Sonikácia vína – Inovatívne aplikácie ultrazvuku vo vinárstvach

Ultrazvuk je metóda netepelného spracovania, ktorá je už široko používaná v potravinárskom priemysle vďaka svojej miernej aplikácii, ale významným účinkom na produkt. Pre vinárstva ponúka sonikácia rôzne aplikácie, ako je extrakcia príchutí, fenolov a farbív, dozrievanie & starnutie, dub a odplynenie.

Víno je alkoholický nápoj, ktorý sa najčastejšie vyrába z hrozna, ale aj z iného ovocia (napr. jablkové víno, bazové víno) alebo materiálov na báze škrobu (napr. ryžové víno, kukuričné víno).
Víno je obľúbeným spotrebným tovarom, ktorého výroba si vyžaduje prepychový proces. Výroba kvalitných a kvalitných vín je známa ako časovo náročná, a teda nákladná činnosť. Napokon je v záujme vinárov urýchliť kvasenie (premena na alkohol) a dozrievanie (na dodanie komplexných chutí a vôní) a zároveň produkovať vysoko kvalitný likér s požadovanou chuťou, buketom, pocitom v ústach a farbou.

Rôzne účinky ultrazvuku pri spracovaní vína

Výkonový ultrazvuk aplikovaný na víno ponúka mnoho priaznivých účinkov. Medzi najdôležitejšie aplikácie patrí Zintenzívnenie chuti vínneho buketu extrakciou zložiek bohatých na chuť, ako sú fenoly a aromatické látky, duba zrýchlenie dozrievanie & starnúci.

Extrakcia aromatických a fenolových zlúčenín z hrozna

Ultrazvuk je známy a osvedčený prostriedok na extrakciu intracelulárneho rastlinného materiálu a aromatických zlúčenín. Mechanická aktivita ultrazvuku podporuje difúziu rozpúšťadiel do tkaniva. Keďže ultrazvuk mechanicky rozbíja bunkovú stenu kavitačnými šmykovými silami, uľahčuje prenos z bunky do rozpúšťadla. Zmenšenie veľkosti častíc ultrazvukovou kavitáciou zväčšuje povrchovú plochu v kontakte medzi pevnou a kvapalnou fázou.
Hrozno je známe a žiadané pre svoje bohatstvo na polyfenoly. Tieto fenolové zlúčeniny (ako sú monomérne flavanoly, dimérové, trimerné a polymérne prokyanidíny, ako aj fenolové kyseliny) hrozna sú známe svojimi antiradikálovými a antioxidačnými vlastnosťami. Chemicky ich možno rozdeliť do dvoch podkategórií: flavonoidy a neflavonoidy. Najdôležitejšími flavonoidmi vo víne sú antokyány a triesloviny, ktoré prispievajú k farbe, chuti a pocitu v ústach. Medzi neflavonoidy patria stilbény, ako je resveratrol a kyslé zlúčeniny, ako je kyselina benzoová, kávová a škoricová. Väčšina zo všetkých týchto fenolových zlúčenín je obsiahnutá v šupke hrozna a semenách. Intenzívne ultrazvukové sily sú schopné efektívne extrahovať cenné zložky z hroznových jadierok a šupky.
V štúdii Cocito et al. (1995) sa ultrazvuk ukázal ako rýchly, opakovateľný a lineárny proces extrakcie aromatických zlúčenín v mušte a víne. Získané výsledky koncentrácií zlúčenín ultrazvukovou extrakciou boli vyššie ako výsledky extrakcie kolóny C18 (extrakcia živice).
Ak zhrnieme výhody ultrazvukovej extrakcie, ultrazvuk je lacnou, jednoduchou a efektívnou alternatívou ku konvenčným netermickým extrakčným prostriedkom, ako je vysoký hydrostatický tlak (HP), stlačený oxid uhličitý (cCO2) a superkritický oxid uhličitý (ScCO2) a impulzy vysokého elektrického poľa (HELP). Ďalšou výhodou je skutočnosť, že ultrazvuková extrakcia – na rozdiel od vyššie uvedených alternatív – sa dá ľahko otestovať v laboratórium alebo stolová váha. Tieto pokusy poskytujú reprodukovateľné výsledky, takže následné rozšírenie si nevyžaduje ďalšie úsilie pri hľadaní optimálneho nastavenia. Pre plnú komerčnú výrobu, spoľahlivý VYSOKOVÝKONNÉ ULTRAZVUKOVÉ PRÍSTROJE S výkonom až 16 000 wattov na jednotku umožňuje sonikáciu veľmi veľkých objemových prúdov.

Ultrazvukom asistovaná extrakcia vínnych dubov

Vo fáze dubovania víno prichádza do styku s drevom sudov (tradičné dubovanie) alebo s pridanými drevnými štiepkami, drevenými tyčinkami alebo dubovým práškom (alternatívne dubovanie). Najbežnejším drevom na dubovanie (dochucovanie) je – podľa termínu postupu – dub (quercus). Ďalšie druhy dreva, ktoré sa používajú zriedkavejšie, sú napr. gaštan, borovica, sekvoja, čerešňa alebo akácia. Chemické vlastnosti dreva sa využívajú na dosiahnutie hlbokých účinkov, pokiaľ ide o chuť a buket vína. Fenoly obsiahnuté v dube interagujú s príchuťami vína, ako je vanilka, karamel, smotana, korenie alebo zemité príchute. Veľmi dôležitý účinok majú ellagitaníny (hydrolyzovateľný trieslovin), ktoré sú odvodené od lignínových štruktúr v dreve, pretože chránia víno pred oxidáciou a redukciou.
Ultrazvuková extrakcia je užitočná pre fázu dubenia vína, pretože prenikanie kvapaliny do drevenej štruktúry prášku, triesok, tyčiniek alebo tyčí sa zlepší vysokotlakovými a nízkotlakovými cyklami generovanými ultrazvukom. Keďže sa tým výrazne zvýši prenos hmoty, znamená to kratšiu dobu dubovania a vyššie výsledky týkajúce sa chuti. Ak sa do vína aplikuje dubový prášok alebo destiláty s príchuťou dreva (alternatívne dubovanie), ultrazvukové sily zabezpečujú veľmi jemnú disperziu častíc alebo kvapôčok do vína, aby sa zlepšilo povrchové zvlhčenie a expozícia. To je veľmi dôležité pre dosiahnutie vysokej chuti a pocitu v ústach a prispieva ku kvalite alkoholického nápoja. Skutočnosť, že sudovanie a starnutie predstavuje predĺžený časový a nákladový faktor pri vinifikácii, robí z ultrazvuku mimoriadne zaujímavú metódu spracovania, pretože ultrazvukové prístroje Hielscher presvedčia nízkymi investičnými nákladmi, jednoduchou implementáciou a vynikajúcou energetická účinnosť.

Ultrazvukom asistovaná deaglomerácia počas zrenia vína

Počas tradičného časovo náročného procesu zrenia vína dochádza vo víne k reakciám rôznych molekúl. To znamená, že molekuly sa menia podľa vzájomnej interakcie. Čas a výsledok tejto molekulárnej zmeny závisí od zložiek vína a jeho prostredia. Bežne je schválené, že alkohol je rozptýlený v likéroch, ale to neznamená, že sa dosiahne zmiešanie molekúl. Rovnako ako vo víne prirodzene len nízka energia na reakcie – Keďže je k dispozícii spájanie a miešanie, stupeň prirodzených zmien bude väčšinou nedokončený. Zatiaľ čo zložky majú tendenciu interagovať, viazať sa a meniť molekulárne vlastnosti, nemôžu realizovať absolútnu interakciu, konverziu alebo väzbu na molekulárnej úrovni z dôvodu nízkej prítomnosti energie.
Keďže víno je sonikované (čo znamená vstup energie do kvapaliny), zložky ponúkajú konzistentnejší a rovnomernejší stupeň disperzie. Sonikáciou sa víno stáva homogénnou tekutinou s predĺženou trvanlivosťou vo veľmi krátkom čase ošetrenia. Homogenita umožňuje vyššiu interakciu medzi molekulami a tým aj úplnejšiu molekulárnu zmenu. To znamená zlepšenie chuti a kvality.

Disperzia: Väčšina vín je pred plnením do fliaš ošetrená prísadami, ako sú konzervačné látky (napr. hydrogensíran draselný, hydrogensíran sodný), čistiace prostriedky, farbiace prášky a ďalšie čierne činidlá a zjemňovače. Tieto prísady sa používajú na zabránenie predčasnému zhnednutiu a znehodnoteniu, na zlepšenie kvality vína, na odstránenie nedostatkov alebo na podporu procesu kvasenia. Ultrazvukom je možné tieto prísady veľmi dôsledne rozptýliť do vína, aby sa dosiahli vyššie výsledky spracovania. To nakoniec vedie k vyššej kvalite a lepšej chuti – úsiliu každého vinára.

Ultrazvuková extrakcia účinných látok

Víno má širokú škálu zdraviu prospešných účinných zlúčenín, ako sú triesloviny, fenoly, flavonoidy a iné, ktoré sú cennými zložkami používanými vo farmaceutickom, potravinárskom a kozmetickom priemysle.
Prečítajte si viac o extrakcii fytochemikálií, ako sú polyfenoly, antokyanidíny, proantokyanidín a ďalšie bioaktívne zlúčeniny z hrozna a vedľajších produktov hrozna!

Exkurz

Starnutie ryžového vína a kukuričného vína: Chang et al. (2002) vo svojej štúdii o ryžovom víne a kukuričnom víne zistili, že účinky starnutia sonikácie vína závisia od druhu vína. Rovnako ako ultrazvukové starnutie ryžového vína, pokiaľ ide o hodnotu pH, obsah alkoholu, acetaldehyd, chuť a senzorické vlastnosti, bolo výrazne lepšie ako zrenie kukuričného vína pomocou ultrazvuku. Pri ryžovom víne aj kukuričnom víne sa doba zrenia výrazne skrátila (z 1 roka na 1 týždeň alebo 3 dni).

Priemyselné ultrazvukové prístroje s prietokovými reaktormi na sonikáciu vína a džús.

Ultrazvukové procesory Hielscher

Spoločnosť Hielscher je popredným dodávateľom vysoko kvalitných a vysoko výkonných ultrazvukových prístrojov. Ultrazvukové zariadenia vyrobené spoločnosťou Hielscher sa používajú na laboratórne vzorky, pilotné spracovanie alebo výrobu v plnom meradle v rôznych oblastiach priemyslu a výskumu. Pre dokonalý výkon a prispôsobenie sa každému procesu ponúka spoločnosť Hielscher širokú škálu ultrazvukových prístrojov na sonikáciu akéhokoľvek objemu kvapaliny, od niekoľkých mikrolitrov až po stovky metrov kubických za hodinu. Ultrazvukové prístroje je možné ľahko otestovať na efektivitu procesov v menšom meradle. Typicky UIP1000hd (1 kW) sa používa na vývoj procesu pre prietoky od 0,5 l do 1000 l za hodinu. V tomto rozsahu je možné optimalizovať účinnosť spracovania zmenou amplitúdy, tlaku a prietoku. Inštalácia alebo dodatočná montáž ultrazvukového systému do výrobnej linky, ako aj prevádzka a údržba sú jednoduché a bezproblémové.

Ultrazvuk v kvapalinách

Vysokovýkonný ultrazvuk generuje Kavitácie do tekutín. Pri implózii kavitačných bublín sa lokálne objavujú extrémne vysoké sily: v kavitačnom "horúcom mieste" sa dosahujú veľmi vysoké teploty (cca 5 000 K) a tlaky (cca 2 000 atm). Implózia kavitačnej bubliny má tiež za následok prúdy kvapaliny s rýchlosťou až 280 m/s. Keď tieto intenzívne sily vstúpia do kvapaliny, spôsobujú rôzne účinky. V alkoholickej kvapaline ultrazvuk spôsobuje zrýchlenie oxidácie, polymerizácie a kondenzácie alkoholu, aldehydov, esterov a olefínov za vzniku nových zlúčenín, ktoré vytvárajú viac a lepšiu chuť a buket.
Ako najzaujímavejšie ultrazvukové aplikácie pre výrobu vína (vinifikácia), najmä ultrazvukom Extrakcia, aglomerácie a rozptyl musia byť pomenované. Vďaka týmto vplyvom je sonikácia takou účinnou metódou spracovania vína a iných nápojov.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: