Wydajna produkcja ekstraktów z chmielu za pomocą sonikacji

Chmiel i ekstrakty z chmielu są niezbędnymi składnikami do produkcji piwa. Alfa-kwasy a-caryophyllene (humulone) i beta-caryophyllene (humulene) są ważnymi związkami smakowo-zapachowymi, które nadają piwu goryczkę i wpływają na jego aromat, strukturę piany oraz stabilność mikrobiologiczną. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce wydajną techniką uwalniania związków bioaktywnych z matrycy komórkowej chmielu w celu uzyskania pełnego ekstraktu chmielowego o bogatym profilu smakowo-zapachowym.

Ultradźwiękowa ekstrakcja kwasów goryczkowych z chmielu

Ultradźwiękowa ekstrakcja kwasów goryczkowych z chmielu jest wysoce wydajną i niezawodną techniką stosowaną w przemyśle piwowarskim, produkcji aromatów i substancji zapachowych oraz w placówkach badawczych do wydajnego i skutecznego ekstrahowania z szyszek chmielu związków odpowiedzialnych za goryczkę oraz związków smakowo-zapachowych.

Ekstrakcja ultradźwiękowa wykorzystuje zasadę działania kawitacji akustycznej. Kawitacja akustyczna, czyli ultradźwiękowa, jest wytwarzana w cieczach przez fale ultradźwiękowe o niskiej częstotliwości. Naprzemienne cykle wysokiego / niskiego ciśnienia fal ultradźwiękowych tworzą w rozpuszczalniku drobne pęcherzyki kawitacyjne. Szybkie powstawanie i zapadanie się tych pęcherzyków generuje silne lokalne siły, które rozrywają ściany komórkowe i uwalniają z materiału chmielowego docelowe związki, takie jak kwasy goryczkowe. Kawitacja ultradźwiękowa bardzo skutecznie uwalnia z chmielu kwasy goryczkowe, takie jak humulon, kohumulon i adhumulon. Związki te są najbardziej znane jako związki smakowo-zapachowe stosowane w piwie, w którym wpływają na goryczkę i charakterystyczny profil smakowy.
Istotną zaletą ekstrakcji ultradźwiękowej jest jej wydajność i szybkość. Sonikacja znacznie skraca czas ekstrakcji w porównaniu z metodami tradycyjnymi, co czyni ją atrakcyjnym wyborem dla browarów i producentów aromatów.
Ponieważ proces ekstrakcji ultradźwiękowej można zoptymalizować poprzez regulację różnych parametrów, w tym czasu sonikacji, temperatury, stężenia rozpuszczalnika oraz stosunku materiału chmielowego do rozpuszczalnika, proces można dostosować do docelowego profilu smakowo-zapachowego ekstraktu z chmielu. Optymalizacja zapewnia maksymalną ekstrakcję kwasów goryczkowych przy zachowaniu pożądanego smaku piwa.
Utrzymywanie właściwej kontroli temperatury podczas ekstrakcji ultradźwiękowej jest niezbędne. Podwyższone temperatury mogą prowadzić do degradacji kwasów goryczkowych i powstawania niepożądanych nut smakowo-zapachowych.

Ultradźwiękowe ekstrakty z chmielu o pełnym spektrum

Ekstrakty z chmielu otrzymywane metodą ultradźwiękową są ekstraktami o pełnym spektrum, które zawierają pełen zakres składników aktywnych szyszek chmielu. Oprócz alfa-kwasów a-caryophyllene (humulone) i beta-caryophyllene (humulene) ekstrakcja ultradźwiękowa uwalnia również inne terpeny, takie jak linalol i farnezen, oraz inne związki fitochemiczne, takie jak polifenole i flawonoidy. Ekstrakty o pełnym spektrum są cenione ze względu na tak zwany efekt otoczenia.
Podczas ekstrakcji ultradźwiękowej materiały roślinne, takie jak chmiel i inne zioła, są przetwarzane w umiarkowanych temperaturach, co ogranicza degradację termiczną. Sonikacja umożliwia stosowanie łagodnych, bezpiecznych i przyjaznych dla środowiska rozpuszczalników – pozwalając uniknąć stosowania rozpuszczalników toksycznych.
Wysoka skuteczność ekstrakcji ultradźwiękowej pozwala nawet na wytwarzanie ekstraktów z chmielu już wykorzystanego. Intensywny proces ekstrakcji ultradźwiękowej uwalnia pozostałe fotozwiązki z wykorzystanego chmielu i pomaga pozyskać z niego wszystkie cenne substancje, tak aby żadne substancje bioaktywne nie zostały zmarnowane.

Kwasy goryczkowe w chmielu

Kwasy goryczkowe chmielu dzieli się na kwasy α i β. Goryczkowe kwasy α składają się z trzech głównych składników: n-humulonu, ad-humulonu i co-humulonu. Podobnie goryczkowe kwasy β składają się z n-lupulonu, ad-lupulonu i co-lupulonu. Dla browarów i produkcji piwa kwasy α są niezbędną formą kwasów. Podczas gotowania alfa-kwasów w warunkach słabo kwaśnych ulegają one izomeryzacji, a tym samym przekształceniu w izo-kwasy α. W wyniku izomeryzacji słabo rozpuszczalne w wodzie alfa-kwasy przekształcają się w lepiej rozpuszczalną formę izo, która wykazuje charakterystyczną goryczkę odczuwaną organoleptycznie. Kwasy β, które są jeszcze słabiej rozpuszczalne w wodzie niż kwasy α, mają mniejsze znaczenie dla produkcji piwowarskiej, ponieważ podczas gotowania brzeczki beta-kwasy wykazują bardzo niską szybkość izomeryzacji.
Oprócz zastosowania jako składnik smakowo-zapachowy chmiel jest również znany ze swoich właściwości prozdrowotnych, które obejmują działanie przeciwutleniające, uspokajające, przeciwzapalne, przeciwnowotworowe i estrogenne. Na przykład ksantohumol, prenyloflawonoid występujący w chmielu, jest znany ze swojego silnego działania przeciwutleniającego. Te naturalne substancje chmielowe są stosowane w suplementach i produktach leczniczych w celu wspierania zdrowia lub leczenia chorób.

Dlaczego warto stosować ekstrakty z chmielu?

Gdy ekstrakty są stosowane jako składnik smakowo-zapachowy, umożliwiają bardzo precyzyjne dozowanie goryczki i aromatu, ponieważ ekstrakty z chmielu są standaryzowane pod względem określonych ilości i składu alfa-kwasów. Umożliwia to uzyskiwanie tego samego profilu smakowo-zapachowego, a tym samym produktu o stale wysokiej jakości, spełniającego oczekiwania klientów.
Gdy ekstrakty z chmielu są stosowane jako składnik aktywny w suplementach i produktach leczniczych, zapewniają wysokie stężenie substancji bioaktywnych, np. terpenów i flawonoidów. Dzięki temu możliwe jest przyjęcie dużej ilości aktywnego fotozwiązku w celu uzyskania zamierzonego efektu.

Analiza metodą chromatografii gazowej ekstraktu z chmielu otrzymanego ultradźwiękowo za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego UP100H: tlenek β-kariofilenu, α-kariofilen, α-pinen, mycrene, limonen, α-caryophylene oraz tlenek caryophylene i inne związki.

Ultradźwiękowa ekstrakcja chmielu

Ekstrakcja rozpuszczalnikowa przyspieszana ultradźwiękami jest prostą, szybką i bezpieczną metodą ekstrakcji kwasów goryczkowych z chmielu. Jako metoda obróbki niskotemperaturowej ultradźwiękowa ekstrakcja chmielu zapewnia wysokie uzyski w krótkim czasie procesu, co stanowi istotne zalety w porównaniu z konwencjonalną ekstrakcją kwasów goryczkowych z chmielu.
Niskie temperatury przetwarzania, wysokie uzyski, doskonała jakość ekstraktu (tj. ekstrakty o pełnym profilu smakowo-zapachowym / pełnym spektrum) i bardzo krótki czas przetwarzania to główne zalety ultradźwiękowej ekstrakcji chmielu.
Ultradźwiękowa ekstrakcja chmielu – zalety:

• Pełniejsza ekstrakcja
• Wyższy uzysk
• Pełny profil smakowo-zapachowy
• Zachowanie aromatu charakterystycznego dla odmiany
• Powtarzalne nadawanie goryczki / smaku i aromatu
• Przetwarzanie wsadowe i przepływowe
• Bezpieczeństwo i łatwość obsługi
• Ekonomiczność, szybki zwrot z inwestycji

Ekstraktory ultradźwiękowe o wysokiej wydajności

Hielscher Ultrasonics ma wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, produkcji i dostarczaniu renomowanym firmom oraz instytutom badawczym na całym świecie ekstraktorów ultradźwiękowych o wysokiej wydajności, przeznaczonych do pracy od małej do dużej skali przemysłowej. Ekstrakcję ultradźwiękową można prowadzić w dowolnej skali, od małych układów laboratoryjnych po wielkoskalowe układy przemysłowe, co pozwala producentom dostosować proces ekstrakcji chmielu do ich potrzeb produkcyjnych.
Sonikatory Hielscher dostarczają ultradźwięki o dużej mocy, są wytrzymałe i mogą bez problemu pracować 24/7 pod dużym obciążeniem. Dzięki temu ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher są niezawodnymi urządzeniami do intensywnej pracy w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i chemicznym.
Wszystkie cyfrowe procesory ultradźwiękowe są wyposażone w kolorowy wyświetlacz dotykowy, za pomocą którego można łatwo i precyzyjnie ustawiać oraz kontrolować parametry procesu. Wszystkie parametry procesu są automatycznie rejestrowane na wbudowanej karcie SD od chwili włączenia ekstraktora ultradźwiękowego.
Zaawansowana konstrukcja układów Hielscher do sonikacji wsadowej i przepływowej jest poddawana szeroko zakrojonym testom i optymalizowana pod kątem łatwości obsługi oraz wysokiej jakości uzyskiwanych produktów. Reaktory z komorami przepływowymi są dostępne w różnych rozmiarach i o różnych geometriach. Szeroka gama sonotrod (sond ultradźwiękowych) o różnych kształtach, rozmiarach i długościach oraz dodatkowe akcesoria pozwalają na idealne skonfigurowanie układu ultradźwiękowego zgodnie z procesem ekstrakcji i materiałem roślinnym.
Kolejną zaletą przemysłowych procesorów ultradźwiękowych Hielscher Ultrasonics jest możliwość uzyskiwania bardzo wysokich amplitud, do 200µm, które można bez problemu utrzymywać w ciągłej pracy 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Precyzyjna kontrola amplitudy i możliwość pracy z amplitudami od bardzo niskich do bardzo wysokich umożliwiają optymalny i skuteczny przebieg procesu. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher pozwala na pracę 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach.
Ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher o wysokiej wydajności do uzyskiwania doskonałych ekstraktów!
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: