초음파 바닐라 추출 – 비가열적 방법
- 바닐라 추출물은 에탄올과 물의 용액에 바닐라 꼬투리에서 추출한 풍미 용액입니다.
- 아로마, 풍미 및 향료 성분으로 고품질 바닐린을 생산하려면 분해를 방지하기 위해 효율적이면서도 순한 추출 기술이 필요합니다.
- 초음파 추출은 매우 짧은 추출 시간에 높은 수율의 바닐린을 제공하는 온화한 기계적 추출 방법입니다.
고품질 바닐린 추출물을 위한 고성능 초음파
사프란 다음으로 두 번째로 비싼 향신료인 바닐라 생산에는 귀중한 에센셜 오일의 분해를 방지하는 효율적인 추출 방법이 필요합니다. 초음파 추출은 식물 재료에서 생체 활성 화합물을 방출하는 온화하고 비열적이지만 매우 효율적인 방법으로 잘 알려져 있으며 확립되어 있습니다. 초음파 추출은 순전히 기계적 치료인 음향 캐비테이션 현상을 기반으로 합니다. 따라서 초음파 처리는 향료 화합물 및 에센셜 오일과 같은 민감한 생체 활성 화합물 (예 : 바닐린, 폴리페놀 또는 식물의 항산화제)을 분리하는 데 선호되는 방법입니다.
초음파 바닐라 추출의 장점
- 우수한 수율
- 고속 추출 – 몇 분 이내
- 고품질 추출물 – mild, non-thermal (온화한, 비열)
- 녹색 용제(예: 물/에탄올)
- 비용 효율적
- 쉽고 안전한 작동
- 낮은 투자 및 운영 비용
- 24/7 헤비 듀티 하에서 작동
- 친환경적이고 친환경적인 방법
초음파 바닐라 추출 – 배치 또는 연속 흐름 모드
일괄: 초음파 추출 공정은 간단한 배치 공정 또는 인라인 처리로 운영할 수 있으며, 여기서 매체는 초음파 유동 반응기를 통해 지속적으로 공급됩니다.
배치 처리는 추출이 로트별로 많이 수행되는 쉬운 절차입니다. Hielscher 초음파는 소규모에서 대량, 즉 1L에서 120L까지의 초음파 프로세서를 제공합니다.
5-10L의 배치를 처리하는 경우 다음을 권장합니다. UP400ST (400W, 아래 비디오) sonotrode S24d22L2D.
약 120L의 배치를 처리하는 경우 다음을 권장합니다. UIP2000hdT 님 (2kW, 그림 오른쪽 열) sonotrode RS4d40L4.
약 8L/min.의 부피를 위해 권장합니다. UIP4000hdt 님 (4kW, 그림 오른쪽) sonotrode RS4d40L3 및 가압 가능한 플로우 셀 FC130L4-3G0
Ultrasonic Vanilla Extraction의 사례 연구
Jadhav et al. (2009)은 초음파 보조 추출 (UAE)과 Soxhlet 추출을 비교했습니다. 이 연구는 초음파 추출이 Soxhlet 추출과 비교할 때 바닐린의 방출을 크게 강화한다는 것을 확인했습니다. Soxhlet 처리는 95°C의 작동 온도, 66.67ml/g의 용매:용질 비율, 8시간의 추출 시간을 필요로 하여 약 180ppm의 바닐린을 방출했습니다. 초음파 보조 추출(UAE)은 실온에서 동일한 용매:용질 비율을 사용하여 약 140ppm의 바닐린을 방출하는 데 1시간밖에 걸리지 않았습니다.
Rasoamandrary et al. (2013)은 100W 프로브 형 초음파를 사용하여 바닐린 추출의 효율성을 비교했습니다 (예 : 업100H), 초음파 목욕 및 온수 욕조. 연구원들은 프로브 형 초음파가 고강도 초음파로 인해 강력한 추출 도구라고 결론지었습니다. 따라서 프로브 형 초음파는 훨씬 짧은 추출 시간과 더 적은 용매 (즉, 에탄올) 소비로 추출 된 바닐린의 유사 / 또는 더 높은 수율을 제공함으로써 대체 추출 방법을 능가했습니다.
세 가지 추출 방법 비교 – 초음파 프로브, 초음파 수조, 온수 수조 추출 – 바닐린 추출은 주변 온도 30 ° C에서 40 % 에탄올 (v / v)을 사용하고 추출 시간 1 시간을 사용하여 프로브 초음파 처리에 가장 효율적임을 보여주었습니다. 수조 추출에는 56°C에서 15시간 동안 50% 에탄올(v/v) 농도가 필요했습니다.
UIP4000hdt 님 – 연속 인라인 처리를 위한 4kW 초음파 추출기.
고성능 추출을 위한 초음파 장비
Hielscher 초음파는 식물에서 고품질 추출물을 생산하기위한 고성능 초음파 프로세서 제조를 전문으로합니다.
Hielscher의 광범위한 제품 포트폴리오는 작고 강력한 실험실 초음파에서 강력한 벤치 탑 및 완전 산업용 시스템에 이르기까지 다양하며, 생체 활성 물질 (예 : 퀘르세틴, 카페인, 커큐민, 테르펜 등). 모든 초음파 장치 200와트 받는 사람 16,000와트 디지털 제어를 위한 컬러 디스플레이, 자동 데이터 기록을 위한 통합 SD 카드, 브라우저 원격 제어 및 더 많은 사용자 친화적인 기능을 갖추고 있습니다. 소노트로드와 플로우 셀(매체와 접촉하는 부품)은 고압멸균할 수 있으며 세척이 용이합니다. 당사의 모든 초음파는 24/7 작동을 위해 제작되었으며 유지 보수가 적고 쉽고 안전하게 작동 할 수 있습니다.
디지털 컬러 디스플레이를 사용하면 초음파기를 사용자 친화적으로 제어 할 수 있습니다. 당사의 시스템은 낮은 진폭에서 매우 높은 진폭까지 제공할 수 있습니다. 폴리페놀 및 바닐린과 같은 기타 생체 활성 화합물의 추출을 위해 당사는 고품질 활성 물질의 합리적인 분리에 최적화된 특수 초음파 소노트로드(초음파 프로브 또는 혼이라고도 함)를 제공합니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다.
초음파 공정 매개변수의 정밀한 제어는 재현성과 공정 표준화를 보장합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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실험실에서 파일럿 및 산업 규모에 이르는 고출력 초음파 프로세서.
문헌/참고문헌
- 벨레즈 수아자, 카탈리나 (2016): 천연 바닐라 추출물의 특성 분석을 위한 고성능 액체 크로마토그래피를 기반으로 한 분석 접근법의 최적화. 논문, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009) : 바닐라 꼬투리에서 바닐린 추출 : 기존 soxhlet과 초음파 보조 추출에 대한 비교 연구. 식품공학저널 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013) : 초음파 보조 추출을 사용하여 경화 된 바닐라 콩에서 바닐린 4- 하이드 록시 -3- 메 톡시 벤즈 알데히드 추출 개선 : 초음파 보조 추출과 온수 수조 추출 비교.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): 식물, 동물 및 해양 자원에서 생물학적 활성 분자를 추출하기 위한 초음파 기술. 분석 화학의 TrAC 동향, 볼륨 122, 2020.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
초음파 추출의 작동 원리
액체 매체에 강렬한 초음파를 가하면 캐비테이션이 발생합니다. 캐비테이션 현상은 국부적으로 극한의 온도, 압력, 가열/냉각 속도, 압력 차이 및 매체의 높은 전단력으로 이어집니다. 캐비테이션 기포가 고체(예: 입자, 식물 세포, 조직 등)의 표면에서 파열될 때 마이크로 제트 및 입자 간 충돌은 표면 박리, 침식 및 입자 파괴와 같은 효과를 생성합니다. 또한 액체 매체에서 캐비테이션 기포의 내파는 거시적 난류와 미세 혼합을 생성합니다.
그림 1: 안정적이고 일시적인 캐비테이션 기포 생성.
(a) 변위, (b) 과도 캐비테이션, (c) 안정적인 캐비테이션, (d) 압력
[Santos et al. 2009에서 발췌]
식물 물질의 초음파 조사는 식물 세포의 매트릭스를 단편화하고 동일한 수분을 향상시킵니다. Chemat et al (2015)은 식물에서 생체 활성 화합물의 초음파 추출이 단편화, 침식, 모세관, 탈질감화 및 초음파 파기를 포함한 다양한 독립적이거나 결합 된 메커니즘의 결과라고 결론지었습니다. 이러한 효과는 세포벽을 파괴하고, 용매를 세포 내로 밀어 넣고, 식물 화합물이 함유된 용매를 빨아들여 질량 전달을 개선하고, 미세 혼합을 통해 액체 이동을 보장합니다.
식물 세포에서 초음파 추출: 현미경 횡단면(TS)은 세포에서 초음파 추출 중 작용 메커니즘을 보여줍니다(배율 2000x) [리소스: Vilkhu et al. 2011]
초음파 추출은 화합물의 매우 빠른 분리를 달성하여 더 짧은 공정 시간, 더 높은 수율 및 더 낮은 온도에서 기존 추출 방법을 능가합니다. 온화한 기계적인 처리로, 초음파 원조 추출은 bioactive 성분의 열 강직을 피하고 전통적인 용매 추출과 같은 다른 기술에 비교하여 우수합니다, 수소 증류또는 속슬렛 열에 민감한 분자를 파괴하는 것으로 알려진 추출. 이러한 장점으로 인해 초음파 추출은 식물에서 온도에 민감한 생체 활성 화합물을 방출하는 데 선호되는 기술입니다.
바닐린
바닐라는 주로 멕시코 종인 납작한 잎 바닐라(V. planifolia)에서 추출할 수 있는 바닐라 속의 난초에서 추출할 수 있는 귀중한 풍미입니다. 바닐라 난초의 독특한 맛이 나는 화합물은 꽃의 수분으로 인해 발생하는 열매에서 발견됩니다. 이 씨앗 꼬투리는 대략 1/3 x 6인치이며 익었을 때 갈색을 띤 빨간색에서 검은색을 띱니다. 이 꼬투리 안에는 작은 씨앗으로 가득 찬 기름진 액체가 있습니다. 꼬투리와 씨앗은 모두 바닐린 생산에 사용됩니다.
바닐린은 바닐라 식물의 주요 풍미 화합물이지만 순수한 바닐라 추출물에는 복잡하고 깊은 풍미에 기여하는 수백 가지 추가 향미 화합물이 포함되어 있습니다.
바닐라 에센스는 바닐라 씨앗 꼬투리의 실제 바닐린 에센스와 산업적으로 합성 된 바닐린의 두 가지 형태로 발생합니다. 실제 씨앗 꼬투 추출물은 수백 가지 화합물의 복잡한 혼합물입니다. 화합물 바닐린 – 4-하이드록시-3-메톡시벤즈알데히드 – 리얼 바닐라 특유의 풍미와 향을 내는 주요원인이며 경화된 바닐라 빈의 주요 풍미 성분입니다. 바닐린 외에도 아세트알데히드, 아세트산, 푸르푸랄, 헥사노산, 4-하이드록시벤즈알데히드, 유제놀, 메틸 신나메이트, 이소부티르산과 같은 다른 화합물이 바닐라의 복잡한 향기에 기여할 수 있습니다.
바닐라 품종
버번 바닐라 또는 버번-마다가스카르 바닐라는 마다가스카르, 코모로, 레위니옹과 같은 인도양 섬에서 자라는 V. planifolia 식물에서 생산되며 이전에는 Île Bourbon이라고 불렸습니다. 용어 “버번 바닐라” 또한 V. planifolia에서 파생 된 독특한 바닐라 향을 설명합니다.
토종 V. planifolia에서 추출한 멕시코 바닐라는 훨씬 적은 양으로 생산됩니다. 멕시코 바닐라는 V. planifolia 식물이 Mesoamerica가 원산지이기 때문에 원산지의 땅에서 바닐라로 알려지고 판매됩니다.
타히티 바닐라는 프랑스령 폴리네시아가 원산지로, V. 타히티엔시스 식물에서 생산됩니다. 유전자 분석에 따르면 이 종은 V. planifolia와 V. odorata의 잡종에서 추출한 품종일 가능성이 있습니다.
서인도 바닐라는 카리브해와 중남미에서 자라는 V. pompona로 만듭니다.