Ekstraktimi i vaniljes me ultratinguj – Një metodë jotermike
- Ekstrakti i vaniljes është një tretësirë aromatizuese që nxirret nga bishtajat e vaniljes në një tretësirë etanoli dhe uji.
- Për të prodhuar vanilinë me cilësi të lartë si përbërës të aromës, shijes dhe parfumit, nevojitet një teknikë ekstraktimi efikase, por e butë, për të parandaluar shpërbërjen.
- Ekstraktimi me ultratinguj është një metodë e butë mekanike ekstraktimi, e cila jep rendimente të larta vaniline në një kohë shumë të shkurtër ekstraktimi.
Ultratinguj me performancë të lartë për ekstrakte vaniline me cilësi të lartë
Duke qenë erëza e dytë më e shtrenjtë pas shafranit, prodhimi i vaniljes kërkon një metodë efikase ekstraktimi, e cila parandalon degradimin e vajrave esencialë të çmuar. Ekstraktimi me ultratinguj është i mirënjohur dhe i konsoliduar si një metodë e butë, jotermike, por shumë efikase për çlirimin e përbërjeve bioaktive nga materiali bimor. Ekstraktimi me ultratinguj bazohet në fenomenin e kavitacionit akustik, i cili është një trajtim tërësisht mekanik. Kjo e bën sonikimin metodën e parapëlqyer për izolimin nga materialet bimore të përbërjeve bioaktive të ndjeshme, si përbërjet aromatizuese dhe vajrat esencialë, p.sh. vanilina, polifenolet ose antioksidantët.
Përparësitë e ekstraktimit të vaniljes me ultratinguj
- Rendiment superior
- Ekstraktim me shpejtësi të lartë – brenda pak minutash
- Ekstrakte me cilësi të lartë – trajtim i butë, jotermik
- Tretës ekologjikë (p.sh. ujë/etanol)
- Me kosto efektive
- Përdorim i lehtë dhe i sigurt
- Kosto të ulëta investimi dhe operimi
- Funksionim 24/7 në kushte pune të rëndë
- Metodë ekologjike, miqësore me mjedisin
Ekstraktimi i vaniljes me ultratinguj – në regjim me lote ose me rrjedhje të vazhdueshme
Me lote: Proceset e ekstraktimit me ultratinguj mund të kryhen si procese të thjeshta me lote ose si trajtim në linjë, ku mjedisi ushqehet vazhdimisht përmes një reaktori me ultratinguj me rrjedhje kaluese.
Përpunimi me lote është një procedurë e lehtë, ku ekstraktimi kryhet lot pas loti. Hielscher Ultrasonics ofron procesorë me ultratinguj për lote të vogla deri të mëdha, pra nga 1L deri në 120L.
Për përpunimin e loteve nga 5 deri në 10L, rekomandojmë UP400ST (400W, videoja më poshtë) me sonotrodën S24d22L2D.
Për përpunimin e loteve prej afërsisht 120L, rekomandojmë UIP2000hdT (2kW, figura në krye të kolonës së djathtë) me sonotrodën RS4d40L4.
Sonikatori UIP2000hdT për ekstraktimin e materialeve bimore në një lot prej 120L
Ekstraktimi i materialeve bimore me ultratinguj me sonikatorin UP400St
Për një vëllim prej afërsisht 8L/min., rekomandojmë UIP4000hdT (4kW, figura djathtas) me sonotrodën RS4d40L3 dhe qelizën e rrjedhjes FC130L4-3G0 që mund të vihet nën presion
Studim rasti për ekstraktimin e vaniljes me ultratinguj
Jadhav et al. (2009) krahasuan ekstraktimin e asistuar nga ultratingujt (UAE) dhe ekstraktimin Soxhlet. Hulumtimi konfirmoi se ekstraktimi me ultratinguj e intensifikon ndjeshëm çlirimin e vanilinës krahasuar me ekstraktimin Soxhlet. Trajtimi Soxhlet kërkoi një temperaturë pune prej 95°C, një raport tretës:lëndë e tretur prej 66,67ml/g dhe një kohë ekstraktimi prej 8hrs, duke rezultuar në çlirimin e afërsisht 180ppm vanilinë. Ekstraktimi i asistuar nga ultratingujt (UAE) kërkoi vetëm 1hr për të çliruar afërsisht 140ppm vanilinë, duke përdorur të njëjtin raport tretës:lëndë e tretur në temperaturën e dhomës.
Rasoamandrary et al. (2013) krahasuan efikasitetin e ekstraktimit të vanilinës duke përdorur një sonikator të tipit sondë 100W (p.sh. UP100H), një banjë ultrasonike dhe një banjë me ujë të nxehtë. Studiuesit arritën në përfundimin se ultrasonikatori me sondë është një mjet i fuqishëm ekstraktimi për shkak të ultratingujve me intensitet të lartë që prodhon. Prandaj, ultrasonikatori me sondë i tejkaloi metodat alternative të ekstraktimit, duke dhënë rendimente të ngjashme/ose më të larta të vanilinës së ekstraktuar në një kohë ekstraktimi dukshëm më të shkurtër dhe me konsum më të ulët të tretësit (d.m.th. etanolit).
Krahasimi i tri metodave të ekstraktimit – me sondë ultrasonike, me banjë ultrasonike dhe me banjë me ujë të nxehtë – tregoi se ekstraktimi i vanilinës ishte më efikas gjatë sonikimit me sondë duke përdorur etanol 40% (v/v) në temperaturë ambienti prej 30°C dhe me kohë ekstraktimi prej 1hr. Ekstraktimi me banjë uji kërkonte një përqendrim etanoli prej 50% (v/v) në 56°C për 15hrs.
UIP4000hdT – Ekstraktues ultrasonik 4kW për trajtim të vazhdueshëm në linjë.
Pajisje ultrasonike për ekstraktim me performancë të lartë
Hielscher Ultrasonics është e specializuar në prodhimin e procesorëve ultrasonikë me performancë të lartë për prodhimin e ekstrakteve bimore me cilësi të lartë.
Gama e gjerë e produkteve të Hielscher shtrihet nga ultrasonikatorët laboratorikë të vegjël e të fuqishëm deri te sistemet e qëndrueshme për tavolina pune dhe sistemet plotësisht industriale, të cilat japin ultratinguj me intensitet të lartë për ekstraktimin dhe izolimin efikas të substancave bioaktive (p.sh. kuercetinës, kafeinës, kurkuminës, terpeneve etj.). Të gjitha pajisjet ultrasonike nga 200W deri në 16 000W kanë një ekran me ngjyra për kontroll digjital, një kartë SD të integruar për regjistrimin automatik të të dhënave, kontroll në distancë përmes shfletuesit dhe shumë funksione të tjera të lehta për përdoruesin. Sonotrodat dhe qelizat e rrjedhjes (pjesët që janë në kontakt me mjedisin) mund të sterilizohen në autoklavë dhe pastrohen lehtë. Të gjithë ultrasonikatorët tanë janë ndërtuar për funksionim 24/7, kërkojnë pak mirëmbajtje dhe janë të lehtë e të sigurt për t’u përdorur.
Një ekran digjital me ngjyra mundëson kontroll të lehtë të ultrasonikatorit nga përdoruesi. Sistemet tona janë në gjendje të japin amplituda nga të ulëta deri në shumë të larta. Për ekstraktimin e polifenoleve dhe përbërjeve të tjera bioaktive si vanilina, ne ofrojmë sonotroda të posaçme ultrasonike (të njohura edhe si sonda ose brirë ultrasonikë), të optimizuara për izolimin delikat të substancave aktive me cilësi të lartë. Qëndrueshmëria e pajisjeve ultrasonike të Hielscher mundëson funksionim 24/7 nën ngarkesë të rëndë dhe në mjedise me kërkesa të larta.
Kontrolli i saktë i parametrave të procesit ultrasonik siguron riprodhueshmërinë dhe standardizimin e procesit.
Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikatorëve tanë:
| Vëllimi i serisë | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri në 500mL | 10 deri në 200mL/min | UP100H |
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | më e madhe | grup pajisjesh UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Procesorë ultrasonikë me fuqi të lartë, nga shkalla laboratorike deri te shkalla pilot dhe industriale.
Literatura/Referencat
- Velez Suaza, Catalina (2016): Optimizimi i një qasjeje analitike të bazuar në kromatografinë e lëngët me performancë të lartë për karakterizimin e një ekstrakti natyral të vaniljes. Tezë, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Ekstraktimi i vanilinës nga bishtajat e vaniljes: Një studim krahasues i ekstraktimit konvencional Soxhlet dhe ekstraktimit të asistuar me ultratinguj. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Ekstraktimi i përmirësuar i vanilinës 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehid nga bishtajat e vaniljes të stazhionuara duke përdorur ekstraktimin e asistuar me ultratinguj: Një krahasim i ekstraktimit të asistuar me ultratinguj dhe ekstraktimit me banjë me ujë të nxehtë.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Teknologjia e ultratingujve për ekstraktimin e molekulave biologjikisht aktive nga burime bimore, shtazore dhe detare. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Vëllimi 122, 2020.
Fakte që ia vlen të dini
Parimi i funksionimit të ekstraktimit ultrasonik
Zbatimi i valëve ultrasonike intensive në një mjedis të lëngshëm shkakton kavitacion. Dukuria e kavitacionit shkakton lokalisht temperatura, presione dhe shpejtësi ngrohjeje/ftohjeje ekstreme, diferenca presioni dhe forca të larta prerëse në mjedis. Kur flluskat e kavitacionit shemben në sipërfaqen e trupave të ngurtë (si grimcat, qelizat bimore, indet etj.), mikrorrymat dhe përplasjet ndërmjet grimcave krijojnë efekte si zhveshja e sipërfaqes, erozioni dhe copëtimi i grimcave. Gjithashtu, shembja e flluskave të kavitacionit në mjedise të lëngshme krijon makroturbulenca dhe mikropërzierje.
Fig. 1: Formimi i flluskave të qëndrueshme dhe kalimtare të kavitacionit.
(a) zhvendosja, (b) kavitacioni kalimtar, (c) kavitacioni i qëndrueshëm, (d) presioni
[adapted from Santos et al. 2009]
Rrezatimi ultrasonik i materialit bimor copëton matricën e qelizave bimore dhe përmirëson hidratimin e tyre. Chemat et al (2015) arrijnë në përfundimin se ekstraktimi ultrasonik i përbërjeve bioaktive nga materialet bimore është rezultat i mekanizmave të ndryshëm, të pavarur ose të kombinuar, që përfshijnë fragmentimin, erozionin, kapilaritetin, shpërbërjen e strukturës dhe sonoporacionin. Këto efekte çajnë murin qelizor, përmirësojnë transferimin e masës duke shtyrë tretësin brenda qelizës dhe duke thithur jashtë tretësin e ngarkuar me përbërje bimore, si dhe sigurojnë lëvizjen e lëngut nëpërmjet mikropërzierjes.
Ekstraktimi ultrasonik nga qelizat bimore: prerja tërthore mikroskopike (TS) tregon mekanizmin e veprimeve gjatë ekstraktimit ultrasonik nga qelizat (zmadhimi 2000x) [burimi: Vilkhu et al. 2011]
Ekstraktimi ultrasonik arrin një izolim shumë të shpejtë të përbërjeve – duke tejkaluar metodat konvencionale të ekstraktimit me kohë më të shkurtër përpunimi, rendiment më të lartë dhe temperatura më të ulëta. Si një trajtim mekanik i butë, ekstraktimi i asistuar me ultratinguj shmang degradimin termik të përbërësve bioaktivë dhe jep rezultate më të mira në krahasim me teknika të tjera si ekstraktimi konvencional me tretës, hidrodistilimi, ose Soxhlet si metodë ekstraktimi, të cilat njihen për shkatërrimin e molekulave të ndjeshme ndaj nxehtësisë. Për shkak të këtyre avantazheve, ekstraktimi ultrasonik është teknika e parapëlqyer për çlirimin e përbërjeve bioaktive të ndjeshme ndaj temperaturës nga materialet bimore.
Vanilina
Vanilja është një aromatizues i çmuar, që mund të nxirret nga orkidetë e gjinisë Vanilla, kryesisht nga lloji meksikan, vanilja me gjethe të sheshta (V. planifolia). Përbërjet me shijen unike të orkidesë së vaniljes gjenden në frutin e saj, i cili formohet nga pjalmimi i lules. Këto bishtaja me fara kanë përmasa afërsisht 1/3 x 6 inç dhe, kur piqen, kanë ngjyrë nga e kuqe në kafe deri në të zezë. Brenda këtyre bishtajave gjendet një lëng vajor plot me fara të imëta. Si bishtaja, ashtu edhe farat përdoren për prodhimin e vanilinës.
Megjithëse vanilina është përbërja kryesore që jep shijen në bimën e vaniljes, ekstrakti i pastër i vaniljes përmban disa qindra përbërje të tjera aromatizuese, të cilat kontribuojnë në shijen e saj komplekse dhe të thellë.
Esenca e vaniljes gjendet në dy forma, përkatësisht si esencë e vërtetë vaniline nga bishtaja me fara e vaniljes dhe si vanilinë e sintetizuar industrialisht. Ekstrakti i vërtetë i bishtajës me fara është një përzierje komplekse e disa qindra përbërjeve të ndryshme. Përbërja kimike vanilinë – 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehid – jep kontributin më të madh në shijen dhe aromën karakteristike të vaniljes së vërtetë dhe është përbërësi kryesor aromatizues i bishtajave të kuruara të vaniljes. Përveç vanilinës, shumë përbërje të tjera kimike, si acetaldehidi, acidi acetik, furfurali, acidi heksanoik, 4-hidroksibenzaldehidi, eugenoli, cinamati i metilit dhe acidi izobutirik, kontribuojnë në aromën komplekse të vaniljes.
Kultivarët e vaniljes
Vanilja Bourbon ose vanilja Bourbon-Madagascar prodhohet nga bimët V. planifolia, të cilat rriten në ishuj të Oqeanit Indian si Madagaskari, Komoret dhe Réunion, i quajtur më parë Île Bourbon. Termi “vanilje Bourbon” përshkruan gjithashtu aromën e veçantë të vaniljes që përftohet nga V. planifolia.
Vanilja meksikane, e nxjerrë nga bima vendase V. planifolia, prodhohet në sasi shumë më të vogla. Vanilja meksikane njihet dhe tregtohet si vanilje nga vendi i saj i origjinës, pasi bima V. planifolia është vendase në Mezoamerikë.
Vanilja tahitiane vjen nga Polinezia Franceze dhe prodhohet nga bima V. tahitiensis. Analiza gjenetike tregon se kjo specie mund të jetë një kultivar që rrjedh nga një hibrid i V. planifolia dhe V. odorata.
Vanilja e Indive Perëndimore prodhohet nga V. pompona, e cila kultivohet në Karaibe dhe në Amerikën Qendrore e Jugore.