Starzenie się i leżakowanie wina ma duży wpływ na ostateczny smak i jakość wina. Oba procesy są znane z długiego czasu, często proces dojrzewania trwa nawet kilka lat. Ultradźwięki to bardzo skuteczna i szybka technologia, która intensyfikuje dojrzewanie wina i znacznie przyspiesza takie procesy jak ekstrakcja związków dębu, mikrotlenek i procesy chemiczne (np. polimeryzacja). Dzięki ultradźwiękom młode wina mogą w ciągu kilku minut dojrzewać do win dojrzałych z bukietem kilkuletniego leżakowania w dębowych beczkach.

Aromaty wina pochodzące z dębu przy użyciu ekstrakcji ultradźwiękowej

Związki fenolowe związane z cierpkością oraz związki aromatyczne pochodzące z drewna dębowego są przenoszone niezwykle szybko po zastosowaniu sonikacji podczas starzenia się wina. Ultradźwięki przyspieszyły ekstrakcję związków dębowych do kilku minut – w porównaniu z kilkuletnim tradycyjnym starzeniem win w beczkach.

Wznoszenie wina za pomocą ultradźwięków

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

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

Ultradźwięk – Siły wyłącznie mechaniczne

Ultradźwięki o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości tworzą warunki o dużej gęstości energii, charakteryzujące się wysokim ciśnieniem, temperaturą i dużymi siłami ścinającymi. Te siły fizyczne sprzyjają przerwaniu struktur komórkowych w celu uwolnienia związków wewnątrzkomórkowych do medium. Dodatkowo, wspomagany ultradźwiękami proces dojrzewania wina sprzyja procesom mikrotlenowania i utleniania. W ten sposób kontrolowane ultradźwięki mogą pozytywnie wpływać na reakcje chemiczne zachodzące w winie. Wina starzone ultradźwiękowo osiągają szczyt jakościowy znacznie szybciej niż wina starzone tradycyjnie. Ponadto wina starzone ultradźwiękowo wykazują wyższy poziom konserwacji, tak że wino poddane działaniu ultradźwięków zachowuje swoją najwyższą jakość przez dłuższy czas niż w przypadku standardowego procesu starzenia.

Mechanizm przerwania ściany komórkowej (a) przerwanie ściany komórkowej w wyniku kawitacji. (b) dyfuzja rozpuszczalnika w głąb struktury komórkowej.
(Grafika zaadaptowana z Shirsath i in., 2012)

Zalety ultradźwiękowego dojrzewania wina w porównaniu z dojrzewaniem w dębowych beczkach

Beczki dębowe są powszechnym, tradycyjnym procesem starzenia się wina. W beczkach dębowych utlenianie odbywa się w niewielkiej ilości przez długi czas przechowywania w beczce. Czas przechowywania w piecu wina premium trwa kilka lat i jest tym samym kosztownym procesem. Podczas dojrzewania w dębowych beczkach, wino wytwarza wiele unikalnych aromatów. Oprócz długiego, wieloletniego procesu dojrzewania i związanej z tym straty czasu, beczki dębowe są drogie w zakupie i utrzymaniu. Niepożądane mikroorganizmy takie jak gatunki drożdży (np. Brettanomyces i Dekkera) mogą zanieczyszczać beczki z winem. Zepsute drożdżami wino znane jest z kiepskiego smaku i zapachu.
Ze względu na te wady tradycyjnego leżakowania w beczkach, ultradźwiękowe dojrzewanie i leżakowanie wina jest opłacalną i naukowo udowodnioną alternatywą dla tradycyjnego leżakowania w beczkach. Ultradźwięki skracają czas dojrzewania i poprawiają kilka czynników jakościowych 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 potwierdzają zasadność stosowania ultradźwięków w winiarstwie, przynosząc znaczną poprawę w zakresie skrócenia okresów dojrzewania i bardziej efektywnej produkcji win wysokiej jakości.

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

Badania naukowe dotyczące ultradźwiękowego starzenia się win

Poziom natężenia ultradźwięków lub gęstości energii akustycznej na stosunkowo umiarkowanym poziomie może sprzyjać szybkiej ekstrakcji i wymywaniu fenoli z wiórów dębowych do wina, co potencjalnie zwiększa 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. W związku z tym, wysoki poziom gęstości energii akustycznej ma sprzyjać ultradźwiękowej modyfikacji składu wina. (por. Yang i in., 2014)
Podobne efekty dojrzewania odnotowali Jiménez-Sánchez i wsp. (2020) dla octu z sherry z wykorzystaniem wiórów dębowych i ultradźwięków. Ultrasonizacja znacznie skróciła czas dojrzewania w porównaniu z dojrzewaniem tradycyjnym.

Ultradźwiękowe uwalnianie związków aromatycznych z dębu

Breniaux i współpracownicy badali skutki zastosowania ultradźwięków o dużej mocy do czyszczenia dębowych beczek po winie oraz późniejsze uwalnianie związków polifenolowych i innych, gdy beczki po zabiegu były używane do dojrzewania wina. Polifenole i związki fitochemiczne, takie jak elagitanniny, lignina i prekursory aromatów, w znacznym stopniu przyczyniają się do dojrzewania i smaku wina. Ogólnie rzecz biorąc, badanie wykazało, że obróbka ultradźwiękowa daje większą wydajność polifenoli i innych związków bioaktywnych w bardzo krótkim czasie obróbki. Na przykład, stężenie furfuralu było wyższe w przypadku obróbki ultradźwiękowej w 8 miesiącu dojrzewania i 12 miesiącu 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 w przypadku beczek 1-letnich (wino dojrzewające 12 miesięcy) i 2-letnich (wino dojrzewające 2, 8 i 12 miesięcy) ze wzrostem od 20,5 do 97%. Jeśli chodzi o diastereoizomery laktonu whisky, stężenie laktonu trans było znacząco wyższe w przypadku 3-letnich beczek poddanych działaniu ultradźwięków: po 12 miesiącach leżakowania wino ma stężenie na poziomie 75,2 ± 5,6 μg/L, co daje wzrost o 46,9% w porównaniu z winem leżakującym w beczce poddanej działaniu pary. W przypadku stężeń waniliny i aldehydu syringowego wartości zmierzone w winie były również znacząco wyższe po obróbce ultradźwiękowej. W porównaniu z obróbką parą wodną w beczce, całkowite zużycie energii wyniosło 0,38 kWh dla ultradźwięków mocy i 3 kWh dla pary wodnej, czyli 7,89 razy mniej.
(por. Breniaux i in., 2021)

Reakcje chemiczne w winie wspomagane ultradźwiękami

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 biorącą udział w przyciemnianiu i stabilizacji koloru czerwonego wina, który zmienia się z jasnoczerwonego na ciemnoczerwony z brązowymi odcieniami.
Już wczesne badania Masuzawy i in. z 2000 roku wykazały, że ultradźwięki sprzyjają polimeryzacji związków fenolowych i zwiększają zawartość polifenoli w czerwonym winie w miarę jego dojrzewania.
Podczas dojrzewania wina w beczkach, z drewna do wina mogą zostać wyekstrahowane setki związków, które bezpośrednio przyczyniają się do odczuć smakowych, aromatycznych i ustnych końcowego wina. Skład włókien drewna dębowego odgrywa ważną rolę w procesie dojrzewania, ponieważ ekstrahuje się lotne fenole i aldehydy fenolowe z ligniny oraz związki furfuralowe z degradacji cukru z celulozy i hemiceluloz.
Chociaż tradycyjne dojrzewanie w dębowej beczce jest szeroko stosowane od wieków, nadal istnieją pewne nieodłączne wady. Po pierwsze, proces dojrzewania w beczce trwa zazwyczaj od kilku miesięcy do kilku lat, co jest bardzo czasochłonne. Po drugie, beczki są drogie, zajmują dużo miejsca w winiarni i z czasem trzeba je wymieniać. Po trzecie, w miarę starzenia się beczek dębowych może dojść do ich zanieczyszczenia niepożądanymi mikroorganizmami, takimi jak drożdże rodzaju Brettanomyces i Dekkera.
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej sanityzacji i czyszczeniu beczek po winie!

Urządzenia ultradźwiękowe do starzenia i dojrzewania wina

Od kilkudziesięciu lat Hielscher Ultrasonics jest zaufanym dostawcą procesorów ultradźwiękowych o dużej mocy i niskiej częstotliwości dla przemysłu spożywczego i napojów. Winiarnie i gorzelnie zaadoptowały technologię ultradźwiękową do produkcji wysokiej jakości win i napojów alkoholowych w bardziej efektywnych warunkach, tzn. uzyskania wysokiej jakości wyników w przyspieszonym procesie i w precyzyjnie kontrolowanych warunkach.
Ultradźwięki Hielscher są dostępne w każdym rozmiarze, od ręcznego urządzenia laboratoryjnego do badań i kontroli jakości, poprzez systemy stołowe i pilotażowe dla butikowych winnic i średniej wielkości winiarzy, jak również ultradźwięki o wysokiej wydajności dla dużych komercyjnych producentów wina.
Wszystkie procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher posiadają najnowocześniejszą technologię, w tym cyfrowy kolorowy wyświetlacz, zaawansowane oprogramowanie, inteligentne ustawienia, automatyczne protokołowanie danych na zintegrowanej karcie SD oraz zdalne sterowanie przez przeglądarkę, co zapewnia precyzyjną obsługę, powtarzalne i odtwarzalne wyniki oraz najwyższą łatwość obsługi. Klienci na całym świecie stosują technologię Hielscher Ultrasonics w winiarniach i gorzelniach osiągając znakomite rezultaty w dojrzewaniu, leżakowaniu i infuzji win i alkoholi.
Skontaktuj się z nami już teraz! Nasz dobrze wyszkolony i długoletni doświadczony personel pomoże Ci w uzyskaniu informacji technicznych, zaleceń dotyczących idealnego ultradźwiękowca i niezobowiązujących ofert!

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: