Extracție cu ultrasunete vanilie – O metodă non-termică
- Extractul de vanilie este o soluție de aromă extrasă din păstăi de vanilie într-o soluție de etanol și apă.
- Pentru a produce vanilină de înaltă calitate ca aromă, aromă și componentă a parfumului, este necesară o tehnică de extracție eficientă, dar ușoară, pentru a preveni descompunerea.
- Extracția cu ultrasunete este o metodă ușoară de extracție mecanică, care oferă randamente ridicate de vanilină într-un timp de extracție foarte scurt.
Ultrasonics de înaltă performanță pentru extracte de vanilină de înaltă calitate
Fiind al doilea cel mai scump condiment după șofran, producția de vanilie necesită o metodă eficientă de extracție, care previne degradarea uleiurilor esențiale valoroase. Extracția cu ultrasunete este bine cunoscută și stabilită ca o metodă ușoară, non-termică, dar extrem de eficientă pentru a elibera compuși bioactivi din materialul vegetal. Extracția cu ultrasunete se bazează pe fenomenul de cavitație acustică, care este un tratament pur mecanic. Acest lucru face sonicare metoda preferată pentru izolarea compușilor bioactivi sensibili, ar fi compuși de arome și uleiuri esențiale, de exemplu vanilină, polifenoli, sau antioxidanți din botanice.
Avantajele extracției cu ultrasunete vanilie
- Randament superior
- Extracție de mare viteză – în câteva minute
- Extracte de înaltă calitate – Ușoară, non-termică
- Solvenți verzi (de exemplu, apă/etanol)
- Rentabile
- Operare ușoară și sigură
- Costuri reduse de investiție și operaționale
- Funcționare 24/7 în condiții grele
- Metoda verde, ecologică
Extracție cu ultrasunete vanilie – în modul lot sau flux continuu
Lot: Procesele de extracție cu ultrasunete pot fi operate ca procese simple de lot sau ca tratament inline, în cazul în care mediul este alimentat continuu printr-un reactor cu ultrasunete flow-through.
Prelucrarea pe loturi este o procedură ușoară, în care extracția se efectuează lot cu lot. Hielscher Ultrasonics oferă procesoare cu ultrasunete pentru loturi mici la mari, adică 1L la 120L.
Pentru prelucrarea loturilor de 5 până la 10L, recomandăm UP400St (400W, video de mai jos) cu sonotrode S24d22L2D.
Pentru prelucrarea loturilor de aproximativ 120L, recomandăm UIP2000hdT (2kW, pic. coloana dreapta în partea de sus) cu sonotrode RS4d40L4.
Sonicator UIP2000hdT pentru extracția botanică într-un lot de 120L
Extracția cu ultrasunete a plantelor cu ultrasonicator UP400St
Pentru un volum de cca. 8L/min., recomandăm UIP4000hdT (4kW, pic. dreapta) cu sonotrode RS4d40L3 și flux presurizabil FC130L4-3G0
Studiu de caz de extracție cu ultrasunete vanilie
Jadhav et al. (2009) comparat ultrasonically-asistat de extracție (EAU) și Soxhlet extracție. Cercetarea a confirmat că extracția cu ultrasunete intensifică eliberarea de vanilină în mod semnificativ în comparație cu extracția Soxhlet. Tratamentul Soxhlet a necesitat o temperatură de funcționare de 95 ° C, un raport solvent / dizolvat de 66,67 ml / g și un timp de extracție de 8 ore a dus la eliberarea a aproximativ 180 ppm vanilină. Extracția asistată cu ultrasunete (EAU) a necesitat doar 1 oră pentru a elibera aproximativ 140ppm vanilină folosind același raport solvent: dizolvat la temperatura camerei.
Rasoamandrary et al. (2013) a comparat eficiența extracției vanilinei folosind un ultrasonicator de tip sondă de 100W (de exemplu, UP100H), o baie cu ultrasunete și o baie cu apă caldă. Cercetătorii au concluzionat că ultrasonicator tip sondă este un instrument puternic de extracție datorită ultrasunetelor sale de mare intensitate. Prin urmare, ultrasonicator de tip sondă a depășit metodele alternative de extracție oferind randamente similare / sau mai mari de vanilină extrasă într-un timp de extracție semnificativ mai scurt și un consum mai mic de solvent (adică etanol).
Cu privire la compararea celor trei metode de extracție – Sondă cu ultrasunete, baie cu ultrasunete, extracție baie de apă caldă – a arătat că extracția vanilinei a fost cea mai eficientă pentru sondă-sonicare folosind etanol 40% (v / v) la temperatura ambiantă de 30 ° C și un timp de extracție de 1 oră. Extracția băii de apă a necesitat o concentrație de etanol (v/v) de 50% la 56°C timp de 15 ore.
UIP4000hdT – 4kW extractor cu ultrasunete pentru tratament continuu inline.
Echipamente cu ultrasunete pentru extracția de înaltă performanță
Hielscher Ultrasonics este specializata in fabricarea de procesoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru producerea de extracte de înaltă calitate din botanice.
Portofoliul larg de produse Hielscher variază de la mici, ultrasonicators de laborator puternic la banc-top robust și sisteme complet industriale, care oferă ultrasunete de înaltă intensitate pentru extracția eficientă și izolarea substanțelor bioactive (de exemplu. Quercetin, cafeină, Curcumina, Terpene etc.). Toate dispozitivele cu ultrasunete de la 200W spre 16.000 W dispun de un afișaj colorat pentru control digital, un card SD integrat pentru înregistrarea automată a datelor, telecomandă pentru browser și multe alte funcții ușor de utilizat. Sonotrodes și celulele de flux (părțile, care sunt în contact cu mediul) pot fi autoclavizate și sunt ușor de curățat. Toate ultrasonicators noastre sunt construite pentru funcționare 24/7, necesită întreținere redusă și sunt ușor și sigur de operat.
Un afișaj color digital permite un control ușor de utilizat al ultrasonicator. Sistemele noastre sunt capabile să livreze de la amplitudini mici până la amplitudini foarte mari. Pentru extracția polifenolilor și a altor compuși bioactivi, ar fi vanilina, oferim sonotrodes speciale cu ultrasunete (de asemenea, cunoscut sub numele de sonde cu ultrasunete sau coarne), care sunt optimizate pentru izolarea sensibilă a substanțelor active de înaltă calitate. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Controlul precis al parametrilor procesului cu ultrasunete asigură reproductibilitatea și standardizarea procesului.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Procesoare cu ultrasunete de mare putere de la laborator la pilot și scară industrială.
Literatură/Referințe
- Velez Suaza, Catalina (2016): Optimizarea unei abordări analitice bazate pe cromatografie lichidă de înaltă performanță pentru caracterizarea unui extract natural de vanilie. Teză, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Extracția vanilinei din păstăi de vanilie: Un studiu comparativ al soxhletului convențional și al extracției asistate cu ultrasunete. Jurnalul de Inginerie Alimentară 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Extracția îmbunătățită a vanilinei 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă din boabele de vanilie vindecate folosind extracția asistată cu ultrasunete: o comparație a extracției asistate cu ultrasunete și a băii de apă caldă.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Tehnologie cu ultrasunete pentru extracția moleculelor biologic active din surse vegetale, animale și marine. Tendințele TrAC în chimia analitică, volumul 122, 2020.
Fapte care merită știute
Principiul de lucru al extracției cu ultrasunete
Aplicarea undelor ultrasonice intense într-un mediu lichid are ca rezultat cavitația. Fenomenul de cavitație duce local la temperaturi extreme, presiuni, rate de încălzire / răcire, diferențe de presiune și forțe mari de forfecare în mediu. Atunci când bulele de cavitație fac implozie pe suprafața solidelor (cum ar fi particulele, celulele vegetale, țesuturile etc.), microjeturile și coliziunea interparticlulară generează efecte precum peelingul suprafeței, eroziunea și descompunerea particulelor. În plus, implozia bulelor de cavitație în medii lichide creează macro-turbulențe și micro-amestecare.
Fig. 1: Crearea de bule de cavitație stabile și tranzitorii.
(a) deplasare, (b) cavitație tranzitorie, (c) cavitație stabilă, (d) presiune
[adaptat după Santos et al. 2009]
Iraditarea cu ultrasunete a fragmentelor de material vegetal matricea celulelor vegetale și îmbunătățește hidratarea acelorași. Chemat et al (2015) concluzionează că extracția cu ultrasunete a compușilor bioactivi din Botanicals este rezultatul diferitelor mecanisme independente sau combinate, inclusiv fragmentarea, eroziunea, capilaritatea, detexturarea și sonoporarea. Aceste efecte perturbă peretele celular, îmbunătățesc transferul de masă prin împingerea solventului în celulă și aspirarea solventului încărcat cu fitocompus și asigură mișcarea lichidului prin micro-amestecare.
Extracția cu ultrasunete din celulele vegetale: secțiunea transversală microscopică (TS) arată mecanismul acțiunilor în timpul extracției cu ultrasunete din celule (mărire 2000x) [resursă: Vilkhu et al. 2011]
Extracția cu ultrasunete realizează o izolare foarte rapidă a compușilor – depășind metodele convenționale de extracție într-un timp de proces mai scurt, randament mai mare și la temperaturi mai scăzute. Fiind un tratament mecanic ușor, extracția asistată cu ultrasunete evită degradarea termică a componentelor bioactive și excelează în comparație cu alte tehnici, cum ar fi extracția convențională cu solvenți, hidrodistilaresau Soxhlet extracție, despre care se știe că distrug moleculele sensibile la căldură. Datorită acestor avantaje, extracția cu ultrasunete este tehnica preferată pentru eliberarea compușilor bioactivi sensibili la temperatură din Botanicals.
Vanilină
Vanilia este o aromă apreciată, care poate fi extrasă din orhideele din genul Vanilla, în principal din specia mexicană, vanilia cu frunze plate (V. planifolia). Compușii aromatici unici ai orhideei de vanilie se găsesc în fructul său, care rezultă din polenizarea florii. Aceste păstăi de semințe sunt de aproximativ 1/3 x 6 inci, cu o culoare roșie maronie până la negru atunci când sunt coapte. În interiorul acestor păstăi este un lichid uleios plin de semințe mici. Atât păstaia, cât și semințele sunt utilizate pentru producerea vanilinei.
Deși vanilina este compusul principal de aromă din planta de vanilie, extractul pur de vanilie conține câteva sute de compuși de aromă suplimentari, care contribuie la aroma sa complexă și profundă.
Esența de vanilie apare în două forme, și anume esența reală de vanilină din păstaia de semințe de vanilie și vanilina sintetizată industrial. Extractul real de semințe este un amestec complex de câteva sute de compuși diferiți. Compusul chimic vanilină – 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă – este principalul contribuitor la aroma și aroma caracteristică a vaniliei reale și este componenta principală de aromă a boabelor de vanilie vindecate. În afară de vanilină, alți compuși chimici, cum ar fi acetaldehida, acidul acetic, furfuralul, acidul hexanoic, 4-hidroxibenzaldehida, eugenolul, cinamatul de metil și acidul izobutiric contribuie la aroma complexă a vaniliei.
Soiuri de vanilie
Vanilia de Bourbon sau vanilia de Bourbon-Madagascar este produsă din plante V. planifolia, care cresc pe insulele din Oceanul Indian, cum ar fi Madagascar, Comore și Réunion, numită anterior Île Bourbon. Termenul “Vanilie de Bourbon” descrie, de asemenea, aroma distinctivă de vanilie derivată din V. planifolia.
Vanilia mexicană, extrasă din nativul V. planifolia, este produsă în cantități mult mai mici. Vanilia mexicană este cunoscută și comercializată ca vanilie din țara sa de origine, deoarece planta V. planifolia este originară din Mezoamerica.
Vanilia tahitiană provine din Polinezia Franceză, produsă din planta V. tahitiensis. Analiza genetică arată că această specie este posibil un soi dintr-un hibrid de V. planifolia și V. odorata.
Vanilia din vestul Indiei este făcută din V. pompona, care este cultivată în Caraibe și America Centrală și de Sud.