Sonicarea vinului – aplicații inovatoare ale ultrasunetelor în vinării

Ultrasunetele reprezintă o metodă de procesare non-termică, deja larg utilizată în industria alimentară datorită aplicării sale blânde, dar cu efecte semnificative asupra produsului. Pentru vinării, sonicarea oferă diverse aplicații, precum extracția aromelor, a compușilor fenolici și a coloranților, maturarea și învechirea, tratamentul cu lemn de stejar (oaking), precum și degazarea.

Vinul este o băutură alcoolică, cel mai frecvent obținută din struguri, dar și din alte fructe (de ex. vin de mere, vin de soc) sau din materii prime pe bază de amidon (de ex. vin de orez, vin de porumb).
Vinul este un bun de consum apreciat, a cărui producție necesită un proces costisitor. Producerea vinurilor de calitate și de înaltă calitate este cunoscută ca o activitate de durată și, prin urmare, intensivă din punctul de vedere al costurilor. În cele din urmă, este în interesul vinificatorului să accelereze fermentația (conversia în alcool) și maturarea (pentru a conferi arome și mirosuri complexe) și să producă, în același timp, o băutură alcoolică de înaltă calitate, cu gustul, buchetul, senzația în gură și culoarea dorite.

Diferite efecte ale ultrasunetelor în procesarea vinului

Ultrasunetele de putere aplicate vinului oferă numeroase efecte benefice. Cele mai importante aplicații includ intensificarea aromei buchetului vinului prin extragerea componentelor bogate în arome, precum compușii fenolici și aromatici, tratamentul cu lemn de stejar, precum și accelerarea maturării și învechirii.

Extracția compușilor aromatici și fenolici din struguri

Ultrasunetele sunt un mijloc binecunoscut și dovedit pentru extracția materialului vegetal intracelular și a compușilor aromatici. Activitatea mecanică a ultrasunetelor favorizează difuzia solvenților în țesut. Deoarece ultrasunetele rup mecanic peretele celular prin forțele de forfecare generate de cavitație, ele facilitează transferul din celulă în solvent. Reducerea dimensiunii particulelor prin cavitația ultrasonică mărește suprafața de contact dintre faza solidă și cea lichidă.
Strugurii sunt renumiți și căutați pentru bogăția lor în polifenoli. Acești compuși fenolici ai strugurilor (precum flavanolii monomerici, procianidinele dimerice, trimerice și polimerice, precum și acizii fenolici) sunt cunoscuți pentru proprietățile lor antiradicalice și antioxidante. Din punct de vedere chimic, aceștia pot fi împărțiți în două subcategorii: flavonoidele și non-flavonoidele. Cele mai importante flavonoide din vin sunt antocianii și taninurile, care contribuie la culoare, gust și senzația în gură. Printre non-flavonoide se numără stilbenii, precum resveratrolul, și compușii acizi, precum acidul benzoic, cafeic și cinamic. Majoritatea acestor compuși fenolici se găsesc în pielița și în semințele strugurilor. Forțele ultrasonice intense sunt capabile să extragă eficient ingredientele valoroase din semințele și pielița strugurilor.
În studiul lui Cocito et al. (1995), ultrasonicarea s-a dovedit a fi un proces rapid, repetabil și liniar pentru extracția compușilor de aromă din must și vin. Rezultatele obținute privind concentrațiile compușilor prin extracția ultrasonică au fost mai mari decât cele ale extracției pe coloană C18 (extracție pe rășină).
Rezumând avantajele extracției ultrasonice, ultrasunetele sunt o alternativă ieftină, simplă și eficientă la mijloacele convenționale de extracție non-termică, precum presiunea hidrostatică înaltă (HP), dioxidul de carbon comprimat (cCO2) și dioxidul de carbon supercritic (ScCO2) și impulsurile de câmp electric înalt (HELP). Un alt avantaj este faptul că extracția ultrasonică – spre deosebire de alternativele menționate mai sus – poate fi testată cu ușurință la scară de laborator sau de banc. Aceste teste oferă rezultate reproductibile, astfel încât o scalare ulterioară nu necesită eforturi suplimentare pentru găsirea setărilor optime. Pentru producția comercială la scară completă, ultrasonicatoarele fiabile pentru regim intens cu până la 16.000 de wați per unitate permit tratamentul prin sonicare al unor fluxuri de volum foarte mare.

Extracția asistată de ultrasunete pentru tratamentul vinului cu lemn de stejar

În etapa de tratament cu lemn de stejar (oaking), vinul intră în contact cu lemnul butoaielor (oaking tradițional) sau cu așchii de lemn, bețe/doage de lemn sau pulbere de stejar adăugate (oaking alternativ). Cel mai frecvent lemn folosit pentru oaking (aromatizare) este – conform denumirii procedeului – stejarul (quercus). Alte tipuri de lemn, utilizate mai rar, sunt de ex. castanul, pinul, sequoia, cireșul sau salcâmul. Proprietățile chimice ale lemnului sunt folosite pentru a obține efecte profunde asupra aromei și buchetului vinului. Fenolii conținuți în stejar interacționează cu vinul, producând arome precum vanilie, caramel, smântână, condimente sau arome de pământ. Un efect foarte important îl au elagitaninurile (tanin hidrolizabil), care derivă din structurile de lignină din lemn, deoarece protejează vinul de oxidare și reducere.
Extracția ultrasonică este utilă în etapa de oaking a vinului datorită faptului că pătrunderea lichidului în structura lemnoasă a pulberii, așchiilor, bețelor sau doagelor va fi intensificată de ciclurile de presiune înaltă și presiune joasă generate de ultrasunete. Deoarece transferul de masă va crește astfel considerabil, aceasta implică o perioadă de oaking mai scurtă și rezultate superioare în ceea ce privește aroma. Dacă pulberea de stejar sau distilatele cu aromă de lemn (oaking alternativ) sunt adăugate în vin, forțele ultrasonice asigură o dispersie foarte fină a particulelor sau picăturilor în vin, pentru a îmbunătăți umectarea și expunerea suprafeței. Acest lucru este foarte important pentru obținerea unui gust și a unei senzații în gură de nivel ridicat și contribuie la calitatea băuturii alcoolice. Faptul că îmbutoierea și învechirea constituie un factor extins de timp și costuri în vinificație face din ultrasunete o metodă de procesare excepțional de interesantă, deoarece dispozitivele ultrasonice Hielscher conving prin costuri reduse de investiție, implementare ușoară și o eficiență energetică remarcabilă.

Dezaglomerarea asistată de ultrasunete în timpul învechirii vinului

În timpul procesului tradițional, de lungă durată, de învechire a vinului, în vin au loc reacții ale diverselor molecule. Aceasta înseamnă că moleculele se modifică în funcție de interacțiunea dintre ele. Durata și rezultatul acestei modificări moleculare depind de ingredientele vinului și de mediul său. În mod obișnuit, este acceptat că alcoolul este dispersat în băuturile alcoolice, dar aceasta nu înseamnă că se va obține o amestecare a moleculelor. Deoarece în vin este disponibilă în mod natural doar o energie scăzută pentru reacții – precum legarea și amestecarea –, gradul modificărilor naturale va rămâne în mare parte incomplet. Deși ingredientele tind să interacționeze, să se atașeze și să își modifice proprietățile moleculare, ele nu pot realiza o interacțiune, conversie sau legare absolută la nivel molecular din cauza energiei scăzute prezente.
Atunci când vinul este sonicat (ceea ce înseamnă un aport de energie în lichid), ingredientele prezintă un grad de dispersie mai consecvent și mai uniform. Prin sonicare, vinul devine un lichid omogen, cu o durată de valabilitate extinsă, într-un timp de tratament foarte scurt. Omogenitatea permite o interacțiune mai mare între molecule și, astfel, o modificare moleculară mai completă. Aceasta înseamnă o îmbunătățire a gustului și a calității.

Dispersie: Înainte de îmbuteliere, majoritatea vinurilor sunt tratate cu aditivi, precum conservanți (de ex. bisulfat de potasiu, bisulfat de sodiu), agenți de curățare, pulberi colorante și alți agenți de limpezire și amelioratori. Acești aditivi sunt folosiți pentru a evita brunificarea prematură și alterarea, pentru a îmbunătăți calitatea vinului, pentru a elimina deficiențele sau pentru a susține procesul de fermentare. Prin ultrasonicare, acești aditivi pot fi dispersați foarte uniform în vin, astfel încât se obțin rezultate superioare ale procesării. Aceasta conduce în final la o calitate mai înaltă și un gust mai bun – efortul fiecărui vinificator.

Extracția ultrasonică a compușilor activi

Vinul conține o gamă largă de compuși activi benefici pentru sănătate, precum taninuri, compuși fenolici, flavonoide și alții, care sunt ingrediente valoroase utilizate în industria farmaceutică, alimentară și cosmetică.
Aflați mai multe despre extracția compușilor fitochimici, precum polifenolii, antocianidinele, proantocianidina și alți compuși bioactivi, din struguri și din subprodusele strugurilor!

Excurs

Învechirea vinului de orez și a vinului de porumb: Chang et al. (2002) au constatat în studiul lor privind vinul de orez și vinul de porumb că efectele de învechire ale sonicării vinului depind de tipul de vin. Astfel, învechirea ultrasonică a vinului de orez a fost semnificativ mai bună în ceea ce privește valoarea pH-ului, conținutul de alcool, acetaldehida, aroma și calitățile senzoriale decât învechirea asistată de ultrasunete a vinului de porumb. Pentru ambele, vinul de orez și vinul de porumb, timpul de învechire a fost redus considerabil (de la 1 an la 1 săptămână sau 3 zile).

Ultrasonicatoare industriale cu reactoare cu flux continuu pentru sonicarea vinului și a sucului.

Procesoarele ultrasonice Hielscher

Hielscher este furnizorul lider de dispozitive ultrasonice de înaltă calitate și înaltă performanță. Dispozitivele ultrasonice fabricate de Hielscher sunt utilizate pentru probe de laborator, procesare la scară pilot sau producție la scară completă în numeroase domenii ale industriei și cercetării. Pentru o performanță perfectă și o adaptare la fiecare proces, Hielscher oferă o gamă largă de dispozitive ultrasonice pentru sonicarea oricărui volum de lichid, de la câțiva microlitri până la sute de metri cubi pe oră. Dispozitivele ultrasonice pot fi testate cu ușurință în privința eficienței procesului la scară mai mică. De regulă, UIP1000hd (1kW) este utilizat pentru dezvoltarea procesului la debite de la 0,5L la 1000L pe oră. La această scară, eficiența procesării poate fi optimizată prin varierea amplitudinii, presiunii și debitului. Instalarea sau adaptarea ulterioară a unui sistem cu ultrasunete într-o linie de producție, precum și operarea și întreținerea sunt simple și fără dificultăți.

Ultrasunetele în lichide

Ultrasunetele de mare putere generează cavitație în lichide. În timpul imploziei bulelor de cavitație apar local forțe extrem de mari: în „punctul fierbinte” (hot spot) al cavitației se ating temperaturi foarte ridicate (aprox. 5.000K) și presiuni foarte ridicate (aprox. 2.000atm). Implozia bulei de cavitație generează, de asemenea, jeturi de lichid cu viteze de până la 280m/s. Când aceste forțe intense acționează asupra lichidului, ele provoacă diferite efecte. Într-un lichid alcoolic, ultrasonicarea determină o accelerare a oxidării, polimerizării și condensării alcoolului, aldehidelor, esterilor și olefinelor, formând noi compuși care creează o aromă și un buchet mai bogate și mai bune.
În special extracția asistată de ultrasunete, aglomerarea și dispersia trebuie menționate drept cele mai interesante aplicații ale ultrasunetelor în producția vinului (vinificație). Aceste efecte fac din sonicare o metodă de procesare atât de eficientă pentru vin și alte băuturi.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre: