Соникација вина – иновативне примене ултразвука у винаријама

Ултразвук је нетермичка метода обраде која се већ широко користи у прехрамбеној индустрији због благог третмана, али значајних ефеката на производ. У винаријама соникација има различите примене, као што су екстракција ароматичних материја, фенолних једињења и бојила, сазревање и старење, обогаћивање вина храстовим дрветом, као и дегазација.

Вино је алкохолно пиће које се најчешће прави од грожђа, али и од другог воћа (нпр. вино од јабуке, вино од зове) или сировина на бази скроба (нпр. пиринчано вино, кукурузно вино).
Вино је омиљена роба широке потрошње чија производња захтева сложен поступак. Познато је да је производња квалитетних и висококвалитетних вина дуготрајан, а тиме и скуп посао. Стога је у интересу винара да убрза ферментацију (претварање у алкохол) и сазревање (ради развијања сложених укуса и арома) и да истовремено произведе висококвалитетно алкохолно пиће са жељеним укусом, букетом, осећајем у устима и бојом.

Различити ефекти ултразвука у обради вина

Ултразвук велике снаге примењен на вино има бројне корисне ефекте. Најважније примене обухватају појачавање ароме винског букета екстракцијом компонената богатих укусом и аромом, као што су фенолна и ароматична једињења, обогаћивање вина храстовим дрветом, као и убрзавање сазревања и старења.

Екстракција ароматичних и фенолних једињења из грожђа

Ултразвук је добро познато и проверено средство за екстракцију унутарћелијског биљног материјала и ароматичних једињења. Механичко дејство ултразвука подстиче дифузију растварача у ткиво. Пошто ултразвук механички разара ћелијски зид силама смицања насталим услед кавитације, олакшава пренос из ћелије у растварач. Смањење величине честица ултразвучном кавитацијом повећава површину контакта између чврсте и течне фазе.
Грожђе је познато и тражено због богатства полифенолима. Ова фенолна једињења грожђа (као што су мономерни флаваноли, димерни, тримерни и полимерни процијанидини, као и фенолне киселине) позната су по својим антирадикалским и антиоксидативним својствима. Хемијски се могу поделити у две поткатегорије: флавоноиде и нефлавоноиде. Најважнији флавоноиди у вину су антоцијани и танини, који доприносе боји, укусу и осећају у устима. Међу нефлавоноидима су стилбени, као што је ресвератрол, и кисела једињења, као што су бензоева, кафена и циметна киселина. Највећи део свих ових фенолних једињења налази се у покожици и семенкама грожђа. Интензивне ултразвучне силе могу ефикасно да екстрахују вредне састојке из семенки и покожице грожђа.
У студији Cocito et al. (1995), ултразвучни третман се показао као брз, поновљив и линеаран поступак за екстракцију ароматичних једињења из шире и вина. Добијене концентрације једињења при ултразвучној екстракцији биле су више од оних добијених екстракцијом на колони C18 (екстракцијом помоћу смоле).
Сумирајући предности ултразвучне екстракције, ултразвук је јефтина, једноставна и ефикасна алтернатива конвенционалним нетермичким методама екстракције, као што су висок хидростатички притисак (HP), компримовани угљен-диоксид (cCO2), суперкритични угљен-диоксид (ScCO2) и импулси јаког електричног поља (HELP). Додатна предност је чињеница да се ултразвучна екстракција – за разлику од наведених алтернатива – лако може испитати у лабораторијском или стоном обиму. Ови огледи дају поновљиве резултате, тако да накнадно повећање обима не захтева додатне напоре за проналажење оптималних подешавања. За комерцијалну производњу у пуном обиму, поуздани ултразвучни уређаји за тешке радне услове са до 16.000 вати по уређају омогућавају соникацију токова веома великог запреминског протока.

Екстракција потпомогнута ултразвуком за обогаћивање вина храстовим дрветом

Током фазе одлежавања уз контакт са храстовином, вино долази у контакт са дрветом буради (традиционално одлежавање уз храстовину) или са додатим дрвеним иверјем, дрвеним штапићима/дугама или храстовим прахом (алтернативно одлежавање уз храстовину). Најчешће коришћено дрво за овај поступак (ароматизацију) јесте – у складу са називом поступка – храст (quercus). Друге врсте дрвета, које се ређе користе, јесу, на пример, кестен, бор, секвоја, трешња или багрем. Хемијска својства дрвета користе се за постизање снажних ефеката на укус и буке вина. Феноли садржани у храстовини ступају у интеракцију са вином, стварајући ноте попут ваниле, карамеле, павлаке, зачина или земљаних нота. Веома важан ефекат имају елагитанини (танин подложан хидролизи), који потичу од лигнинских структура у дрвету, јер штите вино од оксидације и редукције.
Ултразвучна екстракција је корисна у фази одлежавања вина уз храстовину јер циклуси високог и ниског притиска које ствара ултразвук појачавају продирање течности у дрвену структуру праха, иверја, штапића или дуга. Пошто се тиме знатно повећава пренос масе, скраћује се период одлежавања уз храстовину и постижу се бољи резултати у погледу укуса. Ако се вину додају храстов прах или дестилати са аромом дрвета (алтернативно одлежавање уз храстовину), ултразвучне силе обезбеђују веома фино дисперговање честица или капљица у вину како би се побољшали квашење површине и њена изложеност вину. То је веома важно за постизање високог квалитета укуса и осећаја у устима и доприноси квалитету алкохолног пића. Чињеница да држање у бурадима и старење захтевају много времена и велике трошкове у производњи вина чини ултразвук изузетно занимљивом методом обраде, јер се ултразвучни уређаји Hielscher одликују ниским инвестиционим трошковима, једноставним увођењем у процес и изузетном енергетском ефикасношћу.

Деагломерација потпомогнута ултразвуком током старења вина

Током традиционалног процеса старења вина, који захтева много времена, у вину се одвијају реакције различитих молекула. То значи да се молекули мењају у складу са међусобним интеракцијама. Време потребно за ову молекулску промену и њен резултат зависе од састојака вина и његовог окружења. Уопштено је прихваћено да је алкохол диспергован у алкохолним пићима, али то не значи да ће доћи до мешања молекула. Пошто је у вину природно доступна само мала количина енергије за реакције – као што су везивање и мешање – природне промене ће углавном остати непотпуне. Иако састојци теже да међусобно реагују, везују се и мењају молекулска својства, због мале количине присутне енергије не могу остварити потпуну интеракцију, конверзију или везивање на молекулском нивоу.
Када се вино подвргне ултразвучном третману (што подразумева уношење енергије у течност), састојци постижу уједначенији и равномернији степен диспергованости. Ултразвучним третманом вино за веома кратко време обраде постаје хомогена течност са продуженим роком трајања. Хомогеност омогућава интензивнију интеракцију између молекула, а тиме и потпунију молекулску промену. То значи побољшање укуса и квалитета.

Дисперговање: Пре флаширања, већина вина третира се адитивима, као што су конзерванси (нпр. калијум-бисулфат, натријум-бисулфат), средства за чишћење, боје у праху и друга средства за бистрење и побољшање својстава вина. Ови адитиви се користе за спречавање превременог посмеђивања и кварења, побољшање квалитета вина, отклањање недостатака или подршку процесу ферментације. Ултразвучним третманом ови адитиви могу се веома равномерно дисперговати у вину, тако да се постижу бољи резултати обраде. То на крају доводи до вишег квалитета и бољег укуса – чему тежи сваки винар.

Ултразвучна екстракција активних једињења

Вино садржи широк спектар активних једињења корисних за здравље, као што су танини, фенолна једињења, флавоноиди и друга једињења, која су вредни састојци у фармацеутској, прехрамбеној и козметичкој индустрији.
Прочитајте више о екстракцији фитохемикалија као што су полифеноли, антоцијанидини, проантоцијанидин и друга биоактивна једињења из грожђа и нуспроизвода прераде грожђа!

Осврт

Старење пиринчаног и кукурузног вина: Chang и сарадници (2002) утврдили су у својој студији о пиринчаном и кукурузном вину да ефекти соникације на старење вина зависе од врсте вина. Тако је ултразвучно старење пиринчаног вина, у погледу pH вредности, садржаја алкохола, ацеталдехида, ароме и сензорних својстава, било знатно боље од ултразвучно потпомогнутог старења кукурузног вина. Код обе врсте вина, и пиринчаног и кукурузног, време старења је знатно скраћено (са 1 године на 1 недељу или 3 дана).

Индустријски ултразвучни уређаји са проточним реакторима за соникацију вина и сока.

Ултразвучни процесори компаније Hielscher

Hielscher је водећи добављач ултразвучних уређаја високог квалитета и високих перформанси. Ултразвучни уређаји компаније Hielscher користе се за лабораторијске узорке, обраду у пилот-размерама или производњу у пуном обиму у бројним областима индустрије и истраживања. За савршене перформансе и прилагођавање сваком процесу, Hielscher нуди широк спектар ултразвучних уређаја за соникацију било које запремине течности, од неколико микролитара до више стотина кубних метара на сат. Ефикасност ултразвучних уређаја у датом процесу може се лако испитати у мањим размерама. Обично се UIP1000hd (1kW) користи за развој процеса при протоцима од 0,5L до 1000L на сат. У овим размерама, ефикасност обраде може се оптимизовати променом амплитуде, притиска и протока. Уградња ултразвучног система у производну линију или његова накнадна уградња, као и руковање и одржавање, једноставни су и не представљају тешкоћу.

Ултразвук у течностима

Ултразвук велике снаге ствара кавитацију у течностима. Током имплозије кавитационих мехурића локално се јављају изузетно велике силе: у кавитационој „врућој тачки“ достижу се веома високе температуре (приближно 5.000K) и притисци (приближно 2.000atm). Имплозија кавитационог мехурића такође ствара млазеве течности брзине до 280m/s. Када ове интензивне силе делују у течности, изазивају различите ефекте. У алкохолној течности соникација убрзава оксидацију, полимеризацију и кондензацију алкохола, алдехида, естара и олефина, при чему настају нова једињења која дају израженију и бољу арому и буке.
Међу најзанимљивијим применама ултразвука у производњи вина (винификацији) посебно треба навести ултразвучно потпомогнуте поступке екстракције, агломерације и дисперговања . Ови ефекти чине соникацију тако ефикасном методом обраде вина и других напитака.
Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: