Starzenie i leżakowanie win za pomocą ultradźwięków

Dojrzewanie wina i leżakowanie w znacznym stopniu przyczyniają się do ostatecznego smaku i jakości wina. Wiadomo, że oba procesy trwają długo, często proces dojrzewania trwa kilka lat. Ultradźwięki to wysoce skuteczna i szybka technologia, która intensyfikuje dojrzewanie wina i znacznie przyspiesza procesy takie jak ekstrakcja związków dębowych, mikro-utlenianie i procesy chemiczne (np. polimeryzacja). Dzięki ultradźwiękom młode wina mogą dojrzewać w ciągu kilku minut do dojrzałych win z bukietem kilku lat starzenia w dębowych beczkach.

Aromaty dębowe pochodzące z wina przy użyciu ekstrakcji ultradźwiękowej

Związki fenolowe związane z cierpkością i związki aromatyczne pochodzące z drewna dębowego są przenoszone niezwykle szybko, gdy sonikacja jest stosowana podczas dojrzewania wina. Ultradźwięki przyspieszyły ekstrakcję związków dębu do kilku minut – w porównaniu do kilku lat tradycyjnego leżakowania win w beczkach.

Dymienie wina za pomocą ultradźwięków

W celu zintensyfikowania leżakowania, wióry dębowe lub klepki są sonikowane w winie. Fale ultradźwiękowe otwierają i rozbijają ściany komórkowe drewnianego materiału, dzięki czemu związki wewnątrzkomórkowe, takie jak garbniki, fenole, furony, laktony itp. są uwalniane przez kawitację ultradźwiękową do wina. Ponieważ oscylacje ultradźwiękowe i kawitacja tworzą intensywne turbulencje i mikrostrumienie, przenoszenie masy między wnętrzem komórki a otaczającym rozpuszczalnikiem jest drastycznie zintensyfikowane, dzięki czemu biomolekuły (tj. związki aromatyczne) są wydajne i szybko uwalniane. Ponieważ sonikacja jest zabiegiem czysto mechanicznym, nie dodaje ona do wina żadnych substancji chemicznych.

Porównanie jakości w tradycyjnym dojrzewaniu wina i ultradźwiękowym dojrzewaniu wina. Wino starzone ultradźwiękowo osiąga najwyższą jakość znacznie szybciej.
(grafika: ©Yıldırım i Dündar, 2017, zaadaptowane z Leonhardt i Morabito, 2007).

Ultradźwięki – Wyłącznie siły mechaniczne

Ultradźwięki o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości tworzą warunki o dużej gęstości energii, charakteryzujące się wysokim ciśnieniem, temperaturą i wysokimi siłami ścinającymi. Te siły fizyczne sprzyjają rozerwaniu struktur komórkowych w celu uwolnienia związków wewnątrzkomórkowych do pożywki. Dodatkowo, wspomagany ultradźwiękami proces dojrzewania wina sprzyja procesom mikro-utleniania i utleniania. W ten sposób kontrolowane ultradźwięki mogą pozytywnie wpływać na reakcje chemiczne w winie. Wina starzone ultradźwiękowo osiągają szczyt jakości znacznie szybciej niż wina starzone tradycyjnie. Ponadto, ultradźwiękowo starzone wina wykazują wyższy poziom konserwacji, dzięki czemu wino sonikowane utrzymuje swoją najwyższą jakość przez dłuższy czas niż standardowy proces starzenia.

Mechanizm rozerwania ściany komórkowej (a) rozerwanie ściany komórkowej w wyniku kawitacji. (b) dyfuzja rozpuszczalnika do struktury komórkowej.
(Grafika zaadaptowana z Shirsath et al., 2012)

Zalety ultradźwiękowego dojrzewania wina w beczkach dębowych

Beczki dębowe to powszechny, tradycyjny proces dojrzewania wina. W dębowych beczkach utlenianie zachodzi w niewielkiej ilości przez długi czas przechowywania w beczce. Czas przechowywania w beczce wina premium trwa kilka lat, co sprawia, że jest to kosztowny proces. Podczas dojrzewania w dębowych beczkach wino wytwarza wiele unikalnych aromatów. Oprócz długiego, wieloletniego procesu dojrzewania i związanej z tym straty czasu, dębowe beczki są drogie w zakupie i utrzymaniu. Niepożądane mikroorganizmy, takie jak gatunki drożdży (np. Brettanomyces i Dekkera) mogą zanieczyścić beczki z winem. Zepsute przez drożdże wino ma słaby smak i zapach.
Ze względu na te wady tradycyjnego leżakowania w beczkach, ultradźwiękowe dojrzewanie i leżakowanie wina jest opłacalną i naukowo udowodnioną alternatywą dla tradycyjnego dojrzewania w beczkach. Ultradźwięki skracają czas dojrzewania i poprawiają kilka czynników jakości wina. Ultradźwięki mogą być stosowane na różnych etapach procesu produkcji wina, w tym maceracji, ekstrakcji polifenoli, a także starzenia, dojrzewania i leżakowania. Badania naukowe i wdrożenia przemysłowe dowodzą ważności ultradźwięków w produkcji wina, przynosząc znaczne ulepszenia w skróconych okresach dojrzewania i bardziej wydajnej produkcji win wysokiej jakości.

Ultradźwiękowo przyspieszone dojrzewanie wina: Badanie prof Th. Kleinschmidt pokazuje korzystną zmianę aromatu 3-Metylo-1Butanolu w czerwonym winie podczas sonikacji w obecności wiórów drzewnych American Blend. (Ultrasonicator UIP2000hdT, amplituda 43µm, powierzchnia sonotrody 9cm2)

Badania naukowe nad ultradźwiękowym dojrzewaniem win

Natężenie ultradźwięków lub poziom gęstości energii akustycznej na stosunkowo umiarkowanym poziomie może sprzyjać szybkiej ekstrakcji i wymywaniu fenoli z wiórów dębowych do wina, potencjalnie zwiększając smak wina i wartość odżywczą w znacznie skróconym czasie dojrzewania. Ponadto, obróbka ultradźwiękowa jest w stanie szybko zmodyfikować skład wina, co, jak się zakłada, wynika z efektów kawitacji akustycznej. Tym samym wysoki poziom gęstości energii akustycznej ma sprzyjać ultradźwiękowej modyfikacji składu wina. (por. Yang et al., 2014)
Podobne efekty starzenia zostały zgłoszone przez Jiménez-Sánchez et al. (2020) dla octu sherry przy użyciu wiórów dębowych i ultradźwięków. Ultradźwięki znacznie skróciły czas dojrzewania w porównaniu z tradycyjnym dojrzewaniem.

Ultradźwiękowe uwalnianie związków aromatycznych z dębu

Breniaux i współpracownicy zbadali wpływ ultradźwięków o dużej mocy na czyszczenie dębowych beczek z winem i późniejsze uwalnianie związków polifenolowych i innych, gdy beczki były używane po zabiegu do dojrzewania wina. Polifenole i fitochemikalia, takie jak elagitaniny, lignina i prekursory aromatyczne, w znacznym stopniu przyczyniają się do dojrzewania i smaku wina. Ogólnie rzecz biorąc, badanie wykazało, że obróbka ultradźwiękowa dała wyższe plony polifenoli i innych związków bioaktywnych w bardzo krótkim czasie obróbki. Na przykład stężenie furfuralu było wyższe w przypadku obróbki ultradźwiękowej po 8 miesiącach dojrzewania i 12 miesiącach dojrzewania, przy czym stężenie wzrosło od 18,8 do 92,6% w porównaniu z alternatywną obróbką parą. W przypadku 5-metylofurfuralu stężenie było znacznie wyższe w przypadku obróbki ultradźwiękowej dla beczek jednorocznych (wino dojrzewające 12 miesięcy) i dwuletnich (wino dojrzewające 2, 8 i 12 miesięcy) ze wzrostem od 20,5 do 97%. Jeśli chodzi o diastereoizomery laktonu whisky, stężenie laktonu trans-whisky było znacznie wyższe w przypadku 3-letnich beczek poddanych działaniu ultradźwięków: po 12 miesiącach dojrzewania wino miało stężenie 75,2 ± 5,6 μg/l, co daje wzrost o 46,9% w porównaniu z winem dojrzewającym w beczce poddanej działaniu pary. W przypadku stężeń waniliny i syringaldehydu, wartości zmierzone w winie były również znacznie wyższe po obróbce ultradźwiękowej. W porównaniu z obróbką parą w beczkach, całkowite zużycie energii wyniosło 0,38 kWh dla ultradźwięków mocy i 3 kWh dla pary wodnej, czyli 7,89 razy mniej.
(por. Breniaux et al., 2021)

Ultradźwiękowo promowane reakcje chemiczne w winie

Podczas dojrzewania wina zachodzą liczne reakcje chemiczne. Na przykład związki proantocyjanidynowe mają tendencję do polimeryzacji, kondensacji z antocyjanami i łączenia się z innymi polimerami, takimi jak białka i polisacharydy. Ta reakcja kondensacji z antocyjanami jest główną reakcją chemiczną związaną z ciemnieniem i stabilizacją koloru czerwonego wina, który zmienia się z jasnoczerwonego na ciemnoczerwony z brązowymi odcieniami.
Wczesne badania przeprowadzone przez Masuzawa et al., 2000 już wykazały, że ultradźwięki promują polimeryzację związków fenolowych i zwiększają zawartość polifenoli w czerwonym winie w miarę dojrzewania wina.
Podczas dojrzewania wina w beczkach, setki związków mogą być ekstrahowane z drewna do wina, co bezpośrednio przyczynia się do smaku, aromatu i odczuć w ustach końcowego wina. Skład włókien drewna dębowego odgrywa ważną rolę w procesie starzenia, ponieważ ekstrahowane są lotne fenole i aldehydy fenolowe z ligniny oraz związki furfuralowe z degradacji cukrów celulozy i hemiceluloz.
Choć tradycyjna metoda leżakowania w dębowych beczkach jest powszechnie stosowana od stuleci, ma ona pewne wady. Po pierwsze, proces dojrzewania w beczce trwa zwykle od kilku miesięcy do kilku lat, co jest bardzo czasochłonne. Po drugie, beczki są drogie, zajmują dużo miejsca w winiarni i muszą być z czasem wymieniane. Po trzecie, wraz z wiekiem dębowe beczki mogą zostać zanieczyszczone przez niepożądane mikroorganizmy, takie jak drożdże z rodzaju Brettanomyces i Dekkera.
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej sanityzacji i czyszczeniu beczek z winem!

Sprzęt ultradźwiękowy do dojrzewania i leżakowania wina

Od kilkudziesięciu lat firma Hielscher Ultrasonics jest zaufanym dostawcą procesorów ultradźwiękowych o dużej mocy i niskiej częstotliwości dla przemysłu spożywczego i napojów. Winiarnie i gorzelnie przyjęły technologię ultradźwiękową do produkcji wysokiej jakości win i napojów alkoholowych w bardziej wydajnych warunkach, tj. uzyskania wysokiej jakości wyników w przyspieszonym procesie i w precyzyjnie kontrolowanych warunkach.
Ultradźwięki Hielscher są dostępne w dowolnym rozmiarze, od ręcznego urządzenia laboratoryjnego do badań i kontroli jakości po systemy stołowe i pilotażowe dla butikowych winnic i średniej wielkości winiarzy, a także ultradźwięki o wysokiej wydajności dla dużych komercyjnych producentów wina.
Wszystkie procesory ultradźwiękowe Hielscher są wyposażone w najnowocześniejszą technologię, w tym cyfrowy kolorowy wyświetlacz, zaawansowane oprogramowanie, inteligentne ustawienia, automatyczne protokołowanie danych na zintegrowanej karcie SD oraz zdalne sterowanie przez przeglądarkę w celu zapewnienia precyzyjnej obsługi, powtarzalnych i odtwarzalnych wyników, a także najwyższej łatwości obsługi. Klienci na całym świecie korzystają z technologii Hielscher Ultrasonics w winiarniach i gorzelniach, osiągając doskonałe wyniki w dojrzewaniu, leżakowaniu i infuzji win i napojów spirytusowych.
Skontaktuj się z nami już teraz! Nasz dobrze wyszkolony i długoletni doświadczony personel pomoże w uzyskaniu informacji technicznych, zaleceń dotyczących idealnego ultrasonicatora i niewiążących ofert!

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: