաբաթ կամ 3 օր)։
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքեր՝ հոսքային ռեակտորներով՝ գինու և հյութի ուլտրաձայնային մշակման համար.
Hielscher-ի ուլտրաձայնային մշակման սարքերը
Hielscher-ը բարձր որակի և բարձր արտադրողականության ուլտրաձայնային սարքերի առաջատար մատակարարն է։ Hielscher-ի արտադրած ուլտրաձայնային սարքերն օգտագործվում են լաբորատոր նմուշների, փորձնական մասշտաբով մշակման կամ ամբողջական մասշտաբով արտադրության համար՝ արդյունաբերության և հետազոտությունների բազմազան ոլորտներում։ Յուրաքանչյուր գործընթացում կատարյալ աշխատանք և համապատասխան կարգավորում ապահովելու համար Hielscher-ն առաջարկում է ուլտրաձայնային սարքերի լայն տեսականի՝ ցանկացած ծավալի հեղուկի ուլտրաձայնային մշակման համար՝ մի քանի միկրոլիտրից մինչև ժամում հարյուրավոր խորանարդ մետրեր։ Ուլտրաձայնային սարքերը կարելի է հեշտությամբ փորձարկել փոքր մասշտաբով՝ գնահատելու դրանց արդյունավետությունը տվյալ գործընթացում։ Սովորաբար UIP1000hd (1kW) սարքն օգտագործվում է գործընթացի մշակման համար՝ ժամում 0,5L-ից մինչև 1000L հոսքի ծավալային ծախսերի դեպքում։ Այս մասշտաբում մշակման արդյունավետությունը կարելի է օպտիմալացնել՝ փոփոխելով ամպլիտուդը, ճնշումը և հոսքի ծավալային ծախսը։ Արտադրական գծում ուլտրաձայնային համակարգի տեղադրումը կամ առկա գիծը դրանով վերազինելը, ինչպես նաև համակարգի շահագործումն ու տեխնիկական սպասարկումը պարզ են և դժվարություններ չեն առաջացնում։
Ուլտրաձայնը հեղուկներում
Բարձր հզորության ուլտրաձայնն առաջացնում է կավիտացիա հեղուկներում։ Կավիտացիոն պղպջակների ներպայթյունի ընթացքում տեղային առաջանում են չափազանց մեծ ուժեր. կավիտացիոն «տաք կետում» հասնում են շատ բարձր ջերմաստիճանների (մոտ 5 000K) և ճնշումների (մոտ 2 000atm)։ Կավիտացիոն պղպջակի ներպայթյունը նաև առաջացնում է հեղուկի շիթեր՝ մինչև 280m/s արագությամբ։ Երբ այս ինտենսիվ ուժերն ազդում են հեղուկի վրա, դրանք տարբեր ազդեցություններ են առաջացնում։ Ալկոհոլային հեղուկում ուլտրաձայնային մշակումն արագացնում է սպիրտի, ալդեհիդների, էսթերների և օլեֆինների օքսիդացումը, պոլիմերացումը և կոնդենսացումը՝ առաջացնելով նոր միացություններ, որոնք ստեղծում են ավելի հարուստ ու ավելի լավ համ և բույրերի փունջ։
Գինեգործության (վինիֆիկացիայի) համար առավել հետաքրքիր ուլտրաձայնային կիրառություններից հատկապես պետք է նշել ուլտրաձայնի օժանդակությամբ իրականացվող էքստրակցիան, ագլոմերացումը և դիսպերսումը ։ Այս ազդեցություններն ուլտրաձայնային մշակումը դարձնում են գինու և այլ ըմպելիքների մշակման այսքան արդյունավետ մեթոդ։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին.
| Մեկ խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի ծավալային ծախսը | Առաջարկվող սարքերը |
|---|---|---|
| 1-ից մինչև 500mL | 10-ից մինչև 200mL/min | UP100H |
| 10-ից մինչև 2000mL | 20-ից մինչև 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-ից մինչև 20L | 0,2-ից մինչև 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-ից մինչև 100L | 2-ից մինչև 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-ից մինչև 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի խումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Hielscher Ultrasonics-ն արտադրում է բարձր արտադրողականության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերսման, էմուլգացման և էքստրակցիայի համար։
Գրականություն / Հղումներ
- Chang, Audrey Chingzu; et al. (2002): The application of 20kHz ultrasonic waves to accelerate the aging of different wines. Food Chemistry 79, 2002. 501–506.
- Cocito, C.; et al. (1995): Rapid extraction of aroma compounds in must and wine by means of ultrasound.
- Ghafoor, Kashif; et al. (2009): Optimization of an extraction method of aroma compounds in white wine using ultrasound.
- Hernanz Vila, Dolores; et al. (1999): Optimization of an extraction method of aroma compounds in white wine using ultrasound. Talanta 50(2), 13.Sept.1999. 413-21.
- Jiranek, Vladimir et al. (2007): High power ultrasonics as a novel tool offering new opportunities for managing wine microbiology. Biotechnology Letters 2008. 1-6.
- Vilkhu, Kamaljit; et al. (2008): Applications and opportunities for ultrasound assisted extraction in the food industry — A review. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2; 2008. 161-169.