Sonikacja wina – Innowacyjne zastosowania ultradźwięków w winiarniach

Ultradźwięki to nietermiczna metoda przetwarzania, która jest już szeroko stosowana w przemyśle spożywczym ze względu na jej łagodne zastosowanie, ale znaczący wpływ na produkt. Dla winiarni, sonikacja oferuje różne zastosowania, takie jak ekstrakcja aromatów, fenoli i barwników, dojrzewanie & starzenie, leżakowanie, a także odgazowanie.

Wino to napój alkoholowy, najczęściej wytwarzany z winogron, ale także z innych owoców (np. wino jabłkowe, wino z czarnego bzu) lub materiałów na bazie skrobi (np. wino ryżowe, wino kukurydziane).
Wino jest preferowanym dobrem konsumpcyjnym, którego produkcja wymaga wystawnego procesu. Produkcja wysokiej jakości win jest czasochłonna, a tym samym kosztowna. Wreszcie, w interesie winiarza jest przyspieszenie procesu produkcji. fermentacji (przekształcenie w alkohol) i dojrzewanie (nadanie złożonych smaków i aromatów), a jednocześnie wytworzenie wysokiej jakości trunku o pożądanym smaku, bukiecie, odczuciu w ustach i kolorze.

Różne efekty ultradźwięków w przetwarzaniu wina

Ultradźwięki stosowane do wina oferują wiele korzystnych efektów. Najważniejsze zastosowania obejmują intensyfikacja smaku bukietu wina poprzez ekstrakcję składników bogatych w smak, takich jak fenole i aromaty dębieniei przyspieszenie dojrzewanie & starzenie się.

Ekstrakcja związków aromatycznych i fenolowych z winogron

Ultradźwięki są dobrze znanym i sprawdzonym środkiem do ekstrakcji wewnątrzkomórkowego materiału roślinnego i związków aromatycznych. Aktywność mechaniczna ultradźwięków wspomaga dyfuzję rozpuszczalników do tkanki. Ponieważ ultradźwięki rozbijają ścianę komórkową mechanicznie przez siły ścinające kawitacji, ułatwia to przenoszenie z komórki do rozpuszczalnika. Zmniejszenie wielkości cząstek przez kawitację ultradźwiękową zwiększa powierzchnię kontaktu między fazą stałą i ciekłą.
Winogrona są znane i pożądane ze względu na bogactwo polifenoli. Te związki fenolowe (takie jak monomeryczne flawanole, dimeryczne, trimeryczne i polimeryczne procyjanidyny, a także kwasy fenolowe) winogron są znane ze swoich właściwości przeciwrodnikowych i przeciwutleniających. Pod względem chemicznym można je podzielić na dwie podkategorie: flawonoidy i nieflawonoidy. Najważniejszymi flawonoidami w winie są antocyjany i garbniki, które przyczyniają się do koloru, smaku i odczucia w ustach. Wśród nieflawonoidów znajdują się stilbeny, takie jak resweratrol i związki kwasowe, takie jak kwas benzoesowy, kawowy i cynamonowy. Większość tych związków fenolowych zawarta jest w skórce i pestkach winogron. Intensywne siły ultradźwiękowe są w stanie skutecznie wydobywać cenne składniki z pestek i skórki winogron.
W badaniu Cocito et al. (1995) wykazano, że ultradźwięki są szybkim, powtarzalnym i liniowym procesem ekstrakcji związków aromatycznych w moszczu i winie. Uzyskane wyniki stężeń związków za pomocą ekstrakcji ultradźwiękowej były wyższe niż w przypadku ekstrakcji z kolumny C18 (ekstrakcja żywicą).
Podsumowując zalety ekstrakcji ultradźwiękowej, ultradźwięki są niedrogą, prostą i skuteczną alternatywą dla konwencjonalnych nietermicznych środków ekstrakcyjnych, takich jak wysokie ciśnienie hydrostatyczne (HP), sprężony dwutlenek węgla (cCO2) i nadkrytyczny dwutlenek węgla (ScCO2) oraz impulsy wysokiego pola elektrycznego (HELP). Kolejną zaletą jest fakt, że ekstrakcję ultradźwiękową - w przeciwieństwie do wyżej wymienionych alternatyw - można łatwo przetestować w laboratorium lub w skali laboratoryjnej. Próby te zapewniają powtarzalne wyniki, dzięki czemu kolejne zwiększenie skali nie wymaga dalszych wysiłków w celu znalezienia optymalnego ustawienia. Dla pełnej produkcji komercyjnej, niezawodne WYTRZYMAŁE ULTRASONOGRAFY o mocy do 16 000 W na jednostkę umożliwiają obróbkę soniczną strumieni o bardzo dużej objętości.

Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami do wytłaczania wina

Podczas etapu leżakowania wino wchodzi w kontakt z drewnem beczek (tradycyjne leżakowanie) lub z dodanymi wiórami drzewnymi, drewnianymi kijami/klepkami lub proszkiem do leżakowania (alternatywne leżakowanie). Najpopularniejszym drewnem do leżakowania (aromatyzowania) jest - zgodnie z procedurą - dąb (quercus). Inne rodzaje drewna, które są używane rzadziej, to np. kasztan, sosna, sekwoja, wiśnia lub akacja. Właściwości chemiczne drewna są wykorzystywane do uzyskania głębokich efektów w odniesieniu do smaku i bukietu wina. Fenole zawarte w dębie wchodzą w interakcję z winem, tworząc aromaty, takie jak wanilia, karmel, śmietana, przyprawy lub smaki ziemi. Bardzo ważny wpływ mają elagitaniny (hydrolizowalne taniny), które pochodzą ze struktur ligninowych w drewnie, ponieważ chronią wino przed utlenianiem i redukcją.
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest przydatna na etapie dojrzewania wina ze względu na fakt, że penetracja cieczy do drewnianej struktury proszku, wiórów, patyków lub klepek zostanie wzmocniona przez cykle wysokiego i niskiego ciśnienia generowane przez ultradźwięki. Ponieważ w ten sposób transfer masy zostanie wyraźnie zwiększony, pociąga to za sobą krótszy okres dojrzewania i lepsze wyniki w zakresie smaku. Jeśli proszek dębowy lub destylaty o smaku drewna (alternatywne wytrawianie) są stosowane do wina, siły ultradźwiękowe zapewniają bardzo drobną dyspersję cząstek lub kropelek w winie, aby poprawić zwilżanie powierzchni i ekspozycję. Jest to bardzo ważne dla osiągnięcia wysokiego smaku i odczucia w ustach oraz przyczynia się do jakości napoju alkoholowego. Fakt, że beczkowanie i starzenie stanowi wydłużony czas i czynnik kosztowy w winifikacji, sprawia, że ultradźwięki są wyjątkowo interesującą metodą przetwarzania, ponieważ urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher przekonują niskimi kosztami inwestycji, łatwą implementacją i wyjątkową wydajnością. efektywność energetyczna.

Deaglomeracja wspomagana ultradźwiękami podczas starzenia się wina

Podczas tradycyjnego, czasochłonnego procesu starzenia się wina, w winie zachodzą reakcje różnych cząsteczek. Oznacza to, że cząsteczki zmieniają się odpowiednio do interakcji między sobą. Czas i wynik tej zmiany molekularnej zależy od składników wina i jego środowiska. Powszechnie przyjmuje się, że alkohol jest rozproszony w likierach, ale nie oznacza to, że dojdzie do wymieszania cząsteczek. Ponieważ w winie naturalnie występuje tylko niska energia do reakcji – W związku z tym, że składniki mają tendencję do interakcji, przyłączania się i zmiany właściwości molekularnych, nie są one w stanie zrealizować absolutnej interakcji lub konwersji na poziomie molekularnym. Podczas gdy składniki mają tendencję do interakcji, przyłączania się i zmiany właściwości molekularnych, nie mogą zrealizować absolutnej interakcji, konwersji lub wiązania na poziomie molekularnym z powodu niskiej energii.
Ponieważ wino jest sonikowane (co oznacza wprowadzenie energii do cieczy), składniki oferują bardziej spójny i jednolity stopień dyspersji. Dzięki sonikacji wino staje się jednorodną cieczą o wydłużonym okresie przydatności do spożycia w bardzo krótkim czasie. Jednorodność pozwala na większą interakcję między cząsteczkami, a tym samym pełniejszą zmianę molekularną. Oznacza to poprawę smaku i jakości.

Dyspersja: Przed butelkowaniem większość win jest poddawana działaniu dodatków, takich jak środki konserwujące (np. wodorosiarczan potasu, wodorosiarczan sodu), środki czyszczące, barwniki w proszku oraz inne środki klarujące i polepszacze. Dodatki te są stosowane w celu uniknięcia przedwczesnego brązowienia i psucia się, poprawy jakości wina, wyeliminowania braków lub wsparcia procesu fermentacji. Dzięki ultradźwiękom dodatki te mogą być bardzo konsekwentnie rozpraszane w winie, dzięki czemu uzyskuje się wyższe wyniki przetwarzania. Prowadzi to ostatecznie do wyższej jakości i lepszego smaku - wysiłku każdego winiarza.

Ultradźwiękowa ekstrakcja związków aktywnych

Wino zawiera szeroką gamę korzystnych dla zdrowia związków aktywnych, takich jak garbniki, fenole, flawonoidy i inne, które są cennymi składnikami stosowanymi w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym i kosmetycznym.
Przeczytaj więcej o ekstrakcji fitochemikaliów, takich jak polifenole, antocyjanidyny, proantocyjanidyny i inne bioaktywne związki z winogron i produktów ubocznych z winogron!

Wycieczka

Starzenie się wina ryżowego i wina kukurydzianego: Chang i wsp. (2002) stwierdzili w swoich badaniach nad winem ryżowym i winem kukurydzianym, że efekty starzenia się sonikacji wina zależą od rodzaju wina. Tak więc ultradźwiękowe starzenie się wina ryżowego pod względem wartości pH, zawartości alkoholu, aldehydu octowego, smaku i właściwości sensorycznych było znacznie lepsze niż wspomagane ultradźwiękami starzenie się wina kukurydzianego. Zarówno w przypadku wina ryżowego, jak i wina kukurydzianego czas leżakowania został znacznie skrócony (z 1 roku do 1 tygodnia lub 3 dni).

ultrasonografy przemysłowe z reaktorami przepływowymi do sonikacji wina i sok.

Procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher

Hielscher jest wiodącym dostawcą wysokiej jakości i wydajnych urządzeń ultradźwiękowych. Urządzenia ultradźwiękowe produkowane przez firmę Hielscher są wykorzystywane do próbek laboratoryjnych, przetwarzania w skali pilotażowej lub produkcji na pełną skalę w różnych gałęziach przemysłu i badań. Aby zapewnić doskonałą wydajność i dostosowanie do każdego procesu, Hielscher oferuje szeroką gamę urządzeń ultradźwiękowych do sonikacji dowolnej objętości cieczy, od kilku mikrolitrów do setek metrów sześciennych na godzinę. Urządzenia ultradźwiękowe można łatwo przetestować pod kątem wydajności procesu w mniejszej skali. Zazwyczaj UIP1000hd (1 kW) jest wykorzystywany do rozwoju procesu dla natężeń przepływu od 0,5 l do 1000 l na godzinę. W tej skali wydajność przetwarzania można zoptymalizować poprzez zmianę amplitudy, ciśnienia i natężenia przepływu. Instalacja lub modernizacja systemu ultradźwiękowego na linii produkcyjnej, a także obsługa i konserwacja są proste i bez trudności.

Ultradźwięki w cieczach

Ultradźwięki o dużej mocy generują kawitacja w ciecze. Podczas implozji pęcherzyków kawitacyjnych, lokalnie pojawiają się ekstremalnie wysokie siły: w kawitacyjnym "gorącym punkcie" osiągane są bardzo wysokie temperatury (ok. 5000K) i ciśnienia (ok. 2000atm). W wyniku implozji pęcherzyka kawitacyjnego powstają również strumienie cieczy o prędkości do 280 m/s. Kiedy te intensywne siły trafiają do cieczy, powodują różne efekty. W cieczy alkoholowej ultradźwięki powodują przyspieszenie utleniania, polimeryzacji i kondensacji alkoholu, aldehydów, estrów i olefin w celu wytworzenia nowych związków, które tworzą więcej i lepszy smak i bukiet.
Jako najbardziej interesujące aplikacje ultradźwiękowe do produkcji wina (winifikacja), zwłaszcza wspomagane ultradźwiękami ekstracjiaglomeracja i dyspersja muszą zostać nazwane. Wpływy te sprawiają, że sonikacja jest tak skuteczną metodą przetwarzania wina i innych napojów.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: