Ekstraksi Vanila Ultrasonik – Metode Non-Termal
- Ekstrak vanila adalah larutan rasa yang diekstraksi dari polong vanila dalam larutan etanol dan air.
- Untuk menghasilkan vanillin berkualitas tinggi sebagai komponen aroma, rasa, dan wewangian, diperlukan teknik ekstraksi yang efisien namun ringan untuk mencegah dekomposisi.
- Ekstraksi ultrasonik adalah metode ekstraksi mekanis ringan, yang memberikan hasil vanillin yang tinggi dalam waktu ekstraksi yang sangat singkat.
Ultrasonik Kinerja Tinggi untuk Ekstrak Vanillin Berkualitas Tinggi
Sebagai rempah-rempah termahal kedua setelah kunyit, produksi vanila membutuhkan metode ekstraksi yang efisien, yang mencegah degradasi minyak esensial yang berharga. Ekstraksi ultrasonik terkenal dan ditetapkan sebagai metode ringan, non-termal, namun sangat efisien untuk melepaskan senyawa bioaktif dari bahan tanaman. Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada fenomena kavitasi akustik, yang merupakan perawatan mekanis murni. Hal ini membuat sonikasi metode yang disukai untuk isolasi senyawa bioaktif sensitif seperti senyawa perisa dan minyak esensial, misalnya vanillin, polifenol, atau antioksidan dari tumbuhan.
Keuntungan dari Ekstraksi Vanilla Ultrasonik
- Hasil unggul
- Ekstraksi berkecepatan tinggi – dalam hitungan menit
- Ekstrak berkualitas tinggi – Ringan, tidak termal
- Pelarut hijau (misalnya air/etanol)
- hemat biaya
- Operasi yang mudah dan aman
- Biaya investasi dan operasional yang rendah
- Operasi 24/7 di bawah tugas berat
- Metode hijau dan ramah lingkungan
Ekstraksi Vanila Ultrasonik – dalam Mode Batch atau Aliran Berkelanjutan
Batch: Proses ekstraksi ultrasonik dapat dioperasikan sebagai proses batch sederhana atau sebagai perawatan inline, di mana media terus diumpankan melalui reaktor aliran melalui ultrasonik.
Pemrosesan batch adalah prosedur yang mudah, di mana ekstraksi dilakukan banyak demi lot. Hielscher Ultrasonics menawarkan prosesor ultrasonik untuk batch kecil hingga besar, yaitu 1L hingga 120L.
Untuk memproses batch 5 hingga 10L, kami merekomendasikan UP400St (400W, video di bawah) dengan sonotrode S24d22L2D.
Untuk memproses batch sekitar 120L, kami merekomendasikan UIP2000hdT (2kW, pic. kolom kanan di atas) dengan sonotrode RS4d40L4.
Sonicator UIP2000hdT untuk ekstraksi botani dalam batch 120L
Ekstraksi ultrasonik tumbuhan dengan ultrasonicator UP400St
Untuk volume sekitar 8L/menit, kami merekomendasikan UIP4000hdT (4kW, gambar kanan) dengan sonotrode RS4d40L3 dan sel aliran bertekanan FC130L4-3G0
Studi Kasus Ekstraksi Vanilla Ultrasonik
Jadhav et al. (2009) membandingkan ekstraksi berbantuan ultrasonik (UEA) dan ekstraksi Soxhlet. Penelitian ini mengkonfirmasi bahwa ekstraksi ultrasonik mengintensifkan pelepasan vanillin secara signifikan jika dibandingkan dengan ekstraksi Soxhlet. Perawatan Soxhlet membutuhkan suhu pengoperasian 95 °C, rasio pelarut: zat terlarut 66,67ml/g dan waktu ekstraksi 8 jam menghasilkan pelepasan sekitar 180ppm vanillin. Ekstraksi berbantuan ultrasound (UEA) hanya membutuhkan waktu 1 jam untuk melepaskan sekitar 140ppm vanillin menggunakan rasio pelarut:zat terlarut yang sama pada suhu kamar.
Rasoamandrary et al. (2013) membandingkan efisiensi ekstraksi vanillin menggunakan ultrasonicator tipe probe 100W (misalnya UP100H), bak ultrasonik, dan bak air panas. Para peneliti menyimpulkan bahwa ultrasonicator tipe probe adalah alat ekstraksi yang kuat karena ultrasonik intensitas tinggi. Oleh karena itu, ultrasonicator tipe probe mengungguli metode ekstraksi alternatif dengan memberikan hasil vanillin yang serupa / atau lebih tinggi yang diekstraksi dalam waktu ekstraksi yang jauh lebih singkat dan konsumsi pelarut (yaitu etanol) yang lebih sedikit.
Perbandingan ketiga metode ekstraksi – probe ultrasonik, mandi ultrasonik, ekstraksi mandi air panas – menunjukkan bahwa ekstraksi vanillin paling efisien untuk probe-sonikasi menggunakan etanol 40% (v / v) pada suhu sekitar 30 °C dan waktu ekstraksi 1 jam. Ekstraksi penangas air membutuhkan konsentrasi etanol 50% (v/v) pada suhu 56°C selama 15 jam.
UIP4000hdT – Ekstraktor ultrasonik 4kW untuk perawatan inline terus menerus.
Peralatan Ultrasonik untuk Ekstraksi Kinerja Tinggi
Hielscher Ultrasonics mengkhususkan diri dalam pembuatan prosesor ultrasonik berkinerja tinggi untuk produksi ekstrak berkualitas tinggi dari tumbuhan.
Portofolio produk Hielscher yang luas berkisar dari ultrasonicator laboratorium kecil dan kuat hingga sistem bench-top yang kuat dan sepenuhnya industri, yang memberikan ultrasound intensitas tinggi untuk ekstraksi dan isolasi zat bioaktif yang efisien (misalnya Quercetin, kafein, Curcumin, Terpenes dll.). Semua perangkat ultrasonik dari 200W hingga 16, 000W menampilkan layar berwarna untuk kontrol digital, kartu SD terintegrasi untuk perekaman data otomatis, remote control browser, dan banyak lagi fitur ramah pengguna. Sonotrodes dan sel aliran (bagian-bagian, yang bersentuhan dengan media) dapat diautoklaf dan mudah dibersihkan. Semua ultrasonicator kami dibangun untuk operasi 24/7, membutuhkan perawatan yang rendah dan mudah dan aman untuk dioperasikan.
Tampilan warna digital memungkinkan kontrol ultrasonicator yang ramah pengguna. Sistem kami mampu memberikan dari amplitudo rendah hingga sangat tinggi. Untuk ekstraksi polifenol dan senyawa bioaktif lainnya seperti vanillin, kami menawarkan sonotrode ultrasonik khusus (juga dikenal sebagai probe ultrasonik atau tanduk) yang dioptimalkan untuk isolasi zat aktif berkualitas tinggi yang masuk akal. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Kontrol yang tepat dari parameter proses ultrasonik memastikan reproduktifitas dan standarisasi proses.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Prosesor ultrasonik berdaya tinggi dari laboratorium hingga skala percontohan dan industri.
Literatur / Referensi
- Velez Suaza, Catalina (2016): Optimalisasi pendekatan analitik berdasarkan kromatografi cair kinerja tinggi untuk karakterisasi ekstrak vanila alami. Tesis, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. dkk. (2009): Ekstraksi vanillin dari polong vanila: Studi perbandingan soxhlet konvensional dan ekstraksi berbantuan ultrasound. Jurnal Teknik Pangan 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Peningkatan Ekstraksi Vanillin 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde dari Kacang Vanila yang Diawetkan Menggunakan Ekstraksi Berbantuan Ultrasound: Perbandingan Ekstraksi Berbantuan Ultrasonografi dan Mandi Air Panas.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Teknologi ultrasound untuk ekstraksi molekul aktif biologis dari sumber tumbuhan, hewan, dan laut. Tren TrAC dalam Kimia Analitik, Volume 122, 2020.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Prinsip Kerja Ekstraksi Ultrasonik
Penerapan gelombang ultrasound yang intens ke media cair menghasilkan kavitasi. Fenomena kavitasi mengarah secara lokal ke suhu ekstrem, tekanan, laju pemanasan / pendinginan, perbedaan tekanan, dan gaya geser tinggi dalam medium. Ketika gelembung kavitasi meledak di permukaan padatan (seperti partikel, sel tumbuhan, jaringan, dll.), Jet mikro dan tabrakan interparticlular menghasilkan efek seperti pengelupasan permukaan, erosi dan kerusakan partikel. Selain itu, ledakan gelembung kavitasi dalam media cair menciptakan turbulensi makro dan pencampuran mikro.
Gambar 1: Penciptaan gelembung kavitasi yang stabil dan sementara.
(a) perpindahan, (b) kavitasi sementara, (c) kavitasi stabil, (d) tekanan
[diadaptasi dari Santos et al. 2009]
Iradiasi ultrasonik bahan tumbuhan memecah matriks sel tumbuhan dan meningkatkan hidrasi yang sama. Chemat et al (2015) menyimpulkan bahwa ekstraksi ultrasonik senyawa bioaktif dari tumbuhan adalah hasil dari mekanisme independen atau gabungan yang berbeda termasuk fragmentasi, erosi, kapileritas, deteksturasi, dan sonoporasi. Efek ini mengganggu dinding sel, meningkatkan perpindahan massa dengan mendorong pelarut ke dalam sel dan menyedot pelarut yang dimuat senyawa fito, dan memastikan pergerakan cairan dengan pencampuran mikro.
Ekstraksi ultrasonik dari sel tumbuhan: bagian melintang mikroskopis (TS) menunjukkan mekanisme tindakan selama ekstraksi ultrasonik dari sel (perbesaran 2000x) [sumber: Vilkhu et al. 2011]
Ekstraksi ultrasonik mencapai isolasi senyawa yang sangat cepat – mengungguli metode ekstraksi konvensional dalam waktu proses yang lebih singkat, hasil yang lebih tinggi, dan pada suhu yang lebih rendah. Sebagai perlakuan mekanis ringan, ekstraksi berbantuan ultrasound menghindari degradasi termal komponen bioaktif dan unggul dibandingkan dengan teknik lain seperti ekstraksi pelarut konvensional, hidrodistilasiatau Soxhlet ekstraksi, yang diketahui dapat menghancurkan molekul yang peka terhadap panas. Karena keunggulan ini, ekstraksi ultrasonik adalah teknik yang disukai untuk melepaskan senyawa bioaktif yang sensitif terhadap suhu dari tumbuhan.
Vanili
Vanila adalah rasa yang berharga, yang dapat diekstraksi dari anggrek dari genus Vanilla, terutama dari spesies Meksiko, vanila berdaun pipih (V. planifolia). Senyawa anggrek vanila yang beraroma unik ditemukan dalam buahnya, yang dihasilkan dari penyerbukan bunga. Polong biji ini kira-kira berukuran 1/3 x 6 inci, dengan warna merah kecoklatan hingga hitam saat matang. Di dalam polong ini ada cairan berminyak yang penuh dengan biji-bijian kecil. Baik polong dan biji digunakan untuk produksi vanillin.
Meskipun vanillin adalah senyawa rasa utama dalam tanaman vanila, ekstrak vanila murni mengandung beberapa ratus senyawa rasa tambahan, yang berkontribusi pada rasanya yang kompleks dan dalam.
Esensi vanila terjadi dalam dua bentuk, yaitu esensi vanillin asli dari biji vanila dan vanillin yang disintesis secara industri. Ekstrak biji asli adalah campuran kompleks dari beberapa ratus senyawa berbeda. Senyawa kimia vanillin – 4-Hidroksi-3-methoxybenzaldehyde – adalah kontributor utama rasa dan aroma khas vanila asli dan merupakan komponen rasa utama dari biji vanila yang diawetkan. Selain vanillin, senyawa kimia lain seperti asetaldehida, asam asetat, furfural, asam heksanoid, 4-hidroksibenzaldehida, eugenol, metil cinnamate, dan asam isobutyric berkontribusi pada aroma kompleks vanila.
Kultivar Vanila
Vanili Bourbon atau vanili Bourbon-Madagaskar diproduksi dari tanaman V. planifolia, yang tumbuh di pulau-pulau Samudra Hindia seperti Madagaskar, Komoro, dan Réunion, sebelumnya bernama Île Bourbon. Istilah “Vanila Bourbon” juga menggambarkan aroma vanila khas yang berasal dari V. planifolia.
Vanilla Meksiko, yang diekstraksi dari V. planifolia asli, diproduksi dalam jumlah yang jauh lebih rendah. Vanili Meksiko dikenal dan dipasarkan sebagai vanila dari tanah asalnya, karena tanaman V. planifolia berasal dari Mesoamerika.
Vanili Tahiti berasal dari Polinesia Prancis, diproduksi dari tanaman V. tahitiensis. Analisis genetik menunjukkan spesies ini mungkin merupakan kultivar dari hibrida V. planifolia dan V. odorata.
Vanili India Barat terbuat dari V. pompona, yang ditanam di Karibia dan Amerika Tengah dan Selatan.