Sonikacija vina – inovativne uporabe ultrazvoka v vinskih kleteh

Ultrazvok je netermična metoda obdelave, ki se zaradi blagega načina uporabe, a izrazitih učinkov na izdelek že široko uporablja v živilski industriji. Vinskim kletem sonikacija ponuja različne možnosti uporabe, kot so ekstrakcija arom, fenolnih spojin in barvil, zorenje in staranje, obdelava s hrastovim lesom ter razplinjevanje.

Vino je alkoholna pijača, najpogosteje izdelana iz grozdja, pa tudi iz drugega sadja (npr. jabolčno vino, bezgovo vino) ali surovin na osnovi škroba (npr. riževo vino, koruzno vino).
Vino je priljubljena potrošna dobrina, katere proizvodnja zahteva drag postopek. Pridelava kakovostnih in visokokakovostnih vin velja za časovno zahteven in zato stroškovno intenziven posel. Navsezadnje je v interesu vinarja, da pospeši fermentacijo (pretvorbo v alkohol) in zorenje (za razvoj kompleksnih okusov in arom) ter hkrati pridela visokokakovostno alkoholno pijačo z želenim okusom, cvetico, občutkom v ustih in barvo.

Različni učinki ultrazvoka pri obdelavi vina

Uporaba močnostnega ultrazvoka pri vinu ima številne koristne učinke. Najpomembnejše uporabe vključujejo okrepitev arome vinske cvetice z ekstrakcijo sestavin, bogatih z aromami, kot so fenolne in aromatične spojine, obdelavo s hrastovim lesom in pospeševanje zorenja in staranja.

Ekstrakcija aromatičnih in fenolnih spojin iz grozdja

Ultrazvok je dobro znano in preizkušeno sredstvo za ekstrakcijo znotrajceličnega rastlinskega materiala in aromatičnih spojin. Mehansko delovanje ultrazvoka spodbuja difuzijo topil v tkivo. Ker ultrazvok s kavitacijskimi strižnimi silami mehansko razbije celično steno, olajša prenos iz celice v topilo. Zmanjšanje velikosti delcev zaradi ultrazvočne kavitacije poveča stično površino med trdno in tekočo fazo.
Grozdje je znano in iskano zaradi bogate vsebnosti polifenolov. Te fenolne spojine v grozdju (kot so monomerni flavanoli, dimerni, trimerni in polimerni procianidini ter fenolne kisline) so znane po svojih antiradikalskih in antioksidativnih lastnostih. Kemično jih lahko razdelimo v dve podskupini: flavonoide in neflavonoide. Najpomembnejši flavonoidi v vinu so antocianini in tanini, ki prispevajo k barvi, okusu in občutku v ustih. Med neflavonoide spadajo stilbeni, kot je resveratrol, in kisle spojine, kot so benzojska, kavna in cimetova kislina. Večina vseh teh fenolnih spojin je v grozdnih kožicah in pečkah. Močne ultrazvočne sile lahko učinkovito ekstrahirajo dragocene sestavine iz grozdnih pečk in kožic.
V študiji Cocito et al. (1995) se je ultrazvočna obdelava izkazala za hiter, ponovljiv in linearen postopek ekstrakcije aromatičnih spojin iz mošta in vina. Koncentracije spojin, dosežene z ultrazvočno ekstrakcijo, so bile višje od koncentracij, doseženih z ekstrakcijo na koloni C18 (ekstrakcijo s smolo).
Če povzamemo prednosti ultrazvočne ekstrakcije, je ultrazvok poceni, preprosta in učinkovita alternativa običajnim netermičnim načinom ekstrakcije, kot so visok hidrostatični tlak (HP), stisnjen ogljikov dioksid (cCO2), superkritični ogljikov dioksid (ScCO2) in impulzi močnega električnega polja (HELP). Dodatna prednost je dejstvo, da lahko ultrazvočno ekstrakcijo – v nasprotju z zgoraj navedenimi alternativami – preprosto preizkusimo v laboratorijskem merilu ali na namizni napravi. Ti preizkusi dajejo ponovljive rezultate, zato naknadno povečanje obsega ne zahteva dodatnega truda pri iskanju optimalnih nastavitev. Za komercialno proizvodnjo v polnem obsegu zanesljive ultrazvočne naprave za zahtevno uporabo z močjo do 16.000 vatov na enoto omogočajo sonikacijo tokov z zelo velikim volumskim pretokom.

Ultrazvočno podprta ekstrakcija za obdelavo vina s hrastovim lesom

Med obdelavo s hrastovim lesom vino pride v stik z lesom sodov (tradicionalna obdelava s hrastovim lesom) ali z dodanimi lesnimi sekanci, lesenimi palicami oziroma dogami ali hrastovim prahom (alternativna obdelava s hrastovim lesom). Najpogostejši les za to obdelavo (aromatiziranje) je – kot pove ime postopka – hrast (quercus). Druge vrste lesa, ki se uporabljajo redkeje, so npr. kostanj, bor, sekvoja, češnja ali akacija. Kemične lastnosti lesa se uporabljajo za doseganje izrazitih učinkov na okus in cvetico vina. Fenoli v hrastu medsebojno delujejo z vinom in ustvarjajo okuse, kot so vanilja, karamela, smetana, začimbe ali zemeljski okusi. Zelo pomemben učinek imajo elagitanini (hidrolizabilni tanin), ki izvirajo iz ligninskih struktur v lesu, saj vino ščitijo pred oksidacijo in redukcijo.
Ultrazvočna ekstrakcija je koristna pri obdelavi vina s hrastovim lesom, saj cikli visokega in nizkega tlaka, ki jih ustvarja ultrazvok, povečajo prodiranje tekočine v lesno strukturo prahu, sekancev, palic ali dog. Ker se s tem prenos snovi izrazito poveča, je čas obdelave s hrastovim lesom krajši, učinki na okus pa večji. Če vinu dodamo hrastov prah ali destilate lesnih arom (alternativna obdelava s hrastovim lesom), ultrazvočne sile zagotavljajo zelo fino disperzijo delcev ali kapljic v vinu ter tako izboljšajo omočenje površine in njeno izpostavljenost. To je zelo pomembno za doseganje kakovostnega okusa in občutka v ustih ter prispeva h kakovosti alkoholne pijače. Ker sta hranjenje v sodih in staranje pri vinifikaciji dolgotrajna in stroškovno zahtevna, je ultrazvok izjemno zanimiva metoda obdelave, saj ultrazvočne naprave Hielscher prepričajo z nizkimi naložbenimi stroški, preprosto uvedbo in izjemno energetsko učinkovitostjo.

Ultrazvočno podprta deaglomeracija med staranjem vina

Med tradicionalnim, časovno zahtevnim postopkom staranja vina v vinu potekajo reakcije različnih molekul. To pomeni, da se molekule spreminjajo glede na medsebojne interakcije. Čas in rezultat te molekularne spremembe sta odvisna od sestavin vina in njegovega okolja. Na splošno je sprejeto, da je alkohol dispergiran v alkoholnih pijačah, vendar to ne pomeni, da bo doseženo mešanje molekul. Ker je v vinu naravno na voljo le malo energije za reakcije – kot sta vezava in mešanje – bodo naravne spremembe večinoma nepopolne. Čeprav sestavine težijo k medsebojnemu delovanju, povezovanju in spreminjanju molekularnih lastnosti, zaradi majhne količine razpoložljive energije ne morejo doseči popolne interakcije, pretvorbe ali vezave na molekularni ravni.
Ko vino sonikiramo (kar pomeni vnos energije v tekočino), se sestavine dispergirajo bolj dosledno in enakomerno. S sonikacijo vino v zelo kratkem času obdelave postane homogena tekočina s podaljšanim rokom uporabnosti. Homogenost omogoča večjo interakcijo med molekulami in s tem popolnejšo molekularno spremembo. To pomeni izboljšanje okusa in kakovosti.

Dispergiranje: Pred stekleničenjem se večina vin obdela z dodatki, kot so konzervansi (npr. kalijev hidrogensulfat, natrijev hidrogensulfat), čistilna sredstva, barvila v prahu ter druga sredstva za bistrenje in izboljšanje. Ti dodatki se uporabljajo za preprečevanje prezgodnjega porjavenja in kvarjenja, izboljšanje kakovosti vina, odpravljanje pomanjkljivosti ali podporo fermentacijskemu procesu. Z ultrazvočno obdelavo lahko te dodatke zelo enakomerno dispergiramo v vinu in tako dosežemo boljše rezultate obdelave. To navsezadnje vodi do višje kakovosti in boljšega okusa – cilja vsakega vinarja.

Ultrazvočna ekstrakcija aktivnih spojin

Vino vsebuje širok nabor zdravju koristnih aktivnih spojin, kot so tanini, fenolne spojine, flavonoidi in druge, ki so dragocene sestavine za uporabo v farmacevtski, živilski in kozmetični industriji.
Preberite več o ekstrakciji fitokemikalij, kot so polifenoli, antocianidini, proantocianidin in druge bioaktivne spojine, iz grozdja in stranskih proizvodov predelave grozdja!

Ekskurz

Staranje riževega in koruznega vina: Chang et al. (2002) so v študiji riževega in koruznega vina ugotovili, da so učinki sonikacije na staranje vina odvisni od vrste vina. Tako je bilo ultrazvočno staranje riževega vina glede vrednosti pH, vsebnosti alkohola, acetaldehida, okusa in senzoričnih lastnosti bistveno boljše od ultrazvočno podprtega staranja koruznega vina. Pri obeh, riževem in koruznem vinu, se je čas staranja občutno skrajšal (z 1 leta na 1 teden ali 3 dni).

Industrijske ultrazvočne naprave s pretočnimi reaktorji za sonikacijo vina in soka.

Ultrazvočni procesorji Hielscher

Hielscher je vodilni dobavitelj visokokakovostnih in visokozmogljivih ultrazvočnih naprav. Ultrazvočne naprave proizvajalca Hielscher se uporabljajo za laboratorijske vzorce, obdelavo v pilotnem merilu ali proizvodnjo v polnem obsegu na številnih področjih industrije in raziskovanja. Za popolno delovanje in prilagoditev vsakemu postopku Hielscher ponuja širok nabor ultrazvočnih naprav za sonikacijo poljubnega volumna tekočine, od več mikrolitrov do več sto kubičnih metrov na uro. Učinkovitost ultrazvočnih naprav pri posameznem postopku je mogoče preprosto preizkusiti v manjšem merilu. Običajno se UIP1000hd (1kW) uporablja za razvoj postopkov s pretoki od 0,5L do 1000L na uro. V tem merilu je mogoče učinkovitost obdelave optimizirati s spreminjanjem amplitude, tlaka in pretoka. Namestitev ali naknadna vgradnja ultrazvočnega sistema v proizvodno linijo ter upravljanje in vzdrževanje so preprosti in potekajo brez težav.

Ultrazvok v tekočinah

Ultrazvok velike moči povzroča kavitacijo v tekočinah. Med implozijo kavitacijskih mehurčkov se lokalno pojavijo izjemno velike sile: v kavitacijski »vroči točki« se dosežejo zelo visoke temperature (pribl. 5.000K) in tlaki (pribl. 2.000atm). Implozija kavitacijskega mehurčka povzroči tudi tekočinske curke s hitrostjo do 280m/s. Ko te močne sile delujejo v tekočini, povzročajo različne učinke. V alkoholni tekočini ultrazvočna obdelava pospeši oksidacijo, polimerizacijo in kondenzacijo alkohola, aldehidov, estrov in olefinov, pri čemer nastajajo nove spojine, ki ustvarjajo več okusa in cvetice ter ju izboljšujejo.
Med najzanimivejšimi uporabami ultrazvoka pri pridelavi vina (vinifikaciji) je treba omeniti predvsem ultrazvočno podprto ekstrakcijo, aglomeracijo in dispergiranje . Zaradi teh učinkov je sonikacija tako učinkovita metoda obdelave vina in drugih pijač.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: