ワインのソニケーション – ワイナリーにおける超音波の革新的応用

超音波は非加熱処理法であり、穏やかな適用でありながら製品に大きな影響を与えるため、食品産業ではすでに広く使用されている。ワイナリーにとって超音波処理は、フレーバー、フェノール、着色料の抽出、熟成、ワインへの添加など、様々な用途があります。 & 熟成、樽熟成、ガス抜き。

ワインはアルコール飲料であり、ブドウを原料とするのが一般的だが、他の果実（リンゴ酒、ニワトコ酒など）やデンプンを原料とするもの（米酒、トウモロコシ酒など）もある。
ワインは消費財として好まれ、その製造には豪華な工程が必要とされる。高品質で質の高いワインを造るには、時間がかかり、コストがかかるビジネスとして知られている。最終的に、ワインメーカーの利益となるのは、ワイン醸造のスピードを上げることである。 発酵 (アルコールへの変換）と熟成（複雑な風味とアロマを付与する）を同時に行い、望ましい味、ブーケ、口当たり、色を持つ高品質の酒を生産する。

ワイン加工における超音波のさまざまな効果

ワインに適用されるパワー超音波は、多くの有益な効果をもたらす。最も重要な用途は以下の通りである。 風味強化 フェノールやアロマといった風味豊かな成分を抽出することで、ワインのブーケを表現する。 オーキングの加速度である。 成熟 & 老化.

ブドウからの芳香族およびフェノール化合物の抽出

超音波は、細胞内の植物物質や芳香族化合物を抽出するための、よく知られた実証済みの手段である。超音波の機械的活性は、組織内への溶媒の拡散をサポートします。超音波はキャビテーションせん断力によって細胞壁を機械的に破壊するため、細胞から溶媒への移行が促進される。超音波キャビテーションによる粒子径の縮小は、固相と液相の接触表面積を増加させる。
ブドウはポリフェノールを豊富に含むことで有名であり、需要がある。ブドウのフェノール化合物（単量体フラバノール、二量体、三量体、高分子プロシアニジン、フェノール酸など）は、抗アルコール作用と抗酸化作用で知られている。化学的には、フラボノイドと非フラボノイドの2つのサブカテゴリーに分けられる。ワインで最も重要なフラボノイドは、色、味、口当たりに寄与するアントシアニンとタンニンである。非フラボノイドには、レスベラトロールのようなスチルベンや、安息香酸、カフェ酸、桂皮酸のような酸性化合物がある。これらのフェノール化合物のほとんどは、ブドウの果皮と種子に含まれている。強力な超音波は、ブドウの種と皮から貴重な成分を効率的に抽出することができる。
Cocitoら(1995)の研究では、超音波抽出はマストとワイン中のアロマ化合物の抽出において、迅速で再現性が高く、直線的なプロセスであることが示されている。超音波抽出で得られた化合物濃度の結果は、C18カラム抽出（樹脂抽出）よりも高かった。
超音波抽出の利点をまとめると、超音波は、高静水圧（HP）、圧縮二酸化炭素（cCO2）、超臨界二酸化炭素（SCO2）、高電界パルス（HELP）などの従来の非熱抽出手段に代わる、安価で簡単かつ効率的な手段である。さらなる利点は、超音波抽出が、上記の代替手段とは対照的に、以下のような環境で容易に試験できることである。 ラブ またはベンチトップスケール。これらの試験により再現性のある結果が得られるので、次のスケールアップの際、最適な設定を見つけるためのさらなる努力は必要ない。完全な商業生産のためには、信頼性の高い ヘビーデューティ超音波発生装置 ユニットあたり最大16,000ワットで、非常に大量の流れを超音波処理することができます。

ワインの樽熟成のための超音波補助抽出法

樽熟成の段階で、ワインは樽の木（伝統的な樽熟成）、または木片、木の棒、樽の粉（代替樽熟成）と接触する。最も一般的な樽材はオーク（ミズナラ）である。その他の木材としては、栗、松、アカマツ、サクラ、アカシアなどがある。木材の化学的特性は、ワインの風味とブーケに多大な効果をもたらすために利用される。オークに含まれるフェノール類はワインと相互作用し、バニラ、キャラメル、クリーム、スパイス、土の風味などのフレーバーを生み出す。非常に重要な効果をもたらすのがエラジタンニン（加水分解性タンニン）で、これは木に含まれるリグニン構造に由来し、酸化や還元からワインを保護する。
超音波抽出は、超音波によって発生する高圧と低圧のサイクルによって、パウダー、チップ、スティック、ステイヴなどの木構造への液体の浸透が促進されるという事実により、ワインの樽熟成の段階に有用である。それによって物質移動が顕著に増加するため、樽熟成期間が短縮され、風味に関してより高い結果が得られる。オークパウダーやウッドフレーバー蒸留液（代替樽熟成）をワインに添加する場合、超音波の力によって粒子や液滴が非常に細かくワインに分散し、表面の濡れや露出が改善される。これは高い味わいと口当たりを実現するために非常に重要で、アルコール飲料の品質に貢献する。樽熟成はワイン醸造において長い時間とコストを要するため、超音波は非常に興味深い処理方法である。 エネルギー効率.

