Sonikasi Wine – Aplikasi Inovatif Ultrasonik di Fasilitas Produksi Wine

Ultrasonik merupakan metode pemrosesan nontermal yang sudah banyak digunakan dalam industri pangan karena perlakuannya yang ringan tetapi memberikan efek signifikan pada produk. Bagi fasilitas produksi wine, sonikasi menawarkan berbagai aplikasi seperti ekstraksi senyawa cita rasa, senyawa fenolik dan zat pewarna, pematangan dan penuaan, pemberian karakter kayu ek, serta penghilangan gas.

Wine merupakan minuman beralkohol yang paling umum dibuat dari buah anggur, tetapi juga dari buah-buahan lain (misalnya wine apel, wine elderberry) atau bahan berbasis pati (misalnya wine beras, wine jagung).
Wine merupakan produk konsumsi yang digemari dan produksinya memerlukan proses yang kompleks dan mahal. Pembuatan wine berkualitas dan berkualitas tinggi dikenal sebagai usaha yang memakan waktu sehingga membutuhkan biaya besar. Pada akhirnya, produsen wine berkepentingan untuk mempercepat fermentasi (konversi menjadi alkohol) dan pematangan (untuk menghasilkan cita rasa dan aroma yang kompleks), sekaligus menghasilkan minuman beralkohol berkualitas tinggi dengan rasa, buket aroma, sensasi di mulut, dan warna yang diinginkan.

Berbagai Efek Ultrasonik dalam Pemrosesan Wine

Ultrasonik berdaya tinggi yang diterapkan pada wine memberikan banyak efek yang bermanfaat. Aplikasi terpenting mencakup penguatan cita rasa pada buket aroma wine melalui ekstraksi komponen yang kaya cita rasa, seperti senyawa fenolik dan senyawa aroma, pemberian karakter kayu ek, serta percepatan pematangan dan penuaan.

Ekstraksi Senyawa Aroma dan Fenolik dari Buah Anggur

Ultrasonik merupakan sarana yang sudah dikenal luas dan terbukti untuk mengekstraksi bahan intraseluler tumbuhan dan senyawa aroma. Aktivitas mekanis ultrasonik mendukung difusi pelarut ke dalam jaringan. Karena ultrasonik memecah dinding sel secara mekanis melalui gaya geser kavitasi, perpindahan dari sel ke dalam pelarut menjadi lebih mudah. Pengurangan ukuran partikel oleh kavitasi ultrasonik meningkatkan luas permukaan kontak antara fase padat dan fase cair.
Buah anggur terkenal dan diminati karena kaya akan polifenol. Senyawa fenolik dalam buah anggur ini (seperti flavanol monomerik, prosianidin dimerik, trimerik, dan polimerik, serta asam fenolat) dikenal memiliki sifat antiradikal dan antioksidan. Secara kimia, senyawa tersebut dapat dibagi menjadi dua subkategori: flavonoid dan nonflavonoid. Flavonoid terpenting dalam wine adalah antosianin dan tanin yang berkontribusi terhadap warna, rasa, dan sensasi di mulut. Senyawa nonflavonoid mencakup stilben seperti resveratrol dan senyawa asam, seperti asam benzoat, kafeat, dan sinamat. Sebagian besar dari seluruh senyawa fenolik ini terdapat dalam kulit dan biji buah anggur. Gaya ultrasonik yang kuat mampu mengekstraksi komponen berharga dari biji dan kulit buah anggur secara efisien.
Dalam penelitian Cocito et al. (1995), ultrasonikasi terbukti sebagai proses yang cepat, dapat diulang, dan linear untuk ekstraksi senyawa aroma dalam must dan wine. Hasil konsentrasi senyawa yang diperoleh melalui ekstraksi ultrasonik lebih tinggi daripada hasil ekstraksi kolom C18 (ekstraksi resin).
Secara keseluruhan, keunggulan ekstraksi ultrasonik menjadikannya alternatif yang murah, sederhana, dan efisien terhadap metode ekstraksi nontermal konvensional, seperti tekanan hidrostatik tinggi (HP), karbon dioksida terkompresi (cCO2), karbon dioksida superkritis (ScCO2), dan pulsa medan listrik tinggi (HELP). Keunggulan lainnya adalah bahwa ekstraksi ultrasonik – berbeda dengan alternatif yang disebutkan di atas – dapat dengan mudah diuji pada skala laboratorium atau skala meja laboratorium. Uji coba ini memberikan hasil yang dapat direproduksi sehingga peningkatan skala selanjutnya tidak memerlukan upaya tambahan untuk menemukan pengaturan yang optimal. Untuk produksi komersial penuh, sonikator andal untuk tugas berat dengan daya hingga 16.000 watt per unit memungkinkan perlakuan sonikasi pada aliran bervolume sangat tinggi.

Ekstraksi Berbantuan Ultrasonik untuk Pemberian Karakter Kayu Ek pada Wine

Selama tahap pemberian karakter kayu ek, wine bersentuhan dengan kayu tong (metode tradisional) atau dengan serpihan kayu, batang/bilah kayu, atau bubuk kayu ek yang ditambahkan (metode alternatif). Kayu yang paling umum digunakan untuk pemberian karakter kayu ek (pemberian cita rasa) adalah – sesuai dengan nama prosedurnya – kayu ek (quercus). Jenis kayu lain yang lebih jarang digunakan antara lain kastanye, pinus, redwood, ceri, atau akasia. Sifat kimia kayu dimanfaatkan untuk menghasilkan efek yang kuat terhadap cita rasa dan buket aroma wine. Fenol yang terkandung dalam kayu ek berinteraksi dengan wine dan menghasilkan cita rasa seperti vanila, karamel, krim, rempah, atau nuansa tanah. Elagitanin (tanin yang dapat dihidrolisis), yang berasal dari struktur lignin dalam kayu, memiliki efek yang sangat penting karena melindungi wine dari oksidasi dan reduksi.
Ekstraksi ultrasonik berguna pada tahap pemberian karakter kayu ek pada wine karena penetrasi cairan ke dalam struktur kayu dalam bentuk bubuk, serpihan, batang, atau bilah ditingkatkan oleh siklus tekanan tinggi dan tekanan rendah yang dihasilkan ultrasonik. Karena perpindahan massa meningkat secara nyata, periode pemberian karakter kayu ek menjadi lebih singkat dan hasil cita rasanya lebih baik. Jika bubuk kayu ek atau distilat cita rasa kayu (metode alternatif) ditambahkan ke dalam wine, gaya ultrasonik menghasilkan dispersi partikel atau tetesan yang sangat halus di dalam wine untuk meningkatkan pembasahan dan paparan permukaan. Hal ini sangat penting untuk memperoleh rasa dan sensasi di mulut yang berkualitas tinggi serta berkontribusi terhadap kualitas minuman beralkohol. Penggunaan tong dan penuaan membutuhkan waktu yang panjang dan biaya besar dalam vinifikasi, sehingga ultrasonik menjadi metode pemrosesan yang sangat menarik karena perangkat ultrasonik Hielscher menawarkan biaya investasi rendah, penerapan yang mudah, serta efisiensi energi yang luar biasa.

Deaglomerasi Berbantuan Ultrasonik selama Penuaan Wine

Selama proses penuaan wine tradisional yang memakan waktu, berbagai molekul di dalam wine mengalami reaksi. Artinya, molekul-molekul tersebut berubah sesuai dengan interaksi satu sama lain. Waktu dan hasil perubahan molekuler ini bergantung pada komponen wine dan lingkungannya. Secara umum, diakui bahwa alkohol terdispersi dalam minuman beralkohol, tetapi hal ini tidak berarti bahwa pencampuran molekul akan tercapai. Karena secara alami hanya tersedia energi rendah dalam wine untuk reaksi – seperti pembentukan ikatan dan pencampuran – perubahan alami sebagian besar tidak berlangsung hingga tuntas. Meskipun komponen-komponennya cenderung berinteraksi, melekat, dan mengubah sifat molekuler, komponen tersebut tidak dapat mencapai interaksi, konversi, atau pembentukan ikatan yang menyeluruh pada tingkat molekuler karena rendahnya energi yang tersedia.
Ketika wine disonikasi (yang berarti energi dimasukkan ke dalam cairan), komponen-komponennya mencapai tingkat dispersi yang lebih konsisten dan seragam. Melalui sonikasi, wine menjadi cairan homogen dengan umur simpan yang lebih panjang dalam waktu perlakuan yang sangat singkat. Homogenitas memungkinkan interaksi yang lebih besar antarmolekul sehingga perubahan molekuler berlangsung lebih menyeluruh. Hal ini berarti peningkatan rasa dan kualitas.

Dispersi: Sebelum pembotolan, sebagian besar wine diberi bahan tambahan, seperti pengawet (misalnya kalium bisulfat, natrium bisulfat), bahan pembersih, bubuk pewarna, serta bahan penjernih dan bahan peningkat mutu lainnya. Bahan tambahan ini digunakan untuk menghindari pencokelatan dan kerusakan dini, meningkatkan kualitas wine, menghilangkan kekurangan, atau mendukung proses fermentasi. Melalui ultrasonikasi, bahan tambahan ini dapat didispersikan dengan sangat konsisten ke dalam wine sehingga diperoleh hasil pemrosesan yang lebih baik. Pada akhirnya, hal ini menghasilkan kualitas yang lebih tinggi dan rasa yang lebih baik – tujuan yang diupayakan setiap produsen wine.

Ekstraksi Ultrasonik Senyawa Aktif

Wine mengandung beragam senyawa aktif yang bermanfaat bagi kesehatan, seperti tanin, senyawa fenolik, flavonoid, dan lainnya, yang merupakan bahan berharga untuk industri farmasi, pangan, dan kosmetik.
Baca lebih lanjut tentang ekstraksi fitokimia seperti polifenol, antosianidin, proantosianidin, dan senyawa bioaktif lainnya dari buah anggur dan produk samping buah anggur!

Pembahasan Tambahan

Penuaan Wine Beras dan Wine Jagung: Chang et al. (2002) menemukan dalam penelitian mereka tentang wine beras dan wine jagung bahwa efek penuaan melalui sonikasi wine bergantung pada jenis wine. Penuaan ultrasonik pada wine beras menghasilkan nilai pH, kandungan alkohol, asetaldehida, cita rasa, dan kualitas sensoris yang secara signifikan lebih baik daripada penuaan berbantuan ultrasonik pada wine jagung. Pada keduanya, yaitu wine beras dan wine jagung, waktu penuaan berkurang secara signifikan (dari 1 tahun menjadi 1 minggu atau 3 hari).

Sonikator industri dengan reaktor aliran kontinu untuk sonikasi wine dan jus.

Prosesor Ultrasonik Hielscher

Hielscher merupakan pemasok terkemuka perangkat ultrasonik berkualitas tinggi dan berkinerja tinggi. Perangkat ultrasonik buatan Hielscher digunakan untuk sampel laboratorium, pemrosesan skala pilot, atau produksi skala penuh di berbagai bidang industri dan penelitian. Untuk kinerja yang sempurna dan penyesuaian terhadap setiap proses, Hielscher menawarkan beragam perangkat ultrasonik untuk sonikasi cairan dengan volume berapa pun, dari beberapa mikroliter hingga ratusan meter kubik per jam. Perangkat ultrasonik dapat dengan mudah diuji efisiensi prosesnya pada skala yang lebih kecil. Biasanya, UIP1000hd (1kW) digunakan untuk pengembangan proses dengan laju alir dari 0,5L hingga 1000L per jam. Pada skala ini, efisiensi pemrosesan dapat dioptimalkan dengan memvariasikan amplitudo, tekanan, dan laju alir. Pemasangan atau penambahan sistem ultrasonik pada lini produksi yang sudah ada, serta pengoperasian dan pemeliharaannya, sederhana dan mudah dilakukan.

Ultrasonik dalam Cairan

Ultrasonik berdaya tinggi menghasilkan kavitasi dalam cairan. Selama implosi gelembung kavitasi, timbul gaya yang sangat tinggi secara lokal: pada “titik panas” kavitasi, tercapai suhu yang sangat tinggi (sekitar 5.000K) dan tekanan yang sangat tinggi (sekitar 2.000atm). Implosi gelembung kavitasi juga menghasilkan semburan cairan dengan kecepatan hingga 280m/s. Ketika gaya yang kuat ini bekerja pada cairan, timbul berbagai efek. Dalam cairan beralkohol, ultrasonikasi mempercepat oksidasi, polimerisasi, dan kondensasi alkohol, aldehida, ester, dan olefin untuk membentuk senyawa baru yang menghasilkan cita rasa dan buket aroma yang lebih kaya dan lebih baik.
Di antara aplikasi ultrasonik yang paling menarik untuk pembuatan wine (vinifikasi), khususnya ekstraksi, aglomerasi, dan dispersi berbantuan ultrasonik perlu disebutkan. Efek-efek ini menjadikan sonikasi metode pemrosesan yang sangat efektif untuk wine dan minuman lainnya.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami: