Vīna apstrāde ar ultraskaņu – inovatīvi ultraskaņas lietojumi vīna darītavās

Ultraskaņa ir netermiska apstrādes metode, ko jau plaši izmanto pārtikas rūpniecībā, jo tā nodrošina saudzīgu apstrādi, vienlaikus būtiski ietekmējot produktu. Vīna darītavās apstrāde ar ultraskaņu piedāvā dažādus izmantošanas veidus, piemēram, garšas vielu, fenola savienojumu un krāsvielu ekstrakciju, nobriešanu un izturēšanu, aromatizēšanu ar ozolkoksni, kā arī degazēšanu.

Vīns ir alkoholisks dzēriens, ko visbiežāk gatavo no vīnogām, taču arī no citiem augļiem un ogām (piemēram, ābolu vīnu, plūškoka ogu vīnu) vai cieti saturošām izejvielām (piemēram, rīsu vīnu, kukurūzas vīnu).
Vīns ir iecienīta patēriņa prece, kuras ražošanai nepieciešams resursietilpīgs process. Ir zināms, ka kvalitatīvu un augstas kvalitātes vīnu ražošana ir laikietilpīga un tādējādi saistīta ar lielām izmaksām. Galu galā vīndara interesēs ir paātrināt fermentāciju (pārvēršanos spirtā) un nobriešanu (lai piešķirtu daudzveidīgas garšas un aromāta nianses) un vienlaikus ražot augstas kvalitātes alkoholisku dzērienu ar vēlamo garšu, buķeti, sajūtu mutē un krāsu.

Ultraskaņas dažādā iedarbība vīna apstrādē

Lieljaudas ultraskaņas izmantošana vīna apstrādē nodrošina daudzus labvēlīgus efektus. Svarīgākie izmantošanas veidi ietver garšas intensitātes palielināšanu vīna buķetē, ekstrahējot ar garšas vielām bagātus komponentus, piemēram, fenola savienojumus un aromātiskos savienojumus, aromatizēšanu ar ozolkoksni, kā arī nobriešanas un izturēšanas paātrināšanu.

Aromātisko un fenola savienojumu ekstrakcija no vīnogām

Ultraskaņa ir labi pazīstams un pārbaudīts līdzeklis augu šūnu iekšējā materiāla un aromātisko savienojumu ekstrakcijai. Ultraskaņas mehāniskā iedarbība veicina šķīdinātāju difūziju audos. Tā kā ultraskaņa ar kavitācijas radītiem bīdes spēkiem mehāniski sagrauj šūnas sieniņu, tā atvieglo vielu pāreju no šūnas šķīdinātājā. Daļiņu izmēra samazināšana ar ultraskaņas kavitāciju palielina cietās un šķidrās fāzes saskares virsmas laukumu.
Vīnogas ir pazīstamas un pieprasītas to augstā polifenolu satura dēļ. Šie vīnogu fenola savienojumi (piemēram, monomērie flavanoli, dimērie, trimērie un polimērie procianidīni, kā arī fenolskābes) ir pazīstami ar savām antiradikālajām un antioksidatīvajām īpašībām. Ķīmiski tos var iedalīt divās apakšgrupās: flavonoīdos un neflavonoīdos. Svarīgākie flavonoīdi vīnā ir antociāni un tanīni, kas ietekmē krāsu, garšu un sajūtu mutē. Pie neflavonoīdiem pieder stilbēni, piemēram, resveratrols, un skābie savienojumi, piemēram, benzoskābe, kafijskābe un kanēļskābe. Lielākā daļa visu šo fenola savienojumu atrodas vīnogu miziņās un sēklās. Intensīvie ultraskaņas radītie spēki spēj efektīvi ekstrahēt vērtīgās sastāvdaļas no vīnogu sēklām un miziņām.
Cocito et al. (1995) pētījumā apstrāde ar ultraskaņu ir pierādīta kā ātrs, atkārtojams un lineārs process aromāta savienojumu ekstrakcijai no vīnogu misas un vīna. Ar ultraskaņas ekstrakciju iegūtās savienojumu koncentrācijas bija augstākas nekā ar ekstrakciju C18 kolonnā (ekstrakciju ar sveķiem) iegūtās koncentrācijas.
Apkopojot ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocības, ultraskaņa ir lēta, vienkārša un efektīva alternatīva tradicionālajām netermiskās ekstrakcijas metodēm, piemēram, augstam hidrostatiskajam spiedienam (HP), saspiestam oglekļa dioksīdam (cCO2), superkritiskam oglekļa dioksīdam (ScCO2) un augstas intensitātes elektriskā lauka impulsiem (HELP). Vēl viena priekšrocība ir tā, ka ultraskaņas ekstrakciju – atšķirībā no iepriekš minētajām alternatīvām – var viegli pārbaudīt laboratorijas vai galda iekārtu mērogā. Šie izmēģinājumi nodrošina reproducējamus rezultātus, tāpēc turpmāka mēroga palielināšana neprasa papildu pūles optimālo iestatījumu meklēšanai. Pilna mēroga komerciālai ražošanai uzticamas lielas slodzes ultraskaņas iekārtas ar jaudu līdz 16 000 vatiem katrai iekārtai ļauj ar ultraskaņu apstrādāt ļoti liela tilpuma plūsmas.

Ultraskaņas veicināta ekstrakcija vīna aromatizēšanai ar ozolkoksni

Izturēšanas ar koksni posmā vīns nonāk saskarē ar mucu koksni (tradicionālā izturēšana ar koksni) vai ar pievienotām koksnes skaidām, koka nūjiņām/dugām vai ozolkoksnes pulveri (alternatīvā izturēšana ar koksni). Visbiežāk izturēšanai ar koksni (aromatizēšanai) izmanto – kā norāda šīs procedūras nosaukums angļu valodā – ozolu (quercus). Citas retāk izmantotas koku sugas ir, piemēram, kastaņa, priede, sekvoja, ķirsis vai akācija. Koksnes ķīmiskās īpašības izmanto, lai būtiski ietekmētu vīna garšu un buķeti. Ozolkoksnē esošie fenoli mijiedarbojas ar vīnu, veidojot, piemēram, vaniļas, karameles, krējuma, garšvielu vai zemes garšas nianses. Ļoti nozīmīga iedarbība piemīt ellagitanīniem (hidrolizējamiem tanīniem), kas rodas no lignīna struktūrām koksnē, jo tie aizsargā vīnu pret oksidēšanos un reducēšanos.
Ultraskaņas ekstrakcija ir noderīga vīna izturēšanas ar koksni posmā, jo ultraskaņas radītie augsta un zema spiediena cikli pastiprina šķidruma iespiešanos pulvera, skaidu, nūjiņu vai dūgu koksnes struktūrā. Tā kā tādējādi ievērojami palielinās masas pārnese, saīsinās izturēšanas ar koksni laiks un uzlabojas rezultāti garšas ziņā. Ja vīnam pievieno ozolkoksnes pulveri vai koksnes aromāta destilātus (alternatīvā izturēšana ar koksni), ultraskaņas spēki nodrošina ļoti smalku daļiņu vai pilienu dispersiju vīnā, uzlabojot virsmas samitrināšanu un saskari ar vīnu. Tas ir ļoti svarīgi, lai iegūtu augstvērtīgu garšu un sajūtu mutē, un sekmē alkoholiskā dzēriena kvalitāti. Tas, ka izturēšana mucās un nogatavināšana vīna darīšanā prasa daudz laika un rada ievērojamas izmaksas, padara ultraskaņu par īpaši interesantu apstrādes metodi, jo Hielscher ultraskaņas ierīces izceļas ar zemām ieguldījumu izmaksām, vienkāršu ieviešanu un izcilu energoefektivitāti.

Ar ultraskaņu veicināta deaglomerācija vīna nogatavināšanas laikā

Tradicionālajā, laikietilpīgajā vīna nogatavināšanas procesā vīnā notiek dažādu molekulu reakcijas. Tas nozīmē, ka molekulas mainās atbilstoši to savstarpējai mijiedarbībai. Šo molekulāro pārmaiņu ilgums un rezultāts ir atkarīgs no vīna sastāvdaļām un tā apkārtējās vides. Parasti tiek uzskatīts par apstiprinātu, ka spirts alkoholiskajos dzērienos ir disperģēts, taču tas nenozīmē, ka tiks panākta molekulu sajaukšanās. Tā kā vīnā dabiski ir pieejams tikai neliels enerģijas daudzums tādām reakcijām kā saišu veidošanās un sajaukšanās, dabiskās pārmaiņas lielākoties paliek nepilnīgas. Lai gan sastāvdaļām ir tendence mijiedarboties, saistīties un mainīt molekulārās īpašības, nelielā pieejamās enerģijas daudzuma dēļ tās nevar panākt pilnīgu mijiedarbību, pārveidošanos vai saišu veidošanos molekulārā līmenī.
Apstrādājot vīnu ar ultraskaņu (kas nozīmē enerģijas ievadīšanu šķidrumā), tā sastāvdaļas tiek disperģētas vienmērīgāk un viendabīgāk. Apstrādājot ar ultraskaņu, vīns ļoti īsā apstrādes laikā kļūst par viendabīgu šķidrumu ar pagarinātu uzglabāšanas laiku. Viendabīgums nodrošina intensīvāku molekulu savstarpējo mijiedarbību un līdz ar to pilnīgākas molekulārās pārmaiņas. Tas nozīmē garšas un kvalitātes uzlabošanos.

Disperģēšana: pirms pildīšanas pudelēs lielāko daļu vīnu apstrādā ar piedevām, piemēram, konservantiem (piemēram, kālija hidrogēnsulfātu, nātrija hidrogēnsulfātu), attīrīšanas līdzekļiem, krāsvielu pulveriem un citiem dzidrināšanas un uzlabošanas līdzekļiem. Šīs piedevas izmanto, lai novērstu priekšlaicīgu brūnēšanu un bojāšanos, uzlabotu vīna kvalitāti, novērstu trūkumus vai veicinātu rūgšanas procesu. Ar ultraskaņu šīs piedevas var ļoti vienmērīgi disperģēt vīnā, tādējādi panākot labākus apstrādes rezultātus. Tas galu galā nodrošina augstāku kvalitāti un labāku garšu – to, uz ko tiecas ikviens vīndaris.

Aktīvo savienojumu ekstrakcija ar ultraskaņu

Vīns satur daudzveidīgus veselībai labvēlīgus aktīvos savienojumus, piemēram, tanīnus, fenola savienojumus, flavonoīdus un citus savienojumus, kas ir vērtīgas sastāvdaļas farmācijas, pārtikas un kosmētikas rūpniecībā.
Lasiet vairāk par fitoķīmisko vielu, piemēram, polifenolu, antocianidīnu, proantocianidīna un citu bioaktīvo savienojumu, ekstrakciju no vīnogām un vīnogu pārstrādes blakusproduktiem!

Atkāpe

Rīsu vīna un kukurūzas vīna izturēšana: Chang un līdzautori (2002) savā pētījumā par rīsu vīnu un kukurūzas vīnu konstatēja, ka apstrādes ar ultraskaņu ietekme uz vīna izturēšanu ir atkarīga no vīna veida. Rīsu vīna izturēšana ar ultraskaņu pH vērtības, alkohola satura, acetaldehīda, garšas un sensoro īpašību ziņā bija ievērojami labāka nekā kukurūzas vīna izturēšana ar ultraskaņas palīdzību. Gan rīsu vīnam, gan kukurūzas vīnam izturēšanas laiks tika ievērojami saīsināts (no 1 gada līdz 1 nedēļai vai 3 dienām).

Rūpnieciskās ultraskaņas iekārtas ar caurplūdes reaktoriem vīna un sulas apstrādei ar ultraskaņu.

Hielscher ultraskaņas procesori

Hielscher ir vadošais augstas kvalitātes un augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtu piegādātājs. Hielscher ražotās ultraskaņas iekārtas izmanto laboratorijas paraugu apstrādei, apstrādei pilotmērogā vai pilna mēroga ražošanai daudzās rūpniecības un pētniecības jomās. Lai nodrošinātu nevainojamu veiktspēju un pielāgošanu katram procesam, Hielscher piedāvā plašu ultraskaņas iekārtu klāstu jebkura šķidruma tilpuma apstrādei ar ultraskaņu – no dažiem mikrolitriem līdz simtiem kubikmetru stundā. Ultraskaņas iekārtu procesa efektivitāti var viegli pārbaudīt mazākā mērogā. Parasti UIP1000hd (1kW) izmanto procesa izstrādei plūsmas ātrumiem no 0,5L līdz 1000L stundā. Šajā mērogā apstrādes efektivitāti var optimizēt, mainot amplitūdu, spiedienu un plūsmas ātrumu. Ultraskaņas sistēmas uzstādīšana vai integrēšana esošā ražošanas līnijā, kā arī tās ekspluatācija un apkope ir vienkāršas un nesagādā grūtības.

Ultraskaņa šķidrumos

Lielas jaudas ultraskaņa izraisa kavitāciju šķidrumos. Kavitācijas burbuļu implozijas laikā lokāli rodas ārkārtīgi lieli spēki: kavitācijas «karstajā punktā» tiek sasniegta ļoti augsta temperatūra (aptuveni 5 000K) un spiediens (aptuveni 2 000atm). Kavitācijas burbuļa implozija rada arī šķidruma strūklas ar ātrumu līdz 280m/s. Šiem intensīvajiem spēkiem iedarbojoties uz šķidrumu, rodas dažādi efekti. Alkoholu saturošā šķidrumā apstrāde ar ultraskaņu paātrina alkohola, aldehīdu, esteru un olefīnu oksidēšanos, polimerizāciju un kondensāciju, veidojot jaunus savienojumus, kas rada izteiktāku un labāku garšu un buķeti.
Kā interesantākie ultraskaņas lietojumi vīna darīšanā (vinifikācijā) īpaši jāmin ar ultraskaņu veicināta ekstrakcija, aglomerācija un dispersija . Šī iedarbība padara apstrādi ar ultraskaņu par tik efektīvu vīna un citu dzērienu apstrādes metodi.
Tālāk esošajā tabulā sniegts priekšstats par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu: