Sonikacija vina – Inovativne aplikacije ultrazvoka v vinarjih

Ultrazvok je metoda netoplotne obdelave, ki se že pogosto uporablja v živilski industriji zaradi blage uporabe, vendar pomembnih učinkov na izdelek. Za vinske kleti ultrazvočna obdelava ponuja različne aplikacije, kot so ekstrakcija arom, fenolov in barvil, zorenje & staranje, hrast in razplinjevanje.

Vino je alkoholna pijača, najpogosteje narejena iz grozdja, pa tudi iz drugega sadja (npr. jabolčno vino, bezgovo vino) ali materialov na osnovi škroba (npr. riževo vino, koruzno vino).
Vino je priljubljeno potrošniško blago, katerega proizvodnja zahteva razkošen proces. Izdelava kakovostnih in kakovostnih vin je znana kot dolgotrajen in s tem dragotrajen posel. Končno je v interesu vinarjev, da pospešijo vrenje (pretvorba v alkohol) in zorenje (za dajanje kompleksnih okusov in arom) ter hkrati proizvajajo visoko kakovostno alkoholno pijačo z želenim okusom, cveticom, občutkom v ustih in barvo.

Različni učinki ultrazvoka pri predelavi vina

Ultrazvok moči, ki se uporablja za vino, ponuja številne koristne učinke. Najpomembnejše aplikacije vključujejo Intenziviranje okusa vinske cvetico z ekstrakcijo sestavin, bogatih z okusom, kot so fenoli in aromati, hrastin pospeševanje Zorenje & Staranje.

Ekstrakcija aromatskih in fenolnih spojin iz grozdja

Ultrazvok je dobro znano in dokazano sredstvo za ekstrakcijo znotrajceličnega rastlinskega materiala in aromatskih spojin. Mehanska aktivnost ultrazvoka podpira difuzijo topil v tkivo. Ker ultrazvok mehansko razbije celično steno s kavitacijskimi strižnimi silami, olajša prenos iz celice v topilo. Zmanjšanje velikosti delcev z ultrazvočno kavitacijo poveča površino v stiku med trdno in tekočo fazo.
Grozdje je znano in povpraševanje po bogastvu polifenolov. Te fenolne spojine (kot so monomerni flavanoli, dimerni, trimerni in polimerni procianidini ter fenolne kisline) grozdja so znane po svojih antiradikalnih in antioksidativnih lastnostih. Kemično jih lahko ločimo v dve podkategoriji: flavonoidi in neflavonoidi. Najpomembnejši flavonoidi v vinu so antocianini in tanini, ki prispevajo k barvi, okusu in občutku v ustih. Med ne-flavonoidi so stilbeni, kot so resveratrol in kisle spojine, kot so benzojeva, kofeinska in cimetna kislina. Večina teh fenolnih spojin je vsebovana v koži grozdja in semenih. Intenzivne ultrazvočne sile so sposobne učinkovito izvleči dragocene sestavine iz grozdnih semen in kože.
V študiji Cocito et al. (1995) je bila ultrasonicacija dokazana kot hiter, ponovljiv in linearen postopek za ekstrakcijo aromatičnih spojin v moštu in vinu. Dobljeni rezultati koncentracij spojin z ultrazvočno ekstrakcijo so bili višji od tistih pri ekstrakciji C18 kolone (ekstrakcija smole).
Če povzamemo prednosti ultrazvočne ekstrakcije, je ultrazvok poceni, preprosta in učinkovita alternativa običajnim netermičnim sredstvom za ekstrakcijo, kot so visok hidrostatični tlak (HP), stisnjen ogljikov dioksid (cCO2) in superkritični ogljikov dioksid (ScCO2) in impulzi z visokim električnim poljem (HELP). Dodatna prednost je dejstvo, da je ultrazvočno ekstrakcijo - v nasprotju z zgoraj navedenimi alternativami - mogoče enostavno preizkusiti v laboratorij ali lestvica na klopi. Ti poskusi zagotavljajo ponovljive rezultate, tako da nadaljnje povečanje ne zahteva nadaljnjih prizadevanj pri iskanju optimalne nastavitve. Za popolno komercialno proizvodnjo, zanesljiv TEŽKI ULTRAZVOČNI APARATI Z do 16.000 vatov na enoto omogočajo ultrazvočno obdelavo zelo velikih volumnih tokov.

Ultrazvočno podprta ekstrakcija za vinski hrast

V fazi hrastanja pride vino v stik z lesom sodov (tradicionalno hrastovanje) ali z dodanimi lesnimi sekanci, lesnimi palicami ali hrastovim prahom (alternativno hrastovanje). Najpogostejši les za hrast (aroma) je – glede na izraz postopka – hrast (quercus). Druge vrste lesa, ki se redkeje uporabljajo, so npr. kostanj, bor, sekvoja, češnja ali akacija. Kemijske lastnosti lesa se uporabljajo za doseganje globokih učinkov na okus in cvetico vina. Fenoli, ki jih vsebuje hrast, vplivajo na okuse vina, ki proizvajajo vino, kot so vanilija, karamela, smetana, začimbe ali zemeljski okusi. Zelo pomemben učinek imajo ellagitanini (hidrolizirani tanin), ki izhajajo iz ligninskih struktur v lesu, saj ščitijo vino pred oksidacijo in redukcijo.
Ultrazvočna ekstrakcija je uporabna za fazo vinskega hrasta zaradi dejstva, da se bo prodiranje tekočine v leseno strukturo prahu, sekancev, palic ali palic povečalo z visokotlačnimi in nizkotlačnimi cikli, ki jih ustvarja ultrazvok. Ker se bo s tem prenos mase opazno povečal, to pomeni krajše obdobje hrasta in višje rezultate glede okusa. Če se v vino nanesejo hrastov prah ali destilati z aromo lesa (alternativni hrast), ultrazvočne sile zagotavljajo zelo fino disperzijo delcev ali kapljic v vino, da se izboljša površinsko vlaženje in izpostavljenost. To je zelo pomembno za doseganje visokega okusa in občutka v ustih ter prispeva h kakovosti alkoholne pijače. Dejstvo, da sodi in staranje predstavljata podaljšan časovni in stroškovni dejavnik pri vinifikaciji, naredi ultrazvok izjemno zanimivo metodo obdelave, saj Hielscher ultrazvočne naprave prepričajo z nizkimi stroški naložb, enostavno izvedbo in izjemnim energetska učinkovitost.

Ultrazvočno podprta deaglomeracija med staranjem vina

Med tradicionalnim časovno intenzivnim procesom staranja vina v vinu pride do reakcij različnih molekul. To pomeni, da se molekule spreminjajo v skladu z medsebojno interakcijo. Čas in rezultat te molekularne spremembe sta odvisna od sestavin vina in njegovega okolja. Običajno je odobreno, da se alkohol razprši v alkoholnih pijačah, vendar to ne pomeni, da bo doseženo mešanje molekul. Kot v vinu je naravno le nizka energija za reakcije – Ker je na voljo povezovanje in mešanje, bo stopnja naravnih sprememb večinoma nedokončana. Medtem ko sestavine ponavadi medsebojno delujejo, se vežejo in spreminjajo molekularne lastnosti, ne morejo uresničiti absolutne interakcije, pretvorbe ali vezave na molekularni ravni zaradi nizke prisotnosti energije.
Ker je vino sonikirano (kar pomeni vnos energije v tekočino), sestavine ponujajo bolj dosledno in enakomerno stopnjo disperzije. Z ultrazvočnim razbijanjem vino postane homogena tekočina s podaljšanim rokom uporabnosti v zelo kratkem času obdelave. Homogenost omogoča večjo interakcijo med molekulami in s tem popolnejšo molekularno spremembo. To pomeni izboljšanje okusa in kakovosti.

Disperzija: Večina vin je pred stekleničenjem obdelana z dodatki, kot so konzervansi (npr. kalijev bisulfat, natrijev bisulfat), čistila, barvila v prahu in nadaljnja sredstva za čiščenje in izboljšava. Ti dodatki se uporabljajo za preprečevanje prezgodnjega porjavljanja in kvarjenja, za izboljšanje kakovosti vina, za odpravo pomanjkljivosti ali za podporo procesu fermentacije. Z ultrasonication se lahko ti dodatki zelo dosledno razpršijo v vino, tako da se dosežejo višji rezultati predelave. To končno vodi do višje kakovosti in boljšega okusa – truda vsakega vinarja.

Ultrazvočna ekstrakcija aktivnih spojin

Vino ima široko paleto zdravju koristnih aktivnih spojin, kot so tanini, fenoli, flavonoidi in druge, ki so dragocene sestavine, ki se uporabljajo 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 grozdja!

Excursus

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

Industrijski ultrazvočni aparati s pretočnimi reaktorji za ultrazvočno razbijanje vina in sok.

Hielscherjevi ultrazvočni procesorji

Hielscher je vodilni dobavitelj visoko kakovostnih in visoko zmogljivih ultrazvočnih naprav. Ultrazvočne naprave, ki jih izdeluje Hielscher, se uporabljajo za laboratorijske vzorce, pilotno obdelavo ali proizvodnjo v polnem obsegu v različnih dosegih industrije in raziskav. Za popolno delovanje in prilagoditev vsakemu procesu Hielscher ponuja široko paleto ultrazvočnih naprav za ultrazvočno razbijanje kateregakoli volumna tekočine, od nekaj mikrolitrov do več sto kubičnih metrov na uro. Ultrazvočne naprave je mogoče enostavno preizkusiti za učinkovitost procesa v manjšem obsegu. Običajno je UIP1000hd (1kW) se uporablja za razvoj procesa za pretok od 0,5 l do 1000 l na uro. V tej lestvici 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 enostavni in brez težav.

Ultrazvok v tekočinah

Ultrazvok visoke moči ustvarja Kavitacija v tekočine. Med implozijo kavitacijskih mehurčkov se lokalno pojavijo izredno visoke sile: v kavitacijski "vroči točki" se dosežejo zelo visoke temperature (približno 5.000 K) in tlaki (približno 2.000 atm). Implozija kavitacijskega mehurčka povzroči tudi tekoče curke s hitrostjo do 280 m / s. Ko te intenzivne sile gredo v tekočino, povzročajo različne učinke. V alkoholni tekočini ultrazvok povzroči pospeševanje oksidacije, polimerizacije in kondenzacije alkohola, aldehidov, estrov in olefinov, da se ustvarijo nove spojine, ki ustvarjajo več in boljši okus in šopek.
Kot najbolj zanimive ultrazvočne aplikacije za pridelavo vina (vinifikacija), zlasti ultrazvočno podprte Ekstrakcija, aglomeracije in disperzija je treba poimenovati. Zaradi teh vplivov je ultrazvočna razbijanje tako učinkovita metoda predelave vina in drugih pijač.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: