Ultrazvočna ekstrakcija vanilije – Netoplotna metoda
- Vanilijev ekstrakt je aromatična raztopina, ekstrahirana iz vanilijevih strok v raztopini etanola in vode.
- Za proizvodnjo visokokakovostnega vanilina kot sestavine arome, okusa in dišave je potrebna učinkovita, a blaga tehnika ekstrakcije, da se prepreči razgradnja.
- Ultrazvočna ekstrakcija je blaga mehanska metoda ekstrakcije, ki daje visoke donose vanilina v zelo kratkem času ekstrakcije.
Visoko zmogljiva ultrazvoka za visokokakovostne vanilinske izvlečke
Kot druga najdražja začimba za žafranom, proizvodnja vanilije zahteva učinkovito metodo ekstrakcije, ki preprečuje razgradnjo dragocenih eteričnih olj. Ultrazvočna ekstrakcija je dobro znana in uveljavljena kot blaga, netoplotna, vendar zelo učinkovita metoda za sproščanje bioaktivnih spojin iz rastlinskega materiala. Ultrazvočna ekstrakcija temelji na pojavu akustične kavitacije, ki je čisto mehanska obdelava. Zaradi tega je ultrazvočna razbijanje najprimernejša metoda za izolacijo občutljivih bioaktivnih spojin, kot so aromatične spojine in eterična olja, npr. vanilin, polifenoli ali antioksidanti iz rastlin.
Prednosti ultrazvočne ekstrakcije vanilije
- Vrhunski donos
- Hitra ekstrakcija – v nekaj minutah
- Visokokakovostni izvlečki – Blaga, netoplotna
- Zelena topila (npr. voda/etanol)
- Gospodarne
- Enostavno in varno upravljanje
- Nizki investicijski in operativni stroški
- 24/7 delovanje v težkih tovornih vozilih
- Zelena, okolju prijazna metoda
Ultrazvočna ekstrakcija vanilije – v paketnem ali neprekinjenem načinu pretoka
Serije: Ultrazvočni procesi ekstrakcije se lahko izvajajo kot preprosti šaržni procesi ali kot inline obdelava, kjer se medij neprekinjeno dovaja skozi ultrazvočni pretočni reaktor.
Serijska obdelava je enostaven postopek, pri katerem se ekstrakcija izvaja veliko za serijo. Hielscher Ultrasonics ponuja ultrazvočne procesorje za majhne do velike serije, tj. 1L do 120L.
Za obdelavo serij od 5 do 10 l priporočamo UP400St (400W, video spodaj) s sonotrode S24d22L2D.
Za obdelavo serij po približno 120 l priporočamo UIP2000hdT (2kW, slika desni stolpec zgoraj) s sonotrode RS4d40L4.

Sonicator UIP2000hdT za botanično ekstrakcijo v seriji 120L

Ultrazvočna ekstrakcija rastlin z ultrazvočnim UP400St
Za prostornino približno 8 l/min. priporočamo UIP4000hdT (4kW, slika desno) s sonotrode RS4d40L3 in pretočno celico pod tlakom FC130L4-3G0
Študija primera ultrazvočne ekstrakcije vanilije
(2009) primerjali ultrazvočno podprto ekstrakcijo (ZAE) in Soxhletovo ekstrakcijo. Raziskava je potrdila, da ultrazvočna ekstrakcija znatno poveča sproščanje vanilina v primerjavi s Soxhletovo ekstrakcijo. Soxhletova obdelava je zahtevala delovno temperaturo 95 ° C, razmerje topila in topila 66,67 ml / g in čas ekstrakcije 8 ur je povzročil sproščanje približno 180 ppm vanilina. Ultrazvočno podprta ekstrakcija (ZAE) je zahtevala le 1 uro, da se sprosti približno 140 ppm vanilina z uporabo istega razmerja topila in topila pri sobni temperaturi.
(2013) primerjali učinkovitost ekstrakcije vanilina z uporabo 100W ultrazvočnega sonde (npr. UP100H), ultrazvočno kopel in vročo vodno kopel. Raziskovalci so ugotovili, da je ultrazvočni aparat tipa sonde močno orodje za ekstrakcijo zaradi visoke intenzivnosti ultrazvočnega. Zato je ultrazvočni aparat s sondo presegel alternativne metode ekstrakcije, saj je dal podobne/ali višje izkoristke vanilina, ekstrahiranega v bistveno krajšem času ekstrakcije in manjši porabi topila (tj. Etanola).
Primerjava treh metod ekstrakcije – ultrazvočna sonda, ultrazvočna kopel, ekstrakcija vroče vodne kopeli – pokazali, da je ekstrakcija vanilina najučinkovitejša za sondno ultrazvočno razbijanje z uporabo 40% etanola (v / v) pri temperaturi okolice 30 ° C in času ekstrakcije 1 uro. Ekstrakcija vodne kopeli je zahtevala 50% koncentracijo etanola (v / v) pri 56 ° C za 15 ur.

UIP4000hdT – 4kW ultrazvočni ekstraktor za neprekinjeno inline obdelavo.
Ultrazvočna oprema za visoko zmogljivo ekstrakcijo
Hielscher Ultrasonics je specializiran za proizvodnjo visoko zmogljivih ultrazvočnih procesorjev za proizvodnjo visokokakovostnih izvlečkov iz rastlin.
Hielscherjev širok portfelj izdelkov sega od majhnih, zmogljivih laboratorijskih ultrazvočnih aparatov do robustnih namiznih in popolnoma industrijskih sistemov, ki zagotavljajo ultrazvok visoke intenzivnosti za učinkovito ekstrakcijo in izolacijo bioaktivnih snovi (npr. Kvercetin, kofein, Kurkumin, terpeni itd.). Vse ultrazvočne naprave iz 200W k 16.000W imajo barvni zaslon za digitalno upravljanje, integrirano kartico SD za samodejno beleženje podatkov, daljinski upravljalnik brskalnika in številne druge uporabniku prijazne funkcije. Sonotrode in pretočne celice (deli, ki so v stiku z medijem) se lahko avtoklavirajo in se enostavno čistijo. Vsi naši ultrazvočni aparati so izdelani za delovanje 24/7, zahtevajo malo vzdrževanja in so enostavni in varni za uporabo.
Digitalni barvni zaslon omogoča uporabniku prijazen nadzor ultrazvočnega aparata. Naši sistemi so sposobni zagotavljati od nizkih do zelo visokih amplitud. Za ekstrakcijo polifenolov in drugih bioaktivnih spojin, kot je vanilin, ponujamo posebne ultrazvočne sonotrode (znane tudi kot ultrazvočne sonde ali rogovi), ki so optimizirane za smiselno izolacijo visokokakovostnih aktivnih snovi. Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Natančna kontrola ultrazvočnih procesnih parametrov zagotavlja ponovljivost in standardizacijo procesa.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
---|---|---|
1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Literatura/Reference
- Velez Suaza, Catalina (2016): Optimizacija analitičnega pristopa, ki temelji na tekočinski kromatografiji visoke ločljivosti za karakterizacijo naravnega ekstrakta vanilije. Diplomsko delo, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Ekstrakcija vanilina iz vanilijevih strok: primerjalna študija konvencionalne ekstrakcije s pomočjo soxhlet in ultrazvoka. Revija za živilsko inženirstvo 93, 2009: 421–426.
- (2013): Izboljšana ekstrakcija vanilinskega 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehida iz sušenih vanilijevih zrn z uporabo ultrazvočne ekstrakcije: primerjava ekstrakcije z ultrazvokom in vroče vode.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ultrazvočna tehnologija za ekstrakcijo biološko aktivnih molekul iz rastlinskih, živalskih in morskih virov. Trendi TrAC v analitični kemiji, letnik 122, 2020.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Načelo delovanja ultrazvočne ekstrakcije
Uporaba intenzivnih ultrazvočnih valov na tekočem mediju povzroči kavitacijo. Pojav kavitacije lokalno vodi do ekstremnih temperatur, tlakov, hitrosti ogrevanja / hlajenja, razlik v tlaku in visokih strižnih sil v mediju. Ko kavitacijski mehurčki implodirajo na površini trdnih snovi (kot so delci, rastlinske celice, tkiva itd.), mikro-curki in interpartikularni trki ustvarjajo učinke, kot so luščenje površine, erozija in razgradnja delcev. Poleg tega implozija kavitacijskih mehurčkov v tekočih medijih ustvarja makroturbulence in mikro-mešanje.

Slika 1: Ustvarjanje stabilnih in prehodnih kavitacijskih mehurčkov.
(a) premik, (b) prehodna kavitacija, (c) stabilna kavitacija, (d) tlak
[prilagojeno po Santos et al. 2009]
Ultrazvočna iraditacija rastlinskega materiala fragmentira matrico rastlinskih celic in poveča njihovo hidracijo. Chemat et al (2015) ugotavljajo, da je ultrazvočna ekstrakcija bioaktivnih spojin iz rastlin posledica različnih neodvisnih ali kombiniranih mehanizmov, vključno z fragmentacijo, erozijo, kapilarnostjo, deteksturacijo in sonoporacijo. Ti učinki motijo celično steno, izboljšajo prenos mase s potiskanjem topila v celico in sesanjem topila s fitospojino ter zagotavljajo gibanje tekočine z mikromešanjem.

Ultrazvočna ekstrakcija iz rastlinskih celic: mikroskopski prečni prerez (TS) prikazuje mehanizem delovanja med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x) [vir: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvočna ekstrakcija doseže zelo hitro izolacijo spojin - presega konvencionalne metode ekstrakcije v krajšem času procesa, večjem donosu in pri nižjih temperaturah. Kot blaga mehanska obdelava ultrazvočno podprta ekstrakcija preprečuje toplotno razgradnjo bioaktivnih sestavin in se odlikuje v primerjavi z drugimi tehnikami, kot je konvencionalna ekstrakcija s topilom, hidrodestilacijaali Soxhlet ekstrakcija, za katero je znano, da uničuje toplotno občutljive molekule. Zaradi teh prednosti je ultrazvočna ekstrakcija najprimernejša tehnika za sproščanje temperaturno občutljivih bioaktivnih spojin iz rastlin.
Vanilina
Vanilija je cenjen okus, ki ga lahko ekstrahiramo iz orhidej rodu Vanilla, predvsem iz mehiške vrste, ploščate listnate vanilije (V. planifolia). V njenem sadju najdemo edinstveno aromatizirane spojine vanilijeve orhideje, ki je posledica opraševanja cvetja. Ti semenski stroki so približno 1/3 x 6 palcev, z rjavkasto rdečo do črno barvo, ko so zreli. V notranjosti teh strok je oljnata tekočina, polna drobnih semen. Tako strok kot semena se uporabljata za proizvodnjo vanilina.
Čeprav je vanilin primarna aromatična spojina v rastlini vanilije, čisti ekstrakt vanilije vsebuje več sto dodatnih aromatičnih spojin, ki prispevajo k njegovemu kompleksnemu, globokemu okusu.
Vanilijevo esenca se pojavlja v dveh oblikah, in sicer v pravi vanilijevi esenci iz vanilijevega semena in industrijsko sintetiziranem vanilinu. Pravi izvleček semena je kompleksna mešanica več sto različnih spojin. Kemična spojina vanilin – 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehid – je glavni prispevek k značilnemu okusu in aromi prave vanilije in je glavna sestavina okusa sušenih vanilijevih zrn. Poleg vanilina lahko k kompleksni aromi vanilije prispevajo tudi druge kemične spojine, kot so acetaldehid, ocetna kislina, furfural, heksanojska kislina, 4-hidroksibenzaldehid, evgenol, metil cinamat in izobumazlena kislina.
Sorte vanilije
Bourbon vanilija ali Bourbon-Madagaskar vanilija se proizvaja iz rastlin V. planifolia, ki rastejo na otokih Indijskega oceana, kot so Madagaskar, Komori in Réunion, prej imenovani Île Bourbon. Izraz “Bourbon vanilija” opisuje tudi značilno aromo vanilije, ki izhaja iz V. planifolia.
Mehiška vanilija, pridobljena iz domače V. planifolia, se proizvaja v veliko manjših količinah. Mehiška vanilija je znana in se trži kot vanilija iz dežele njenega izvora, saj je rastlina V. planifolia avtohtona v Mezoameriki.
Tahitska vanilija prihaja iz Francoske Polinezije, proizvedena iz rastline V. tahitiensis. Genetska analiza kaže, da je ta vrsta verjetno sorta iz hibrida V. planifolia in V. odorata.
Zahodnoindijska vanilija je narejena iz V. pompona, ki se goji na Karibih ter v Srednji in Južni Ameriki.