Обработка вина ультразвуком – инновационные применения ультразвука на винодельнях

Ультразвук – это нетермический метод обработки, который уже широко применяется в пищевой промышленности благодаря мягкому воздействию и при этом значительному влиянию на продукт. На винодельнях обработка ультразвуком может применяться для различных задач, таких как экстракция вкусоароматических веществ, фенольных соединений и красителей, созревание и выдержка, обработка древесиной дуба, а также дегазация.

Вино – это алкогольный напиток, который чаще всего изготавливают из винограда, но также из других плодов и ягод (например, яблочное вино, вино из бузины) или крахмалсодержащего сырья (например, рисовое вино, кукурузное вино).
Вино – популярный потребительский товар, производство которого требует затратного процесса. Изготовление качественных и высококачественных вин, как известно, требует много времени и, следовательно, значительных затрат. В конечном счете винодел заинтересован в том, чтобы ускорить ферментацию (превращение в алкоголь) и созревание (для придания сложных вкусов и ароматов) и одновременно получить высококачественный алкогольный напиток с желаемыми вкусом, букетом, ощущением во рту и цветом.

Различные эффекты ультразвука при обработке вина

Применение мощного ультразвука к вину обеспечивает множество полезных эффектов. К наиболее важным применениям относятся усиление вкуса и аромата винного букета за счет экстракции компонентов, богатых вкусоароматическими веществами, таких как фенольные и ароматические соединения, обработка древесиной дуба, а также ускорение созревания и выдержки.

Экстракция ароматических и фенольных соединений из винограда

Ультразвук – хорошо известное и проверенное средство экстракции внутриклеточного растительного материала и ароматических соединений. Механическое воздействие ультразвука способствует диффузии растворителей в ткань. Поскольку ультразвук механически разрушает клеточную стенку за счет кавитационных сил сдвига, он облегчает перенос веществ из клетки в растворитель. Уменьшение размера частиц под действием ультразвуковой кавитации увеличивает площадь поверхности контакта между твердой и жидкой фазами.
Виноград известен и востребован благодаря высокому содержанию полифенолов. Эти фенольные соединения винограда (такие как мономерные флаванолы, димерные, тримерные и полимерные процианидины, а также фенольные кислоты) известны своими антирадикальными и антиоксидантными свойствами. С химической точки зрения их можно разделить на две подгруппы: флавоноиды и нефлавоноидные соединения. Наиболее важными флавоноидами в вине являются антоцианы и танины, которые влияют на цвет, вкус и ощущение во рту. К нефлавоноидным соединениям относятся стильбены, такие как ресвератрол, и кислотные соединения, такие как бензойная, кофейная и коричная кислоты. Большинство этих фенольных соединений содержится в кожице и семенах винограда. Интенсивные ультразвуковые силы способны эффективно извлекать ценные компоненты из виноградных семян и кожицы.
В исследовании Cocito et al. (1995) было показано, что обработка ультразвуком представляет собой быстрый, воспроизводимый и линейный процесс экстракции ароматических соединений из сусла и вина. Полученные значения концентраций соединений при ультразвуковой экстракции были выше, чем при экстракции на колонке C18 (экстракции с использованием смолы).
Обобщая преимущества ультразвуковой экстракции, можно сказать, что ультразвук представляет собой недорогую, простую и эффективную альтернативу традиционным нетермическим методам экстракции, таким как высокое гидростатическое давление (HP), сжатый диоксид углерода (cCO2), сверхкритический диоксид углерода (ScCO2) и импульсы электрического поля высокой напряженности (HELP). Еще одно преимущество заключается в том, что ультразвуковую экстракцию – в отличие от перечисленных выше альтернатив – можно легко испытать в лабораторном или настольном масштабе. Эти испытания дают воспроизводимые результаты, поэтому последующее масштабирование не требует дополнительных усилий для поиска оптимальных настроек. Для полномасштабного коммерческого производства надежные ультразвуковые аппараты для тяжелых условий эксплуатации мощностью до 16 000 ватт на аппарат позволяют обрабатывать ультразвуком потоки очень большого объема.

Экстракция с помощью ультразвука при обработке вина древесиной дуба

На этапе обработки древесиной дуба вино контактирует с древесиной бочек (традиционная обработка древесиной дуба) либо с добавленными древесными щепками, палочками/клепками или дубовым порошком (альтернативная обработка древесиной дуба). Наиболее распространенной древесиной для такой обработки (ароматизации) является – в соответствии с названием процедуры – дуб (quercus). Другие виды древесины, которые используются реже, – например, каштан, сосна, секвойя, вишня или акация. Химические свойства древесины используются для значительного воздействия на вкус и букет вина. Содержащиеся в дубе фенолы взаимодействуют с вином, создавая ванильные, карамельные, сливочные, пряные или землистые вкусоароматические оттенки. Очень важное действие оказывают эллагитанины (гидролизуемый танин), которые происходят из лигниновых структур древесины, поскольку они защищают вино от окисления и восстановления.
Ультразвуковая экстракция полезна на этапе обработки вина древесиной дуба, поскольку циклы высокого и низкого давления, создаваемые ультразвуком, усиливают проникновение жидкости в древесную структуру порошка, щепок, палочек или клепок. Поскольку при этом заметно усиливается массоперенос, период обработки древесиной дуба сокращается, а результаты в отношении вкуса и аромата улучшаются. Если в вино добавляют дубовый порошок или дистилляты с ароматом древесины (альтернативная обработка древесиной дуба), ультразвуковые силы обеспечивают очень тонкое диспергирование частиц или капель в вине, улучшая смачивание поверхности и ее контакт с вином. Это очень важно для достижения высокого качества вкуса и ощущения во рту и способствует повышению качества алкогольного напитка. Тот факт, что выдержка в бочках и старение требуют значительных временных и финансовых затрат при винификации, делает ультразвук исключительно интересным методом обработки, поскольку ультразвуковые устройства Hielscher отличаются низкими инвестиционными затратами, простотой внедрения и выдающейся энергоэффективностью.

Деагломерация с помощью ультразвука при выдержке вина

В ходе традиционного, длительного процесса выдержки вина в нем происходят реакции различных молекул. Это означает, что молекулы изменяются в соответствии с взаимодействием друг с другом. Время и результат этих молекулярных изменений зависят от компонентов вина и окружающих его условий. Общепризнано, что спирт диспергирован в алкогольных напитках, однако это не означает, что будет достигнуто смешивание молекул. Поскольку в вине естественным образом доступна лишь небольшая энергия для реакций – таких как образование связей и смешивание, – естественные изменения в большинстве случаев остаются незавершенными. Хотя компоненты склонны взаимодействовать, соединяться и изменять молекулярные свойства, они не могут обеспечить полное взаимодействие, превращение или образование связей на молекулярном уровне из-за недостатка доступной энергии.
При обработке вина ультразвуком (что означает ввод энергии в жидкость) его компоненты приобретают более стабильную и равномерную степень диспергирования. Благодаря обработке ультразвуком вино за очень короткое время обработки становится однородной жидкостью с увеличенным сроком хранения. Однородность обеспечивает более интенсивное взаимодействие между молекулами и, следовательно, более полные молекулярные изменения. Это означает улучшение вкуса и качества.

Диспергирование: перед розливом в бутылки большинство вин обрабатывают добавками, такими как консерванты (например, гидросульфат калия, гидросульфат натрия), очищающие средства, красящие порошки и другие оклеивающие и улучшающие средства. Эти добавки используются для предотвращения преждевременного побурения и порчи, повышения качества вина, устранения недостатков или содействия процессу брожения. При обработке ультразвуком эти добавки можно очень равномерно диспергировать в вине, достигая более высоких результатов обработки. В конечном счете это приводит к более высокому качеству и лучшему вкусу – цели каждого винодела.

Ультразвуковая экстракция активных соединений

Вино содержит широкий спектр полезных для здоровья активных соединений, таких как танины, фенольные соединения, флавоноиды и другие, которые являются ценными компонентами, используемыми в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности.
Узнайте больше об экстракции фитохимических веществ, таких как полифенолы, антоцианидины, проантоцианидин и другие биоактивные соединения, из винограда и побочных продуктов его переработки!

Отступление

Выдержка рисового и кукурузного вина: Chang et al. (2002) в своем исследовании рисового и кукурузного вина установили, что влияние обработки ультразвуком на выдержку вина зависит от его вида. Так, ультразвуковая выдержка рисового вина по показателям pH, содержания спирта, ацетальдегида, вкуса и сенсорных характеристик была значительно лучше выдержки кукурузного вина с помощью ультразвука. Как для рисового, так и для кукурузного вина время выдержки было значительно сокращено (с 1 года до 1 недели или 3 дней).

Промышленные ультразвуковые аппараты с проточными реакторами для обработки ультразвуком вина и сока.

Ультразвуковые процессоры Hielscher

Hielscher – ведущий поставщик высококачественных и высокопроизводительных ультразвуковых устройств. Ультразвуковые устройства производства Hielscher используются для лабораторных образцов, обработки в опытном масштабе или полномасштабного производства во множестве областей промышленности и исследований. Для обеспечения безупречной работы и адаптации к каждому процессу Hielscher предлагает широкий ассортимент ультразвуковых устройств для обработки ультразвуком любого объема жидкости – от нескольких микролитров до сотен кубических метров в час. Ультразвуковые устройства можно легко испытать в меньшем масштабе для оценки эффективности процесса. Обычно UIP1000hd (1kW) используется для разработки процессов с расходом от 0,5L до 1000L в час. В этом масштабе эффективность обработки можно оптимизировать, изменяя амплитуду, давление и расход. Установка ультразвуковой системы на производственной линии или модернизация линии с ее добавлением, а также эксплуатация и техническое обслуживание просты и не вызывают затруднений.

Ультразвук в жидкостях

Ультразвук высокой мощности вызывает кавитацию в жидкостях. При схлопывании кавитационных пузырьков локально возникают чрезвычайно высокие силы: в кавитационной «горячей точке» достигаются очень высокие температуры (прибл. 5 000K) и давления (прибл. 2 000atm). Схлопывание кавитационного пузырька также приводит к образованию струй жидкости со скоростью до 280m/s. Воздействуя на жидкость, эти интенсивные силы вызывают различные эффекты. В спиртосодержащей жидкости обработка ультразвуком ускоряет окисление, полимеризацию и конденсацию спирта, альдегидов, сложных эфиров и олефинов с образованием новых соединений, которые усиливают и улучшают вкус и букет.
Среди наиболее интересных применений ультразвука в виноделии (винификации) следует особо выделить осуществляемые с помощью ультразвука экстракцию, агломерацию и диспергирование . Эти воздействия делают обработку ультразвуком столь эффективным методом обработки вина и других напитков.
В приведенной ниже таблице указана приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов: