Ultraschallextraktioun vu Vanill – Eng net-thermesch Method
- Vanillextrakt ass eng Aromaléisung, déi aus Vanilleschoten an enger Léisung aus Ethanol a Waasser extrahéiert gëtt.
- Fir héichwäertege Vanillin als Aroma-, Goût- a Gerochskomponent ze produzéieren, ass eng effizient, awer douce Extraktiounstechnik néideg, fir d’Zersetzung ze verhënneren.
- D’Ultraschallextraktioun ass eng douce mechanesch Extraktiounsmethod, déi an enger ganz kuerzer Extraktiounszäit héich Ausbezuele vu Vanillin liwwert.
Héichleeschtungsultraschall fir héichwäerteg Vanillinextrakter
D’Produktioun vu Vanill, dem zweetdeierste Gewierz nom Safran, erfuerdert eng effizient Extraktiounsmethod, déi den Ofbau vun de wäertvollen äthereschen Ueleger verhënnert. D’Ultraschallextraktioun ass als douce, net-thermesch an awer héich effizient Method fir d’Fräisetzung vu bioaktive Verbindungen aus Planzematerial bekannt an etabléiert. D’Ultraschallextraktioun baséiert op der akustescher Kavitatioun, engem reng mechanesche Behandlungsphenomeen. Doduerch ass d’Ultraschallbehandlung déi bevorzugt Method fir empfindlech bioaktiv Verbindungen, wéi Aromaverbindungen an ätheresch Ueleger, z. B. Vanillin, Polyphenoler oder Antioxidantien, aus Planzematerial ze isoléieren.
Virdeeler vun der Ultraschallextraktioun vu Vanill
- Iwwerleeën Ausbezuel
- Héichvitess-Extraktioun – bannent Minutten
- Héichwäerteg Extrakter – douce, net-thermesch
- Ëmweltfrëndlech Léisungsmëttel (z. B. Waasser/Ethanol)
- Käschteneffizient
- Einfach a sécher Bedéngung
- Niddreg Investitiouns- a Betribskäschten
- 24/7-Betrib ënner héijer Belaaschtung
- Gréng, ëmweltfrëndlech Method
Ultraschallextraktioun vu Vanill – Am Chargebetrib oder am kontinuéierlechen Duerchflossbetrib
Chargebetrib: Ultraschallextraktiounsprozesser kënnen als einfach Chargeprozesser oder als Inline-Behandlung duerchgefouert ginn, bei där de Medium kontinuéierlech duerch en Ultraschall-Duerchflossreaktor geleet gëtt.
D’Veraarbechtung a Chargen ass eng einfach Prozedur, bei där d’Extraktioun Charge fir Charge duerchgefouert gëtt. Hielscher Ultrasonics bitt Ultraschallprozessere fir kleng bis grouss Chargen, d. h. vun 1L bis 120L.
Fir d’Veraarbechtung vu Charge vu 5 bis 10L empfeele mir den UP400ST (400W, Video ënnen) mat der Sonotrod S24d22L2D.
Fir d’Veraarbechtung vu Charge vun ongeféier 120L empfeele mir den UIP2000hdT (2kW, Bild uewen an der rietser Kolonn) mat der Sonotrod RS4d40L4.
Ultraschallapparat UIP2000hdT fir d’Extraktioun aus Planzematerial an enger Charge vun 120L
Ultraschallextraktioun aus Planzematerial mam Ultraschallapparat UP400St
Fir e Volume vun ongeféier 8L/min. empfeele mir den UIP4000hdT (4kW, Bild riets) mat der Sonotrod RS4d40L3 an der Duerchflosszell FC130L4-3G0, déi ënner Drock gesat ka ginn
Fallstudie iwwer d’Ultraschallextraktioun vu Vanill
Jadhav et al. (2009) hunn d’ultraschallënnerstëtzt Extraktioun (UAE) an d’Soxhlet-Extraktioun matenee verglach. D’Fuerschung huet bestätegt, datt d’Ultraschallextraktioun d’Fräisetzung vu Vanillin am Verglach mat der Soxhlet-Extraktioun däitlech verstäerkt. D’Soxhlet-Behandlung huet eng Betribstemperatur vu 95°C, e Verhältnes vu Léisungsmëttel zu opgeléistem Stoff vu 66,67ml/g an eng Extraktiounszäit vun 8hrs erfuerdert an zu enger Fräisetzung vun ongeféier 180ppm Vanillin gefouert. D’ultraschallënnerstëtzt Extraktioun (UAE) huet nëmmen 1hr gebraucht, fir bei Raumtemperatur a mam selwechte Verhältnes vu Léisungsmëttel zu opgeléistem Stoff ongeféier 140ppm Vanillin fräizesetzen.
Rasoamandrary et al. (2013) hunn d’Effizienz vun der Vanillinextraktioun mat engem 100W Ultraschallapparat mat Sond (z. B. UP100H), engem Ultraschallbad an engem Waarmwaasserbad. D’Fuerscher koumen zur Conclusioun, datt den Ultraschallapparat mat Sond wéinst sengem Ultraschall mat héijer Intensitéit e leeschtungsstaarkt Extraktiounsinstrument ass. Dofir huet den Ultraschallapparat mat Sond déi alternativ Extraktiounsmethoden iwwertraff, andeems en änlech oder méi héich Ausbeute vun extrahéiertem Vanillin an enger däitlech méi kuerzer Extraktiounszäit a mat manner Verbrauch u Léisungsmëttel (d. h. Ethanol) geliwwert huet.
De Verglach vun den dräi Extraktiounsmethoden – Ultraschallsond, Ultraschallbad a Waarmwaasserbadextraktioun – huet gewisen, datt d’Vanillinextraktioun bei der Beschallung mat enger Sond mat 40% Ethanol (v/v) bei enger Ëmgéigungstemperatur vun 30°C an enger Extraktiounszäit vun 1hr am effizientste war. D’Waasserbadextraktioun huet eng Ethanolkonzentratioun vu 50% (v/v) bei 56°C fir 15hrs erfuerdert.
UIP4000hdT – 4kW Ultraschallextrakter fir eng kontinuéierlech Inline-Behandlung.
Ultraschallausrüstung fir héichleeschtungsfäeg Extraktioun
Hielscher Ultrasonics ass op d’Hierstellung vun héichleeschtungsfäegen Ultraschallprozessoren fir d’Produktioun vun héichwäertegen Extrakter aus Planzematerial spezialiséiert.
Dem Hielscher säi breede Produktportfolio reecht vu klengen, leeschtungsstaarke Labo-Ultraschallapparater bis zu robuste Systemer fir de Labosdësch a vollindustrielle Systemer, déi Ultraschall mat héijer Intensitéit fir d’effizient Extraktioun an Isolatioun vu bioaktive Substanze liwweren (z. B. Quercetin, Koffein, Kurkumin, Terpenen asw.). All Ultraschallapparater vun 200W bis 16.000W hunn e Faarfdisplay fir d’digital Steierung, eng integréiert SD-Kaart fir d’automatesch Opzeechnung vun Donnéeën, eng Fernsteierung iwwer de Browser a vill weider benotzerfrëndlech Funktiounen. D’Sonotroden an d’Duerchflosszellen (déi Deeler, déi mam Medium a Kontakt sinn) kënnen am Autoklav steriliséiert ginn a sinn einfach ze botzen. All eis Ultraschallapparater si fir de 24/7-Betrib gebaut, brauche wéineg Ënnerhalt a sinn einfach a sécher ze bedéngen.
En digitale Faarfdisplay erméiglecht eng benotzerfrëndlech Steierung vum Ultraschallapparat. Eis Systemer kënnen niddreg bis ganz héich Amplitudë liwweren. Fir d’Extraktioun vu Polyphenolen an anere bioaktive Verbindunge wéi Vanillin bidde mir speziell Ultraschallsonotroden (och als Ultraschallsonden oder Ultraschallhäerner bekannt) un, déi fir déi schounend Isolatioun vun héichwäertege Wierkstoffer optiméiert sinn. D’Robustheet vun der Ultraschallausrüstung vun Hielscher erméiglecht de 24/7-Betrib ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmgéigungen.
Déi präzis Steierung vun den Ultraschallprozessparameteren assuréiert d’Reproduzéierbarkeet an d’Standardiséierung vum Prozess.
Déi folgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:
| Chargevolumen | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | méi héich | Grupp vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Leeschtungsstaark Ultraschallprozessoren vum Labo- iwwer de Pilot- bis zum industrielle Moossstaf.
Literatur/Referenzen
- Velez Suaza, Catalina (2016): Optimiséierung vun enger analytescher Approche op Basis vun der Héichleeschtungsflëssegkeetschromatographie fir d’Charakteriséierung vun engem natierleche Vanillextrakt. Ofschlossaarbecht, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Extraktioun vu Vanillin aus Vanilleschoten: Eng vergläichend Etüd vun der konventioneller Soxhlet-Extraktioun an der ultraschallënnerstëtzter Extraktioun. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Verbessert Extraktioun vu Vanillin 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd aus fermentéierten a gedréchente Vanilleschote mat ultraschallënnerstëtzter Extraktioun: E Verglach vun der ultraschallënnerstëtzter Extraktioun an der Waarmwaasserbadextraktioun.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ultraschalltechnologie fir d’Extraktioun vu biologesch aktive Moleküllen aus planzlechen, déiereschen a marine Quellen. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Band 122, 2020.
Wëssenswäert Fakten
De Funktiounsprinzip vun der Ultraschallextraktioun
D’Applikatioun vun intensiven Ultraschallwellen op e flëssegt Medium féiert zu Kavitatioun. D’Kavitatioun féiert lokal zu extremen Temperaturen, Drécker, Erhëtzungs- an Ofkillraten, Drockdifferenzen an héije Schéierkräften am Medium. Wa Kavitatiounsblosen op der Uewerfläch vu feste Stoffer (wéi Partikelen, Planzenzellen, Gewëss asw.) implodéieren, verursaache Mikrostralen a Kollisiounen tëscht Partikelen Effekter wéi d’Ofschiele vun der Uewerfläch, Erosioun an d’Zerbrieche vu Partikelen. Zousätzlech verursaacht d’Implosioun vu Kavitatiounsblosen a flëssege Medien Makroturbulenzen a Mikrovermëschung.
Ofb. 1: Entstoe vu stabilen an transiente Kavitatiounsblosen.
(a) Auslenkung, (b) transient Kavitatioun, (c) stabil Kavitatioun, (d) Drock
[adapted from Santos et al. 2009]
D’Beschallung vu Planzematerial mat Ultraschall fragmentéiert d’Matrix vun de Planzenzellen a verbessert hir Hydratatioun. Chemat et al (2015) kommen zur Konklusioun, datt d’Ultraschallextraktioun vu bioaktive Verbindungen aus Planzematerial d’Resultat vu verschiddenen onofhängegen oder kombinéierte Mechanismen ass, dorënner Fragmentéierung, Erosioun, Kapillaritéit, Zerstéierung vun der Textur a Sonoporatioun. Dës Effekter briechen d’Zellwand op, verbesseren de Stofftransport, andeems si Léisungsmëttel an d’Zell drécken a mat Planzestoffer beluedent Léisungsmëttel eraussaugen, a suergen duerch Mikrovermëschung fir d’Beweegung vun der Flëssegkeet.
Ultraschallextraktioun aus Planzenzellen: de mikroskopesche Querschnëtt (TS) weist de Wierkungsmechanismus bei der Ultraschallextraktioun aus Zellen (Vergréisserung 2000x) [Quell: Vilkhu et al. 2011]
D’Ultraschallextraktioun erméiglecht eng ganz séier Isolatioun vu Verbindungen – si iwwertrëfft konventionell Extraktiounsmethoden duerch eng méi kuerz Prozesszäit, e méi héijen Ertrag a méi niddreg Temperaturen. Als douce mechanesch Behandlung verhënnert d’ultraschallënnerstëtzt Extraktioun den thermeschen Ofbau vu bioaktive Komponenten a schneit am Verglach mat aneren Technike besser of, wéi der konventioneller Léisungsmëttelextraktioun, Hydrodestillatioun, oder Soxhlet Extraktioun, déi dofir bekannt sinn, hëtztempfindlech Moleküllen ze zerstéieren. Wéinst dëse Virdeeler ass d’Ultraschallextraktioun déi bevorzugt Technik fir temperaturempfindlech bioaktiv Verbindungen aus Planzematerial fräizesetzen.
Vanillin
Vanill ass e geschaten Aroma, deen aus Orchideeë vun der Gattung Vanilla extrahéiert ka ginn, virun allem aus der mexikanescher Aart, der flaachbliedereger Vanill (V. planifolia). D’Verbindunge mam eenzegaartege Geschmaach vun der Vanillorchidee befanne sech an hirer Fruucht, déi duerch d’Bestëbsung vun der Bléi entsteet. Dës Somschote moossen ongeféier 1/3 x 6 Zoll an hunn am räifen Zoustand eng brongrout bis schwaarz Faarf. An dëse Schote befënnt sech eng ueleg Flëssegkeet voller winzege Somkären. Souwuel d’Schot wéi och d’Somkäre gi fir d’Produktioun vu Vanillin benotzt.
Obwuel Vanillin déi wichtegst Aromaverbindung an der Vanillplanz ass, enthält rengen Vanillextrakt e puer honnert zousätzlech Aromaverbindungen, déi zu sengem komplexen, déiwe Geschmaach bäidroen.
Vanillessenz kënnt an zwou Forme vir, nämlech als echt Vanillinessenz aus der Vanillschot an als industriell synthetiséierte Vanillin. Echten Extrakt aus de Somschoten ass eng komplex Mëschung aus e puer honnert verschiddene Verbindungen. Déi cheemesch Verbindung Vanillin – 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd – dréit am meeschten zum charakteristesche Geschmaach an Aroma vun echter Vanill bäi an ass den Haaptaromabestanddeel vu fermentéierten a gedréchente Vanillschoten. Nieft Vanillin droe vill aner cheemesch Verbindunge wéi Acetaldehyd, Essegsaier, Furfural, Hexansaier, 4-Hydroxybenzaldehyd, Eugenol, Zimtsaiermethylester an Isobuttersaier zum komplexen Aroma vun der Vanill bäi.
Vanillzortten
Bourbon-Vanill oder Bourbon-Madagaskar-Vanill gëtt aus V. planifolia-Planze produzéiert, déi op Inselen am Indeschen Ozean wéi Madagaskar, de Komoren a Réunion wuessen, woubäi Réunion fréier Île Bourbon geheescht huet. De Begrëff „Bourbon-Vanill“ bezeechent och de charakteristesche Vanillaroma, deen aus V. planifolia gewonne gëtt.
Mexikanesch Vanill, déi aus der heemescher V. planifolia extrahéiert gëtt, gëtt a vill méi klenge Quantitéite produzéiert. Mexikanesch Vanill ass als Vanill aus hirem Ursprongsland bekannt a gëtt esou vermaart, well d’Planz V. planifolia a Mesoamerika heemesch ass.
Tahitesch Vanill kënnt aus Franséisch-Polynesien a gëtt aus der Planz V. tahitiensis produzéiert. Genetesch Analysen weisen, datt dës Aart méiglecherweis eng Zort aus engem Hybrid vu V. planifolia a V. odorata ass.
Westindesch Vanill gëtt aus V. pompona hiergestallt, déi an der Karibik an a Mëttel- a Südamerika ugebaut gëtt.