Ультразвуковая экстракция ванили – нетермический метод
- Экстракт ванили – это раствор вкусоароматических веществ, извлечённых из стручков ванили с помощью раствора этанола и воды.
- Для получения высококачественного ванилина в качестве компонента, придающего аромат, вкус и парфюмерную отдушку, необходим эффективный, но мягкий метод экстракции, предотвращающий разложение.
- Ультразвуковая экстракция – это мягкий механический метод экстракции, обеспечивающий высокий выход ванилина за очень короткое время.
Высокопроизводительное ультразвуковое оборудование для получения высококачественных экстрактов ванилина
Ваниль является второй по дороговизне пряностью после шафрана, поэтому её производство требует эффективного метода экстракции, предотвращающего разрушение ценных эфирных масел. Ультразвуковая экстракция – широко известный и зарекомендовавший себя мягкий, нетермический и при этом высокоэффективный метод высвобождения биоактивных соединений из растительного материала. Ультразвуковая экстракция основана на явлении акустической кавитации, представляющей собой исключительно механическое воздействие. Это делает обработку ультразвуком предпочтительным методом выделения из растительного сырья чувствительных биоактивных соединений, таких как вкусоароматические соединения и эфирные масла, например ванилина, полифенолов или антиоксидантов.
Преимущества ультразвуковой экстракции ванили
- Превосходный выход
- Быстрая экстракция – за считанные минуты
- Высококачественные экстракты – мягкая, нетермическая обработка
- Экологичные растворители (например, вода/этанол)
- Экономическая эффективность
- Простая и безопасная эксплуатация
- Низкие капитальные и эксплуатационные затраты
- Работа 24/7 при высоких нагрузках
- Экологичный метод, безопасный для окружающей среды
Ультразвуковая экстракция ванили – в периодическом или непрерывном проточном режиме
Периодический режим: Процессы ультразвуковой экстракции можно проводить как простые периодические процессы или как обработку в потоке, при которой среда непрерывно подаётся через ультразвуковой проточный реактор.
Периодическая обработка – это простая процедура, при которой экстракция проводится партия за партией. Hielscher Ultrasonics предлагает ультразвуковые процессоры для малых и больших партий, то есть от 1L до 120L.
Для обработки партий объёмом от 5 до 10L мы рекомендуем UP400St (400W, видео ниже) с сонотродом S24d22L2D.
Для обработки партий объёмом около 120L мы рекомендуем UIP2000hdT (2kW, фото вверху правой колонки) с сонотродом RS4d40L4.
Ультразвуковой аппарат UIP2000hdT для экстракции растительного сырья в партии объёмом 120L
Ультразвуковая экстракция растительного сырья с помощью ультразвукового аппарата UP400St
Для объёма около 8L/min. мы рекомендуем UIP4000hdT (4kW, фото справа) с сонотродом RS4d40L3 и проточной ячейкой FC130L4-3G0, допускающей работу под давлением
Исследование ультразвуковой экстракции ванили
Jadhav et al. (2009) сравнили экстракцию с применением ультразвука (UAE) и экстракцию по Сокслету. Исследование подтвердило, что ультразвуковая экстракция значительно усиливает высвобождение ванилина по сравнению с экстракцией по Сокслету. Обработка по Сокслету требовала рабочей температуры 95°C, соотношения растворитель:растворяемое вещество 66,67ml/g и времени экстракции 8hrs, что обеспечивало высвобождение около 180ppm ванилина. Экстракция с применением ультразвука (UAE) требовала всего 1hr для высвобождения около 140ppm ванилина при том же соотношении растворитель:растворяемое вещество и комнатной температуре.
Rasoamandrary et al. (2013) сравнили эффективность экстракции ванилина с использованием ультразвукового аппарата зондового типа мощностью 100W (например, UP100H), ультразвуковой ванны и ванны с горячей водой. Исследователи пришли к выводу, что ультразвуковой аппарат зондового типа является мощным инструментом экстракции благодаря создаваемому им ультразвуку высокой интенсивности. Поэтому ультразвуковой аппарат зондового типа превзошёл альтернативные методы экстракции, обеспечивая сопоставимый или более высокий выход извлечённого ванилина за значительно меньшее время экстракции и при меньшем расходе растворителя (то есть этанола).
Сравнение трёх методов экстракции – с помощью ультразвукового зонда, ультразвуковой ванны и ванны с горячей водой – показало, что экстракция ванилина была наиболее эффективной при обработке ультразвуковым зондом с использованием 40% этанола (v/v) при температуре окружающей среды 30°C и времени экстракции 1hr. Экстракция в водяной ванне требовала концентрации этанола 50% (v/v) при 56°C в течение 15hrs.
UIP4000hdT – ультразвуковой экстрактор мощностью 4kW для непрерывной обработки в потоке.
Ультразвуковое оборудование для высокопроизводительной экстракции
Hielscher Ultrasonics специализируется на производстве высокопроизводительных ультразвуковых процессоров для получения высококачественных экстрактов из растительного сырья.
Широкий ассортимент продукции Hielscher включает как небольшие мощные лабораторные ультразвуковые аппараты, так и надёжные настольные и полностью промышленные системы, создающие ультразвук высокой интенсивности для эффективной экстракции и выделения биоактивных веществ (например, кверцетина, кофеина, куркумина, терпенов и т. д.). Все ультразвуковые устройства мощностью от 200W до 16 000W оснащены цветным дисплеем для цифрового управления, встроенной SD-картой для автоматической записи данных, дистанционным управлением через браузер и множеством других удобных функций. Сонотроды и проточные ячейки (детали, контактирующие со средой) можно автоклавировать, и их легко очищать. Все наши ультразвуковые аппараты рассчитаны на работу 24/7, требуют минимального технического обслуживания и просты и безопасны в эксплуатации.
Цифровой цветной дисплей обеспечивает удобное управление ультразвуковым аппаратом. Наши системы способны обеспечивать амплитуды от низких до очень высоких. Для экстракции полифенолов и других биоактивных соединений, таких как ванилин, мы предлагаем специальные ультразвуковые сонотроды (также известные как ультразвуковые зонды или рупоры), оптимизированные для бережного выделения высококачественных активных веществ. Надёжность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Точное управление параметрами ультразвукового процесса обеспечивает воспроизводимость и стандартизацию процесса.
Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| От 1 до 500mL | От 10 до 200mL/min | UP100H |
| От 10 до 2000mL | От 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| От 0,1 до 20L | От 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| От 10 до 100L | От 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | От 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | Больше | Группа устройств UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Мощные ультразвуковые процессоры для лабораторного, пилотного и промышленного масштаба.
Литература/Источники
- Velez Suaza, Catalina (2016): Оптимизация аналитического подхода на основе высокоэффективной жидкостной хроматографии для характеристики натурального экстракта ванили. Диссертация, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Экстракция ванилина из стручков ванили: сравнительное исследование традиционной экстракции по Сокслету и экстракции с применением ультразвука. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Улучшенная экстракция ванилина, 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, из обработанных стручков ванили с применением ультразвука: сравнение экстракции с применением ультразвука и экстракции в ванне с горячей водой.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ультразвуковая технология экстракции биологически активных молекул из растительных, животных и морских источников. TrAC Trends in Analytical Chemistry, том 122, 2020.
Полезные сведения
Принцип действия ультразвуковой экстракции
Воздействие интенсивных ультразвуковых волн на жидкую среду вызывает кавитацию. Явление кавитации локально приводит к экстремальным температурам, давлениям, скоростям нагрева/охлаждения, перепадам давления и высоким силам сдвига в среде. Когда кавитационные пузырьки схлопываются на поверхности твёрдых тел (таких как частицы, растительные клетки, ткани и т. д.), микроструи и межчастичные столкновения вызывают такие эффекты, как отслаивание поверхности, эрозия и разрушение частиц. Кроме того, схлопывание кавитационных пузырьков в жидких средах создаёт макротурбулентность и микроперемешивание.
Рис. 1: Образование стабильных и переходных кавитационных пузырьков.
(a) смещение, (b) переходная кавитация, (c) стабильная кавитация, (d) давление
[adapted from Santos et al. 2009]
Ультразвуковое облучение растительного материала фрагментирует матрицу растительных клеток и усиливает её гидратацию. Chemat et al (2015) приходят к выводу, что ультразвуковая экстракция биоактивных соединений из растительного сырья является результатом различных независимых или совместно действующих механизмов, включая фрагментацию, эрозию, капиллярность, деструктурирование и сонопорацию. Эти эффекты разрушают клеточную стенку, улучшают массоперенос, проталкивая растворитель внутрь клетки и вытягивая наружу растворитель, насыщенный растительными соединениями, а также обеспечивают движение жидкости за счёт микроперемешивания.
Ультразвуковая экстракция из растительных клеток: микроскопический поперечный срез (TS) показывает механизм воздействия при ультразвуковой экстракции из клеток (увеличение 2000x) [источник: Vilkhu et al. 2011]
Ультразвуковая экстракция обеспечивает очень быстрое выделение соединений – превосходя традиционные методы экстракции благодаря меньшей продолжительности процесса, более высокому выходу и более низким температурам. Будучи мягкой механической обработкой, экстракция с применением ультразвука предотвращает термическое разрушение биоактивных компонентов и превосходит другие методы, такие как традиционная экстракция растворителем, гидродистилляция или сокслетовская экстракция, которые, как известно, разрушают термочувствительные молекулы. Благодаря этим преимуществам ультразвуковая экстракция является предпочтительным методом высвобождения термочувствительных биоактивных соединений из растительного сырья.
Ванилин
Ваниль – ценный ароматизатор, который можно извлекать из орхидей рода Vanilla, прежде всего из мексиканского вида, ванили плосколистной (V. planifolia). Соединения с уникальным вкусом и ароматом ванильной орхидеи содержатся в её плоде, образующемся в результате опыления цветка. Эти семенные стручки имеют размеры примерно 1/3 x 6 дюймов и в зрелом состоянии окрашены от коричневато-красного до чёрного цвета. Внутри этих стручков находится маслянистая жидкость с множеством крошечных семян. Для производства ванилина используются как стручки, так и семена.
Хотя ванилин является основным вкусоароматическим соединением в растении ванили, чистый экстракт ванили содержит несколько сотен дополнительных вкусоароматических соединений, которые формируют его сложный, глубокий вкус и аромат.
Ванильная эссенция существует в двух формах: натуральная ванилиновая эссенция из семенного стручка ванили и промышленно синтезированный ванилин. Натуральный экстракт семенного стручка представляет собой сложную смесь нескольких сотен различных соединений. Химическое соединение ванилин – 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde – вносит основной вклад в характерный вкус и аромат натуральной ванили и является главным вкусоароматическим компонентом стручков ванили, прошедших послеуборочную обработку (curing). Помимо ванилина, многие другие химические соединения, такие как ацетальдегид, уксусная кислота, фурфурол, гексановая кислота, 4-hydroxybenzaldehyde, эвгенол, метилциннамат и изомасляная кислота, участвуют в формировании сложного аромата ванили.
Сорта ванили
Бурбонскую ваниль, или бурбонско-мадагаскарскую ваниль, получают из растений V. planifolia, растущих на островах Индийского океана, таких как Мадагаскар, Коморские острова и Реюньон, ранее называвшийся Île Bourbon. Термин «бурбонская ваниль» также обозначает характерный аромат ванили, получаемой из V. planifolia.
Мексиканская ваниль, извлекаемая из местной V. planifolia, производится в гораздо меньших количествах. Мексиканская ваниль известна и продаётся как ваниль из страны её происхождения, поскольку родиной растения V. planifolia является Мезоамерика.
Таитянская ваниль происходит из Французской Полинезии и производится из растения V. tahitiensis. Генетический анализ показывает, что этот вид, возможно, является сортом, полученным из гибрида V. planifolia и V. odorata.
Вест-индскую ваниль получают из V. pompona, которую выращивают в Карибском регионе, Центральной и Южной Америке.