Ultrazvuková extrakcia vanilky – Netepelná metóda
- Vanilkový extrakt je aromatický roztok extrahovaný z vanilkových luskov v roztoku etanolu a vody.
- Na výrobu vysokokvalitného vanilínu ako arómy, chuti a vonnej zložky je potrebná účinná, ale mierna extrakčná technika, aby sa zabránilo rozkladu.
- Ultrazvuková extrakcia je mierna mechanická extrakčná metóda, ktorá poskytuje vysoké výťažky vanilínu vo veľmi krátkom čase extrakcie.
Vysokovýkonné ultrazvuky pre vysokokvalitné vanilínové extrakty
Ako druhé najdrahšie korenie po šafrane si výroba vanilky vyžaduje účinnú metódu extrakcie, ktorá zabraňuje degradácii cenných éterických olejov. Ultrazvuková extrakcia je dobre známa a zavedená ako mierna, netepelná, ale vysoko účinná metóda na uvoľňovanie bioaktívnych zlúčenín z rastlinného materiálu. Ultrazvuková extrakcia je založená na fenoméne akustickej kavitácie, čo je čisto mechanické ošetrenie. Vďaka tomu je sonikácia preferovanou metódou izolácie citlivých bioaktívnych zlúčenín, ako sú aromatické zlúčeniny a éterické oleje, napr. vanilín, polyfenoly alebo antioxidanty z rastlinných látok.
Výhody ultrazvukovej extrakcie vanilky
- Vynikajúci výnos
- Vysokorýchlostné odsávanie – v priebehu niekoľkých minút
- Vysoko kvalitné extrakty – Mierne, netepelné
- Zelené rozpúšťadlá (napr. voda/etanol)
- Nákladovo efektívne
- Jednoduchá a bezpečná obsluha
- Nízke investičné a prevádzkové náklady
- Prevádzka 24/7 v náročných podmienkach
- Zelená, ekologická metóda
Ultrazvuková extrakcia vanilky – v dávkovom alebo kontinuálnom režime
Dávka: Ultrazvukové extrakčné procesy môžu byť prevádzkované ako jednoduché dávkové procesy alebo ako inline úprava, kde je médium nepretržite privádzané cez ultrazvukový prietokový reaktor.
Dávkové spracovanie je jednoduchý postup, pri ktorom sa extrakcia vykonáva partia po šarži. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka ultrazvukové procesory pre malé až veľké dávky, t. j. 1L až 120L.
Na spracovanie dávok od 5 do 10 l odporúčame UP400St (400 W, video nižšie) so sonotródom S24d22L2D.
Caution: Video "duration" is missing
Na spracovanie dávok s objemom cca 120 l odporúčame UIP2000hdT (2kW, obr. pravý stĺpik hore) so sonotrode RS4d40L4.
Sonicator UIP2000hdT na botanickú extrakciu v dávke 120 l
Ultrazvuková extrakcia rastlinných látok pomocou ultrazvuku UP400St
Pre objem cca 8 l/min odporúčame UIP4000hdT (4 kW, obr. vpravo) so sonotródou RS4d40L3 a tlakovým prietokovým článkom FC130L4-3G0
Prípadová štúdia ultrazvukovej extrakcie vanilky
Jadhav et al. (2009) porovnávali ultrazvukom asistovanú extrakciu (SAE) a Soxhletovu extrakciu. Výskum potvrdil, že ultrazvuková extrakcia výrazne zintenzívňuje uvoľňovanie vanilínu v porovnaní so Soxhletovou extrakciou. Soxhletovo ošetrenie vyžadovalo prevádzkovú teplotu 95 °C, pomer rozpúšťadla: rozpustená látka 66,67 ml/g a čas extrakcie 8 hodín viedol k uvoľneniu približne 180 ppm vanilínu. Ultrazvukom asistovaná extrakcia (SAE) vyžadovala iba 1 hodinu na uvoľnenie cca. 140 ppm vanilínu s použitím rovnakého pomeru rozpúšťadlo a rozpustená látka pri izbovej teplote.
Rasoamandrary et al. (2013) porovnali účinnosť extrakcie vanilínu pomocou 100W ultrazvukového zariadenia typu sondy (napr. UP100H), ultrazvukový kúpeľ a kúpeľ s horúcou vodou. Vedci dospeli k záveru, že ultrazvukový prístroj sondového typu je výkonným extrakčným nástrojom vďaka svojej vysokej intenzite ultrazvuku. Preto ultrazvukový prístroj sondového typu prekonal alternatívne extrakčné metódy tým, že poskytoval podobné/alebo vyššie výťažky vanilínu extrahovaného pri výrazne kratšom čase extrakcie a nižšej spotrebe rozpúšťadla (t. j. etanolu).
Porovnanie troch metód extrakcie – ultrazvuková sonda, ultrazvukový kúpeľ, extrakcia v horúcom vodnom kúpeli – ukázalo, že extrakcia vanilínu bola najúčinnejšia na sondovú sonikáciu pomocou 40% etanolu (v/v) pri teplote okolia 30 °C a čase extrakcie 1 hodinu. Extrakcia vo vodnom kúpeli si vyžadovala 50% koncentráciu etanolu (v/v) pri 56 °C počas 15 hodín.
UIP4000hdT – 4kW ultrazvukový extraktor pre kontinuálnu inline úpravu.
Ultrazvukové zariadenie na vysokovýkonnú extrakciu
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na výrobu vysokovýkonných ultrazvukových procesorov na výrobu vysokokvalitných extraktov z rastlín.
Hielscher’s broad product portfolio ranges from small, powerful lab ultrasonicators to robust bench-top and fully industrial systems, which deliver high intensity ultrasound for the efficient extraction and isolation of bioactive substances (e.g. Quercetin, kofeín, Kurkumín, Terpény atď.). Všetky ultrazvukové prístroje od 200 W do 16 000 W sú vybavené farebným displejom pre digitálne ovládanie, integrovanou SD kartou pre automatické zaznamenávanie údajov, diaľkovým ovládaním prehliadača a mnohými ďalšími užívateľsky prívetivými funkciami. Sonotródy a prietokové bunky (časti, ktoré sú v kontakte s médiom) sa dajú autoklávovať a ľahko sa čistia. Všetky naše ultrazvukové prístroje sú skonštruované pre prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni, vyžadujú nízku údržbu a ich obsluha je jednoduchá a bezpečná.
A digital colour display allows for a user-friendly control of the ultrasonicator. Our systems are capable to deliver from low up to very high amplitudes. For the extraction of polyphenols and other bioactive compounds such as vanillin, we offer special ultrasonic sonotrodes (also known as ultrasonic probes or horns) that are optimized for the sensible isolation of high-quality active substances. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Presná kontrola parametrov ultrazvukového procesu zaisťuje reprodukovateľnosť a štandardizáciu procesu.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás!? Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové procesory od laboratórneho až po pilotné a priemyselné meradlo.
Literatúra/Referencie
- Velez Suaza, Catalina (2016): Optimalizácia analytického prístupu založeného na vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografii na charakterizáciu prírodného vanilkového extraktu. Dizertačná práca, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Extrakcia vanilínu z vanilkových luskov: Porovnávacia štúdia konvenčnej extrakcie soxhlet a ultrazvukom. Časopis potravinárskeho inžinierstva 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Vylepšená extrakcia vanilínového 4-hydroxy-3-metoxybenzaldehydu z vytvrdených vanilkových bôbov pomocou ultrazvukom asistovanej extrakcie: Porovnanie extrakcie s ultrazvukom a extrakcie v horúcom vodnom kúpeli.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ultrazvuková technológia na extrakciu biologicky aktívnych molekúl z rastlinných, živočíšnych a morských zdrojov. Trendy TrAC v analytickej chémii, zväzok 122, 2020.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Princíp činnosti ultrazvukovej extrakcie
Aplikácia intenzívnych ultrazvukových vĺn na kvapalné médium má za následok kavitáciu. Fenomén kavitácie vedie lokálne k extrémnym teplotám, tlakom, rýchlosti ohrevu/chladenia, tlakovým rozdielom a vysokým šmykovým silám v médiu. Keď kavitačné bubliny implodujú na povrchu pevných látok (ako sú častice, rastlinné bunky, tkanivá atď.), mikroprúdy a interpartikulárna kolízia vytvárajú efekty, ako je povrchové odlupovanie, erózia a rozpad častíc. Okrem toho implózia kavitačných bublín v kvapalných médiách vytvára makroturbulencie a mikromiešanie.
Obr. 1: Tvorba stabilných a prechodných kavitačných bublín.
Ultrazvuková iraditácia rastlinného materiálu fragmentuje matricu rastlinných buniek a zvyšuje ich hydratáciu. Chemat a kol. (2015) dospeli k záveru, že ultrazvuková extrakcia bioaktívnych zlúčenín z rastlín je výsledkom rôznych nezávislých alebo kombinovaných mechanizmov vrátane fragmentácie, erózie, kapilarity, detexturácie a sonoporácie. Tieto účinky narúšajú bunkovú stenu, zlepšujú prenos hmoty tlačením rozpúšťadla do bunky a odsávaním rozpúšťadla zaťaženého fytozlúčeninami a zabezpečujú pohyb kvapaliny mikromiešaním.
Ultrazvuková extrakcia z rastlinných buniek: mikroskopický priečny rez (TS) ukazuje mechanizmus účinku počas ultrazvukovej extrakcie z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvuková extrakcia dosahuje veľmi rýchlu izoláciu zlúčenín – prekonáva konvenčné extrakčné metódy v kratšom procesnom čase, vyššom výťažku a pri nižších teplotách. Ako mierne mechanické ošetrenie ultrazvukom asistovaná extrakcia zabraňuje tepelnej degradácii bioaktívnych zložiek a vyniká v porovnaní s inými technikami, ako je konvenčná extrakcia rozpúšťadlom, hydrodestiláciaalebo Soxhletov extrakcia, o ktorej je známe, že ničí molekuly citlivé na teplo. Vďaka týmto výhodám je ultrazvuková extrakcia preferovanou technikou na uvoľňovanie bioaktívnych zlúčenín citlivých na teplotu z rastlín.
vanilín
Vanilka je cenená príchuť, ktorú je možné extrahovať z orchideí rodu Vanilla, predovšetkým z mexického druhu, vanilky plocholistej (V. planifolia). Jedinečne ochutené zlúčeniny vanilkovej orchidey sa nachádzajú v jej plodoch, ktoré sú výsledkom opelenia kvetu. Tieto semenné struky majú zhruba 1/3 x 6 palcov, po dozretí majú hnedočervenú až čiernu farbu. Vo vnútri týchto toboliek je olejovitá tekutina plná drobných semienok. Na výrobu vanilínu sa používa struk aj semená.
Hoci vanilín je primárnou chuťovou zlúčeninou vo vanilkovej rastline, čistý vanilkový extrakt obsahuje niekoľko stoviek ďalších chuťových zlúčenín, ktoré prispievajú k jeho komplexnej a hlbokej chuti.
Vanilková esencia sa vyskytuje v dvoch formách, a to v skutočnej vanilínovej esencii z vanilkového semienka a priemyselne syntetizovanom vanilíne. Extrakt zo skutočných semien je komplexná zmes niekoľkých stoviek rôznych zlúčenín. Chemická zlúčenina vanilín – 4-hydroxy-3-metoxybenzaldehyd – is the major contributor to the characteristic flavor and aroma of real vanilla and is the main flavor component of cured vanilla beans. Besides vanillin, may other chemical compounds such as acetaldehyde, acetic acid, furfural, hexanoic acid, 4-hydroxybenzaldehyde, eugenol, methyl cinnamate, and isobutyric acid contribute to vanilla’s complex aroma.
Vanilkové kultivary
Bourbonská vanilka alebo bourbonsko-madagaskarská vanilka sa vyrába z rastlín V. planifolia, ktoré rastú na ostrovoch v Indickom oceáne, ako sú Madagaskar, Komory a Réunion, predtým nazývané Île Bourbon. Termín “Bourbon vanilka” opisuje aj výraznú vanilkovú arómu odvodenú od V. planifolia.
Mexická vanilka, extrahovaná z pôvodnej V. planifolia, sa vyrába v oveľa menšom množstve. Mexická vanilka je známa a predávaná ako vanilka z krajiny svojho pôvodu, pretože rastlina V. planifolia pochádza z Mezoameriky.
Tahitská vanilka pochádza z Francúzskej Polynézie, vyrába sa z rastliny V. tahitiensis. Genetická analýza ukazuje, že tento druh je pravdepodobne kultivarom z hybridu V. planifolia a V. odorata.
Západoindická vanilka sa vyrába z V. pompona, ktorá sa pestuje v Karibiku a Strednej a Južnej Amerike.