ულტრაბგერითი ვანილის ექსტრაქცია – არათერმული მეთოდი
- ვანილის ექსტრაქტი არის არომატული ხსნარი, რომელიც მიიღება ვანილის პარკებიდან ეთანოლისა და წყლის ხსნარით ექსტრაქციის გზით.
- მაღალი ხარისხის ვანილინის, როგორც არომატის, გემოსა და სუნის კომპონენტის, წარმოებისთვის საჭიროა ეფექტური, მაგრამ რბილი ექსტრაქციის ტექნიკა, რათა თავიდან იქნას აცილებული დაშლა.
- ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის რბილი მექანიკური ექსტრაქციის მეთოდი, რომელიც იძლევა ვანილინის მაღალ გამოსავლიანობას ძალიან მოკლე ექსტრაქციის დროში.
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერა მაღალი ხარისხის ვანილინის ექსტრაქტებისთვის
რადგან ვანილი მეორე ყველაზე ძვირადღირებული სანელებელია ზაფრანის შემდეგ, მისი წარმოება მოითხოვს ეფექტურ ექსტრაქციის მეთოდს, რომელიც ხელს უშლის ღირებული ეთერზეთების დეგრადაციას. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია კარგად ცნობილი და დამკვიდრებულია, როგორც რბილი, არათერმული, მაგრამ მაღალეფექტური მეთოდი ბიოაქტიური ნაერთების გამოყოფისთვის მცენარეული მასალიდან. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეფუძნება აკუსტიკური კავიტაციის ფენომენს, რომელიც არის სუფთა მექანიკური დამუშავება. ეს ულტრაბგერით დამუშავებას ხდის რჩეულ მეთოდს მგრძნობიარე ბიოაქტიური ნაერთების, როგორიცაა არომატული კომპონენტები და ეთერზეთები, მაგალითად, ვანილინი, პოლიფენოლები ან ანტიოქსიდანტები, მცენარეული მასალიდან იზოლაციისთვის.
ულტრაბგერითი ვანილის ექსტრაქციის უპირატესობები
- უპირატესი გამოსავლიანობა
- სწრაფი ექსტრაქცია – რამდენიმე წუთში
- მაღალი ხარისხის ექსტრაქტები – რბილი, არათერმული
- მწვანე გამხსნელები (მაგ. წყალი/ეთანოლი)
- ეკონომიკურად ეფექტური
- მარტივი და უსაფრთხო ექსპლუატაცია
- დაბალი საინვესტიციო და საექსპლუატაციო ხარჯები
- 24/7 ექსპლუატაცია მძიმე რეჟიმში
- მწვანე, ეკოლოგიურად სუფთა მეთოდი
ულტრაბგერითი ვანილის ექსტრაქცია – პარტიული ან უწყვეტი ნაკადის რეჟიმში
პარტია: ულტრაბგერითი ექსტრაქცია შეიძლება განხორციელდეს მარტივი პარტიული პროცესის ან ნაკადში დამუშავების სახით, როდესაც დასამუშავებელი გარემო უწყვეტად მიეწოდება ულტრაბგერით გამდინარე რეაქტორს.
პარტიული დამუშავება არის მარტივი პროცედურა, სადაც ექსტრაქცია ხორციელდება პარტია-პარტიად. Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ ულტრაბგერით პროცესორებს მცირე და დიდი პარტიებისთვის, ანუ 1L-დან 120L-მდე.
5-დან 10L-მდე პარტიების დამუშავებისთვის, ჩვენ გირჩევთ UP400ST (400W, ვიდეო ქვემოთ) სონოტროდით S24d22L2D.
დაახლოებით 120L პარტიების დამუშავებისთვის, ჩვენ გირჩევთ UIP2000hdT (2kW, სურათი მარჯვენა ზედა კოლონაში) სონოტროდით RS4d40L4.
ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატი UIP2000hdT მცენარეული ექსტრაქციისთვის 120L პარტიაში
მცენარეული მასალის ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატით UP400St
დაახლოებით 8L/min. მოცულობისთვის, ჩვენ გირჩევთ UIP4000hdT (4kW, სურათი მარჯვნივ) სონოტროდით RS4d40L3 და წნევის ქვეშ მუშაობის შესაძლებლობის მქონე ნაკადის კამერით FC130L4-3G0
ულტრაბგერითი ვანილის ექსტრაქციის შემთხვევის შესწავლა
Jadhav et al. (2009) შეადარეს ულტრაბგერის დახმარებით ექსტრაქცია (UAE) (UAE) და სოქსლეტის ექსტრაქცია. კვლევამ დაადასტურა, რომ ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მნიშვნელოვნად აძლიერებს ვანილინის გამოყოფას სოქსლეტის ექსტრაქციასთან შედარებით. სოქსლეტის დამუშავებას სჭირდებოდა 95°C სამუშაო ტემპერატურა, გამხსნელისა და ხსნადი ნივთიერების თანაფარდობა 66,67ml/g და 8hrs ექსტრაქციის დრო, რამაც გამოიწვია დაახლოებით 180ppm ვანილინის გამოყოფა. ულტრაბგერის დახმარებით ექსტრაქციას (UAE) (UAE) სჭირდებოდა მხოლოდ 1hr დაახლოებით 140ppm ვანილინის გამოყოფისთვის იგივე გამხსნელი:ხსნადი ნივთიერების თანაფარდობის გამოყენებით ოთახის ტემპერატურაზე.
Rasoamandrary et al. (2013) შეადარეს ვანილინის ექსტრაქციის ეფექტურობა შემდეგი საშუალებების გამოყენებით: 100W ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატი (მაგ. UP100H), ულტრაბგერითი აბაზანა და ცხელი წყლის აბაზანა. მკვლევრებმა დაასკვნეს, რომ ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი მძლავრი ექსტრაქციის ინსტრუმენტია მის მიერ წარმოქმნილი მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერის გამო. შესაბამისად, ზონდის ტიპის ულტრაბგერითმა ჰომოგენიზატორმა აჯობა ალტერნატიულ ექსტრაქციის მეთოდებს, რადგან უზრუნველყო ვანილინის მსგავსი ან/და უფრო მაღალი გამოსავლიანობა ექსტრაქციის მნიშვნელოვნად მოკლე დროში და ნაკლები გამხსნელის (ე.ი. ეთანოლის) ხარჯვით.
სამი ექსტრაქციის მეთოდის – ულტრაბგერითი ზონდით, ულტრაბგერითი აბაზანით და ცხელი წყლის აბაზანით ექსტრაქციის – შედარებამ აჩვენა, რომ ვანილინის ექსტრაქცია ყველაზე ეფექტური იყო ულტრაბგერითი ზონდით დამუშავებისას, 40% ეთანოლის (v/v) გამოყენებით, 30°C გარემოს ტემპერატურაზე და 1სთ ექსტრაქციის დროით. წყლის აბაზანით ექსტრაქციას სჭირდებოდა 50% ეთანოლის (v/v) კონცენტრაცია 56°C-ზე 15სთ-ის განმავლობაში.
UIP4000hdT – 4kW ულტრაბგერითი ექსტრაქტორი უწყვეტი ინლაინ დამუშავებისთვის.
ულტრაბგერითი აღჭურვილობა მაღალი ეფექტურობის ექსტრაქციისთვის
Hielscher Ultrasonics სპეციალიზებულია მაღალი ეფექტურობის ულტრაბგერითი პროცესორების წარმოებაში, ბოტანიკური მასალიდან მაღალი ხარისხის ექსტრაქტების მისაღებად.
Hielscher-ის ფართო პროდუქციის პორტფელი მოიცავს როგორც მცირე, მძლავრ ლაბორატორიულ ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს, ისე გამძლე მაგიდის და სრულად სამრეწველო სისტემებს, რომლებიც უზრუნველყოფენ მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერას ბიოაქტიური ნივთიერებების ეფექტური ექსტრაქციისა და იზოლაციისთვის (მაგ. კვერცეტინი, კაფეინი, კურკუმინი, ტერპენები და ა.შ.). ყველა ულტრაბგერითი მოწყობილობა 200W -დან 16 000W -მდე აღჭურვილია ფერადი დისპლეით ციფრული მართვისთვის, ინტეგრირებული SD ბარათით მონაცემთა ავტომატური ჩაწერისთვის, ბრაუზერით დისტანციური მართვის შესაძლებლობით და მრავალი სხვა მოსახერხებელი ფუნქციით. სონოტროდები და ნაკადის კამერები (ნაწილები, რომლებიც დასამუშავებელ გარემოს ეხება) შეიძლება დამუშავდეს ავტოკლავში და ადვილად იწმინდება. ჩვენი ყველა ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი შექმნილია 24/7 მუშაობისთვის, საჭიროებს მცირე ტექნიკურ მომსახურებას და მარტივი და უსაფრთხოა ექსპლუატაციაში.
ციფრული ფერადი დისპლეი უზრუნველყოფს ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის მოსახერხებელ მართვას. ჩვენს სისტემებს შეუძლიათ მუშაობა დაბალიდან ძალიან მაღალ ამპლიტუდებამდე. პოლიფენოლებისა და სხვა ბიოაქტიური ნაერთების, როგორიცაა ვანილინი, ექსტრაქციისთვის გთავაზობთ სპეციალურ ულტრაბგერით სონოტროდებს (ასევე ცნობილს, როგორც ულტრაბგერითი ზონდები ან რქები), რომლებიც ოპტიმიზებულია მაღალი ხარისხის აქტიური ნივთიერებების ფრთხილი იზოლაციისთვის. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა უზრუნველყოფს 24/7 მუშაობას მაღალი დატვირთვისა და რთული გარემო პირობების დროს.
ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრების ზუსტი კონტროლი უზრუნველყოფს გამეორებადობას და პროცესის სტანდარტიზაციას.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების დამუშავების მიახლოებით წარმადობაზე:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | ჯგუფი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვები!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორები ლაბორატორიულიდან საცდელ და სამრეწველო მასშტაბამდე.
ლიტერატურა/რეფერენციები
- Velez Suaza, Catalina (2016): მაღალეფექტურ სითხურ ქრომატოგრაფიაზე დაფუძნებული ანალიტიკური მიდგომის ოპტიმიზაცია ბუნებრივი ვანილის ექსტრაქტის დასახასიათებლად. Thesis, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. და სხვ. (2009): ვანილინის ექსტრაქცია ვანილის პარკებიდან: ჩვეულებრივი სოქსლეტის ექსტრაქციისა და ულტრაბგერის დახმარებით ექსტრაქციის შედარებითი კვლევა. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. და სხვ. (2013): ვანილინის 4-ჰიდროქსი-3-მეთოქსიბენზალდეჰიდის გაუმჯობესებული ექსტრაქცია დამუშავებული ვანილის პარკებიდან ულტრაბგერის დახმარებით ექსტრაქციის გამოყენებით: ულტრაბგერის დახმარებით და ცხელი წყლის აბაზანით ექსტრაქციის შედარება.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): ულტრაბგერითი ტექნოლოგია მცენარეული, ცხოველური და საზღვაო წყაროებიდან ბიოლოგიურად აქტიური მოლეკულების მოპოვებისთვის. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Volume 122, 2020.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
ულტრაბგერითი ექსტრაქციის მოქმედების პრინციპი
მძლავრი ულტრაბგერითი ტალღების გამოყენება თხევად გარემოში იწვევს კავიტაციას. კავიტაციის ფენომენი ადგილობრივად იწვევს ექსტრემალურ ტემპერატურებს, წნევას, გათბობის/გაცივების სიჩქარეებს, წნევის სხვაობებს და დიდ ძვრის ძალებს გარემოში. როდესაც კავიტაციის ბუშტუკები შიგნითკენ კოლაფსირდება მყარი სხეულების ზედაპირზე (მაგალითად, ნაწილაკების, მცენარეული უჯრედების, ქსოვილებისა და ა.შ.), მიკროჭავლები და ნაწილაკთაშორისი შეჯახებები ქმნის ისეთ ეფექტებს, როგორიცაა ზედაპირული ფენის აქერცვლა, ეროზია და ნაწილაკების დაშლა. გარდა ამისა, კავიტაციის ბუშტუკების იმპლოზია თხევად გარემოში ქმნის მაკროტურბულენტობას და მიკროშერევას.
ნახ. 1: სტაბილური და გარდამავალი კავიტაციის ბუშტუკების წარმოქმნა.
(a) გადაადგილება, (b) გარდამავალი კავიტაცია, (c) სტაბილური კავიტაცია, (d) წნევა
[adapted from Santos et al. 2009]
მცენარეული მასალის ულტრაბგერითი დასხივება ფრაგმენტებად შლის მცენარეული უჯრედების მატრიცას და აძლიერებს მის ჰიდრატაციას. Chemat et al (2015) ასკვნიან, რომ ბიოაქტიური ნაერთების ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მცენარეული მასალიდან სხვადასხვა დამოუკიდებელი ან კომბინირებული მექანიზმის შედეგია, მათ შორისაა ფრაგმენტაცია, ეროზია, კაპილარობა, დეტექსტურაცია და სონოპორაცია. ეს ეფექტები არღვევს უჯრედის კედელს, აუმჯობესებს მასის გადატანას უჯრედში გამხსნელის შეყვანითა და იქიდან ფიტონაერთებით დატვირთული გამხსნელის ამოქაჩვით და უზრუნველყოფს სითხის მოძრაობას მიკროშერევის გზით.
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მცენარეული უჯრედებიდან: მიკროსკოპული განივკვეთი (TS) აჩვენებს მოქმედების მექანიზმებს უჯრედებიდან ულტრაბგერითი ექსტრაქციის დროს (გადიდება 2000x) [რესურსი: Vilkhu et al. 2011]
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია უზრუნველყოფს ნაერთების ძალიან სწრაფ იზოლაციას – აჯობებს კონვენციურ ექსტრაქციის მეთოდებს უფრო მოკლე პროცესის დროში, უფრო მაღალი გამოსავლიანობით და უფრო დაბალ ტემპერატურებზე. როგორც მსუბუქი მექანიკური დამუშავება, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია თავიდან იცილებს ბიოაქტიური კომპონენტების თერმულ დეგრადაციას და აჯობებს სხვა ტექნიკებს, როგორიცაა კონვენციური გამხსნელის ექსტრაქცია, ჰიდროდესტილაცია, ან სოქსლეთის ექსტრაქცია, რომლებიც ცნობილია სითბოზე მგრძნობიარე მოლეკულების დაშლის გამო. ამ უპირატესობების გამო, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არის პრიორიტეტული ტექნიკა ტემპერატურაზე მგრძნობიარე ბიოაქტიური ნაერთების გამოყოფისთვის ბოტანიკური მასალებიდან.
ვანილინი
ვანილი არის ფასეული არომატი, რომელიც შეიძლება მივიღოთ Vanilla გვარის ორქიდეებიდან, ძირითადად მექსიკური სახეობიდან, ბრტყელფოთლიანი ვანილიდან (V. planifolia). ვანილის ორქიდეის უნიკალური არომატის მქონე ნაერთები გვხვდება მის ნაყოფში, რომელიც ყვავილის დამტვერვის შედეგად ჩნდება. ეს თესლის კოლოფები დაახლოებით 1/3 x 6 ინჩის ზომისაა, მწიფე მდგომარეობაში მურა-წითლიდან შავამდე ფერის. ამ კოლოფების შიგნით არის ზეთოვანი სითხე, რომელიც სავსეა პატარა თესლით. როგორც კოლოფი, ისე თესლი გამოიყენება ვანილინის წარმოებისთვის.
მიუხედავად იმისა, რომ ვანილინი არის ვანილის მცენარეში პირველადი არომატული ნაერთი, სუფთა ვანილის ექსტრაქტი შეიცავს რამდენიმე ასეულ დამატებით არომატულ ნაერთს, რომლებიც მის რთულ, ღრმა არომატს უზრუნველყოფენ.
ვანილის ესენცია ორი ფორმით არსებობს, კერძოდ, ნამდვილი ვანილინის ესენცია ვანილის თესლის კოლოფიდან და სამრეწველოდ სინთეზირებული ვანილინი. ნამდვილი თესლის კოლოფის ექსტრაქტი არის რამდენიმე ასეული სხვადასხვა ნაერთის რთული ნარევი. ქიმიური ნაერთი ვანილინი – 4-ჰიდროქსი-3-მეთოქსიბენზალდეჰიდი – არის ნამდვილი ვანილის დამახასიათებელი არომატისა და სუნის მთავარი წყარო და დამუშავებული ვანილის კოლოფების მთავარი არომატული კომპონენტი. ვანილინის გარდა, ბევრი სხვა ქიმიური ნაერთი, როგორიცაა აცეტალდეჰიდი, ძმარმჟავა, ფურფურალი, ჰექსანმჟავა, 4-ჰიდროქსიბენზალდეჰიდი, ევგენოლი, მეთილცინამატი და იზობუტირის მჟავა, უზრუნველყოფს ვანილის რთულ არომატს.
ვანილის კულტივარები
ბურბონის ვანილი ან ბურბონ-მადაგასკარის ვანილი მზადდება V. planifolia მცენარეებისგან, რომლებიც იზრდებიან ინდოეთის ოკეანის კუნძულებზე, როგორიცაა მადაგასკარი, კომოროსი და რეიუნიონი, რომელიც ადრე იყო ცნობილი როგორც Île Bourbon. ტერმინი “ბურბონის ვანილი” ასევე აღწერს V. planifolia-დან მიღებულ ვანილის დამახასიათებელ არომატს.
მექსიკური ვანილი, რომელიც მიიღება ადგილობრივი V. planifolia-დან, მზადდება ბევრად ნაკლები რაოდენობით. მექსიკური ვანილი ცნობილია და მარკეტირდება, როგორც ვანილი მისი წარმოშობის ქვეყნიდან, რადგან V. planifolia მცენარე მესოამერიკის ადგილობრივი მცენარეა.
ტაიტის ვანილი მოდის საფრანგეთის პოლინეზიიდან, მზადდება V. tahitiensis მცენარისგან. გენეტიკური ანალიზი აჩვენებს, რომ ეს სახეობა შესაძლოა იყოს V. planifolia-სა და V. odorata-ს ჰიბრიდის კულტივარი.
ვესტინდური ვანილი მზადდება V. pompona-სგან, რომელიც იზრდება კარიბის რეგიონში, ცენტრალურ და სამხრეთ ამერიკაში.