ワイン熟成中の超音波アシストによる凝集除去

伝統的な時間をかけたワインの熟成過程では、ワインの中で様々な分子の反応が起こる。これは、分子同士が相互作用して変化することを意味する。この分子変化の時間と結果は、ワインの成分とその環境に依存する。一般的に、アルコールは酒類に分散されることが認められているが、これは分子の混合が達成されることを意味しない。ワインでは当然、反応に必要なエネルギーは低い。 – 結合や混合が可能であっても、自然変化の程度はほとんど未完成である。成分は相互作用し、くっつき、分子特性を変化させる傾向があるが、存在するエネルギーが低いため、分子レベルでの絶対的な相互作用、変換、結合を実現することはできない。
ワインを超音波処理（液体にエネルギーを入力することを意味する）すると、成分はより一貫性のある均一なグレードの分散を提供する。超音波処理により、ワインは均質な液体となり、非常に短時間の処理で保存期間が延長されます。均質化により、分子間の相互作用が高まり、より完全な分子変化が可能になる。これは味と品質の向上を意味する。

分散：瓶詰めの前に、ほとんどのワインは保存料（重硫酸カリウム、重硫酸ナトリウムなど）、洗浄剤、着色料、清澄剤、改良剤などの添加物で処理される。これらの添加物は、早期の褐変や腐敗を避けるため、ワインの品質を向上させるため、欠点をなくすため、または発酵プロセスをサポートするために使用される。超音波処理によって、これらの添加物をワインに安定的に分散させることができるため、より高い処理結果を得ることができる。これは最終的に、より高い品質とより良い味わいへとつながる。

活性化合物の超音波抽出

ワインには、タンニン、フェノール、フラボノイドなど、健康に役立つ様々な活性化合物が含まれており、これらは医薬品、食品、化粧品業界で使用される貴重な成分である。
ブドウやブドウ副産物からポリフェノール、アントシアニジン、プロアントシアニジンなどの植物化学物質やその他の生物活性化合物を抽出する方法については、こちらをご覧ください！

エクスカーション

米ワインとトウモロコシワインの熟成：Changら（2002）は、米ワインとトウモロコシワインに関する研究で、ワインの超音波熟成の効果はワインの種類によって異なることを発見した。米ワインのpH値、アルコール度数、アセトアルデヒド、風味、官能的品質に関する超音波熟成は、トウモロコシワインの超音波熟成よりも有意に優れていた。米ワインもトウモロコシワインも、熟成期間が大幅に短縮された（1年から1週間または3日）。

工業用超音波発生装置 ワインの超音波処理用フロースルー反応器と ジュース.

ヒルシャー社の超音波プロセッサー

Hielscherは、高品質で高性能な超音波装置のリーディングサプライヤーです。Hielscher社製の超音波装置は、様々な産業や研究分野において、ラボサンプル、パイロットスケール処理、またはフルスケール生産に使用されています。完璧なパフォーマンスと各プロセスへの調整のため、Hielscherは数マイクロリットルから数百立方メートル/時間まで、あらゆる液量の超音波処理に対応する幅広い超音波装置を提供しています。超音波装置は、そのプロセス効率を小規模で簡単にテストすることができます。通常 UIP1000hd (1kW)を使用し、毎時0.5Lから1000Lまでの流量のプロセス開発を行った。この規模では、振幅、圧力、流量を変えることで処理効率を最適化することができる。生産ラインへの超音波システムの設置や改造、操作やメンテナンスは簡単で難しいことはありません。

液体中の超音波

高出力超音波が発生する キャビテーション を液体に注入する。キャビテーション気泡の爆縮時には、局所的に非常に大きな力が発生する。キャビテーションの「ホットスポット」では、非常に高い温度（約5,000K）と圧力（約2,000気圧）に達する。キャビテーション気泡の爆縮により、最大速度280m/sの液体ジェットも発生する。このような強い力が液体に加わると、さまざまな影響が生じる。アルコール性液体では、超音波によりアルコール、アルデヒド、エステル、オレフィンの酸化、重合、縮合が促進され、より優れた風味とブーケを生み出す新しい化合物が作られる。
ワイン醸造（醸造）における最も興味深い超音波の応用として、特に超音波アシスト法が挙げられる。 抽出凝集 分散 と名付けなければならない。これらの影響により、超音波処理はワインやその他の飲料の効果的な処理方法となっている。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：