Վանիլի ուլտրաձայնային էքստրակցիա – ոչ ջերմային մեթոդ
- Վանիլի էքստրակտը համաբուրավետիչ լուծույթ է, որը ստացվում է վանիլի պատիճներից՝ էթանոլի և ջրի լուծույթում էքստրակցիայի միջոցով։
- Որպես բույրի, համի և հոտի բաղադրիչ օգտագործվող բարձրորակ վանիլին ստանալու համար անհրաժեշտ է արդյունավետ, բայց մեղմ էքստրակցիայի տեխնոլոգիա՝ քայքայումը կանխելու նպատակով։
- Ուլտրաձայնային էքստրակցիան մեղմ մեխանիկական էքստրակցիայի մեթոդ է, որն ապահովում է վանիլինի բարձր ելք՝ էքստրակցիայի շատ կարճ ժամանակում։
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային տեխնոլոգիա՝ վանիլինի բարձրորակ էքստրակտների համար
Վանիլը զաֆրանից հետո երկրորդ ամենաթանկ համեմունքն է, և դրա արտադրությունը պահանջում է էքստրակցիայի արդյունավետ մեթոդ, որը կանխում է արժեքավոր եթերայուղերի քայքայումը։ Ուլտրաձայնային էքստրակցիան լայնորեն հայտնի և կայացած մեղմ, ոչ ջերմային, բայց բարձր արդյունավետությամբ մեթոդ է՝ բուսական նյութից կենսաակտիվ միացություններ անջատելու համար։ Ուլտրաձայնային էքստրակցիան հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի երևույթի վրա, որը զուտ մեխանիկական մշակում է։ Դրա շնորհիվ ուլտրաձայնային մշակումը նախընտրելի մեթոդ է բուսական հումքից զգայուն կենսաակտիվ միացությունների՝ համաբուրավետիչ միացությունների և եթերայուղերի, օրինակ՝ վանիլինի, պոլիֆենոլների կամ հակաօքսիդանտների առանձնացման համար։
Վանիլի ուլտրաձայնային էքստրակցիայի առավելությունները
- Գերազանց ելք
- Արագ էքստրակցիա՝ րոպեների ընթացքում
- Բարձրորակ էքստրակտներ՝ մեղմ, ոչ ջերմային մշակմամբ
- Էկոլոգիապես բարենպաստ լուծիչներ (օրինակ՝ ջուր/էթանոլ)
- Տնտեսապես արդյունավետ
- Հեշտ և անվտանգ շահագործում
- Ներդրումային և շահագործման ցածր ծախսեր
- 24/7 աշխատանք՝ մեծ ծանրաբեռնվածությամբ
- Կանաչ, էկոլոգիապես բարենպաստ մեթոդ
Վանիլի ուլտրաձայնային էքստրակցիա – խմբաքանակային կամ անընդհատ հոսքի ռեժիմով
Խմբաքանակային մշակում․ Ուլտրաձայնային էքստրակցիայի գործընթացները կարող են իրականացվել որպես պարզ խմբաքանակային գործընթացներ կամ որպես հոսքագծային մշակում, որի դեպքում միջավայրն անընդհատ մատակարարվում է ուլտրաձայնային հոսքային ռեակտորի միջով։
Խմբաքանակային մշակումը պարզ ընթացակարգ է, որի դեպքում էքստրակցիան կատարվում է խմբաքանակ առ խմբաքանակ։ Hielscher Ultrasonics ընկերությունն առաջարկում է ուլտրաձայնային պրոցեսորներ փոքրից մինչև մեծ՝ 1L-ից մինչև 120L խմբաքանակների համար։
5-ից մինչև 10L խմբաքանակների մշակման համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել UP400ST (400W, տեսանյութը՝ ստորև) սարքը՝ S24d22L2D սոնոտրոդով։
Մոտ 120L խմբաքանակների մշակման համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել UIP2000hdT (2kW, նկարը՝ աջ սյունակի վերևում) սարքը՝ RS4d40L4 սոնոտրոդով։
Ուլտրաձայնային UIP2000hdT սարք ՝ 120L խմբաքանակում բուսական հումքի էքստրակցիայի համար
Բուսական հումքի ուլտրաձայնային էքստրակցիա՝ ուլտրաձայնային UP400St սարքով
Մոտ 8L/min. անցնող ծավալի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել UIP4000hdT (4kW, նկարը՝ աջ կողմում) սարքը՝ RS4d40L3 սոնոտրոդով և ճնշման տակ աշխատելու հնարավորությամբ FC130L4-3G0 հոսքային խցիկով
Վանիլի ուլտրաձայնային էքստրակցիայի դեպքի ուսումնասիրություն
Jadhav և համահեղինակները (2009) համեմատել են ուլտրաձայնի օժանդակությամբ էքստրակցիան (UAE) և Սոքսլետի էքստրակցիան։ Հետազոտությունը հաստատել է, որ ուլտրաձայնային էքստրակցիան զգալիորեն ուժեղացնում է վանիլինի անջատումը՝ Սոքսլետի էքստրակցիայի համեմատ։ Սոքսլետի մեթոդով մշակման համար պահանջվել է 95°C աշխատանքային ջերմաստիճան, լուծիչի և լուծվող նյութի 66,67ml/g հարաբերակցություն և 8hrs էքստրակցիայի ժամանակ, ինչի արդյունքում անջատվել է մոտ 180ppm վանիլին։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ էքստրակցիան (UAE) պահանջել է ընդամենը 1hr՝ մոտ 140ppm վանիլին անջատելու համար՝ սենյակային ջերմաստիճանում լուծիչի և լուծվող նյութի նույն հարաբերակցությունն օգտագործելով։
Rasoamandrary և համահեղինակները (2013) համեմատել են վանիլինի էքստրակցիայի արդյունավետությունը՝ օգտագործելով զոնդային տիպի 100W ուլտրաձայնային սարք (օրինակ՝ UP100H), ուլտրաձայնային բաղնիք և տաք ջրային բաղնիք։ Հետազոտողները եզրակացրին, որ զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքը արդյունահանման հզոր գործիք է՝ իր բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնի շնորհիվ։ Ուստի զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքը գերազանցեց արդյունահանման այլընտրանքային մեթոդները՝ ապահովելով արդյունահանված վանիլինի համանման/կամ ավելի բարձր ելքեր՝ արդյունահանման զգալիորեն ավելի կարճ ժամանակով և լուծիչի (այսինքն՝ էթանոլի) ավելի քիչ սպառմամբ։
Արդյունահանման երեք մեթոդների՝ ուլտրաձայնային զոնդով, ուլտրաձայնային բաղնիքով և տաք ջրային բաղնիքով արդյունահանման համեմատությունը ցույց տվեց, որ վանիլինի արդյունահանումն առավել արդյունավետ էր զոնդային ուլտրաձայնային մշակման դեպքում՝ 40% էթանոլի (v/v) օգտագործմամբ, շրջակա միջավայրի 30°C ջերմաստիճանում և արդյունահանման 1hr տևողությամբ։ Ջրային բաղնիքով արդյունահանումը պահանջում էր էթանոլի 50% (v/v) կոնցենտրացիա՝ 56°C ջերմաստիճանում, 15hrs տևողությամբ։
UIP4000hdT – 4kW հզորությամբ ուլտրաձայնային արդյունահանիչ՝ հոսքագծում շարունակական մշակման համար։
Ուլտրաձայնային սարքավորումներ՝ բարձր արդյունավետությամբ արդյունահանման համար
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մասնագիտացած է բուսական հումքից բարձրորակ մզվածքների արտադրության համար նախատեսված բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային պրոցեսորների արտադրության մեջ։
Hielscher ընկերության արտադրանքի լայն տեսականին ընդգրկում է ինչպես փոքր, հզոր լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքեր, այնպես էլ ամուր սեղանադիր և ամբողջությամբ արդյունաբերական համակարգեր, որոնք ապահովում են բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայն՝ կենսաակտիվ նյութերի արդյունավետ արդյունահանման և առանձնացման համար (օրինակ՝ կվերցետին, կոֆեին, կուրկումին, տերպեններ և այլն)։ Բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը՝ սկսած 200W հզորությունից մինչև 16 000W հզորությունը, ունեն գունավոր էկրան՝ թվային կառավարման համար, ներկառուցված SD քարտ՝ տվյալների ավտոմատ գրանցման համար, զննարկչի միջոցով հեռակառավարում և օգտագործման համար հարմար բազմաթիվ այլ գործառույթներ։ Սոնոտրոդներն ու հոսքային բջիջները (միջավայրի հետ շփվող մասերը) կարելի է ավտոկլավացնել, և դրանք հեշտ են մաքրվում։ Մեր բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը նախատեսված են 24/7 աշխատանքի համար, պահանջում են քիչ տեխնիկական սպասարկում և հեշտ ու անվտանգ են շահագործման մեջ։
Թվային գունավոր էկրանը թույլ է տալիս հարմարավետորեն կառավարել ուլտրաձայնային սարքը։ Մեր համակարգերը կարող են ապահովել ցածրից մինչև շատ բարձր ամպլիտուդներ։ Պոլիֆենոլների և այլ կենսաակտիվ միացությունների, օրինակ՝ վանիլինի արդյունահանման համար մենք առաջարկում ենք հատուկ ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ (հայտնի են նաև որպես ուլտրաձայնային զոնդեր կամ շեփորներ), որոնք օպտիմալացված են բարձրորակ ակտիվ նյութերի մեղմ առանձնացման համար։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս աշխատել 24/7՝ ծանր բեռնվածության և շահագործման պահանջկոտ պայմաններում։
Ուլտրաձայնային գործընթացի պարամետրերի ճշգրիտ կառավարումն ապահովում է վերարտադրելիություն և գործընթացի ստանդարտացում։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին։
| Խմբաքանակի ծավալ | Հոսքի ծավալային արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 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. | ավելի մեծ | սարքերի համախումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ / Հարցրե՛ք մեզ
Բարձր հզորությամբ ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ լաբորատոր մասշտաբից դեպի փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներ։
Գրականություն/Հղումներ
- Velez Suaza, Catalina (2016): Բնական վանիլի մզվածքի բնութագրման համար բարձր արդյունավետության հեղուկային քրոմատագրության վրա հիմնված վերլուծական մոտեցման օպտիմալացում։ Ատենախոսություն, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. և այլք (2009): Վանիլինի արդյունահանումը վանիլի պատիճներից. Սոքսլետի ավանդական արդյունահանման և ուլտրաձայնի օժանդակությամբ արդյունահանման համեմատական ուսումնասիրություն։ Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. և այլք (2013): Վանիլինի (4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) բարելավված արդյունահանումը մշակված վանիլի պատիճներից՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ արդյունահանման կիրառմամբ. ուլտրաձայնի օժանդակությամբ և տաք ջրային բաղնիքով արդյունահանման համեմատություն։
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ուլտրաձայնային տեխնոլոգիա՝ բուսական, կենդանական և ծովային աղբյուրներից կենսաբանորեն ակտիվ մոլեկուլների արդյունահանման համար։ TrAC Trends in Analytical Chemistry, հատոր 122, 2020.
Արժե իմանալ
Ուլտրաձայնային արդյունահանման աշխատանքի սկզբունքը
Հեղուկ միջավայրի վրա ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքների ազդեցությունը հանգեցնում է կավիտացիայի։ Կավիտացիայի երևույթը միջավայրում տեղային առաջացնում է ծայրահեղ ջերմաստիճաններ, ճնշումներ, տաքացման/սառեցման արագություններ, ճնշման տարբերություններ և սահքի մեծ ուժեր։ Երբ կավիտացիոն պղպջակները ներպայթում են պինդ մարմինների (օրինակ՝ մասնիկների, բուսական բջիջների, հյուսվածքների և այլն) մակերևույթին, միկրոշիթերը և միջմասնիկային բախումները առաջացնում են այնպիսի ազդեցություններ, ինչպիսիք են մակերևույթի շերտազատումը, էրոզիան և մասնիկների քայքայումը։ Բացի այդ, հեղուկ միջավայրերում կավիտացիոն պղպջակների ներպայթումն առաջացնում է մակրոտուրբուլենտություն և միկրոխառնում։
Նկ. 1. Կայուն և անցողիկ կավիտացիոն պղպջակների առաջացումը։
(a) տեղաշարժ, (b) անցողիկ կավիտացիա, (c) կայուն կավիտացիա, (d) ճնշում
[adapted from Santos et al. 2009]
Բուսական նյութի ուլտրաձայնային ճառագայթումը մասնատում է բուսական բջիջների մատրիքսը և ուժեղացնում դրա հիդրատացումը։ Chemat և համահեղինակները (2015) եզրակացնում են, որ բուսական հումքից կենսաակտիվ միացությունների ուլտրաձայնային արդյունահանումը տարբեր անկախ կամ համակցված մեխանիզմների արդյունք է, այդ թվում՝ մասնատման, էրոզիայի, մազականության, կառուցվածքի քայքայման և սոնոպորացիայի։ Այս ազդեցությունները քայքայում են բջջապատը, բարելավում են զանգվածափոխանակությունը՝ լուծիչը մղելով բջջի ներս և բուսական միացություններով հագեցած լուծիչը ներծծելով դեպի դուրս, և միկրոխառնման միջոցով ապահովում են հեղուկի շարժումը։
Ուլտրաձայնային արդյունահանում բուսական բջիջներից. մանրադիտակային լայնական կտրվածքը (TS) ցույց է տալիս բջիջներից ուլտրաձայնային արդյունահանման ընթացքում ազդեցությունների մեխանիզմը (խոշորացում՝ 2000x) [աղբյուր՝ Vilkhu և համահեղինակներ, 2011]
Ուլտրաձայնային արդյունահանումն ապահովում է միացությունների շատ արագ անջատում՝ գերազանցելով արդյունահանման սովորական մեթոդները գործընթացի ավելի կարճ տևողությամբ, ավելի բարձր ելքով և ավելի ցածր ջերմաստիճաններով։ Որպես մեղմ մեխանիկական մշակում՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ արդյունահանումը կանխում է կենսաակտիվ բաղադրիչների ջերմային քայքայումը և գերազանցում է այլ մեթոդներ, ինչպիսիք են լուծիչով սովորական արդյունահանումը, հիդրոթորումը կամ Soxhlet եղանակով արդյունահանումը, որոնք հայտնի են ջերմազգայուն մոլեկուլները քայքայելու հատկությամբ։ Այս առավելությունների շնորհիվ ուլտրաձայնային արդյունահանումը նախընտրելի մեթոդ է բուսական հումքից ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայուն կենսաակտիվ միացությունների ազատման համար։
Վանիլին
Վանիլը գնահատված համաբուրավետիչ է, որը կարելի է արդյունահանել Vanilla ցեղի խոլորձներից՝ հիմնականում մեքսիկական տեսակից՝ տափակատերև վանիլից (V. planifolia)։ Վանիլի խոլորձի յուրահատուկ համ ունեցող միացությունները գտնվում են նրա պտղում, որն առաջանում է ծաղկի փոշոտման արդյունքում։ Այս սերմնապատիճների չափերը մոտավորապես 1/3 x 6 դյույմ են, իսկ հասուն վիճակում դրանց գույնը տատանվում է դարչնակարմիրից մինչև սև։ Այս պատիճների ներսում կա մանր սերմերով լի յուղային հեղուկ։ Վանիլինի արտադրության համար օգտագործվում են և՛ պատիճը, և՛ սերմերը։
Թեև վանիլինը վանիլ բույսի հիմնական համաբուրավետ միացությունն է, վանիլի մաքուր էքստրակտը պարունակում է մի քանի հարյուր լրացուցիչ համաբուրավետ միացություններ, որոնք նպաստում են դրա բարդ, խորը համի ձևավորմանը։
Վանիլի էսենցիան հանդիպում է երկու ձևով՝ վանիլի սերմնապատիճից ստացվող իսկական վանիլինի էսենցիա և արդյունաբերական եղանակով սինթեզված վանիլին։ Իսկական սերմնապատիճի էքստրակտը մի քանի հարյուր տարբեր միացությունների բարդ խառնուրդ է։ Վանիլին քիմիական միացությունը (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) ամենամեծ ներդրումն ունի իսկական վանիլի բնորոշ համի և բույրի ձևավորման մեջ և մշակված վանիլի պատիճների հիմնական համաբուրավետ բաղադրիչն է։ Վանիլինից բացի, բազմաթիվ այլ քիմիական միացություններ, ինչպիսիք են ացետալդեհիդը, քացախաթթուն, ֆուրֆուրալը, հեքսանաթթուն, 4-hydroxybenzaldehyde միացությունը, էվգենոլը, մեթիլցինամատը և իզոկարագաթթուն, նպաստում են վանիլի բարդ բույրի ձևավորմանը։
Վանիլի սորտեր
Բուրբոնյան վանիլը կամ բուրբոնամադագասկարյան վանիլը ստացվում է V. planifolia տեսակի բույսերից, որոնք աճում են Հնդկական օվկիանոսի կղզիներում, օրինակ՝ Մադագասկարում, Կոմորյան կղզիներում և Ռեյունիոնում, որը նախկինում կոչվում էր Իլ Բուրբոն։ «Բուրբոնյան վանիլ» եզրույթը նկարագրում է նաև V. planifolia տեսակից ստացվող վանիլի առանձնահատուկ բույրը։
Մեքսիկական վանիլը, որն արդյունահանվում է տեղաբնիկ V. planifolia տեսակից, արտադրվում է շատ ավելի փոքր քանակություններով։ Մեքսիկական վանիլը հայտնի է և շուկայահանվում է որպես իր ծագման երկրից ստացվող վանիլ, քանի որ V. planifolia տեսակի բույսի հայրենիքը Մեզոամերիկան է։
Թաիթյան վանիլը գալիս է Ֆրանսիական Պոլինեզիայից և ստացվում է V. tahitiensis տեսակի բույսից։ Գենետիկական վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ այս տեսակը, հնարավոր է, V. planifolia և V. odorata տեսակների հիբրիդից ստացված մշակասորտ է։
Արևմտահնդկական վանիլը ստացվում է V. pompona տեսակից, որն աճեցվում է Կարիբյան տարածաշրջանում, Կենտրոնական և Հարավային Ամերիկայում։