Ултразвучна екстракција ваниле – Нетермичка метода
- Екстракт ваниле је раствор укуса екстрахован из махуна ваниле у раствору етанола и воде.
- Да би се произвео висококвалитетни ванилин као компонента ароме, укуса и мириса, потребна је ефикасна, али блага техника екстракције како би се спречило распадање.
- Ултразвучна екстракција је блага механичка метода екстракције, која даје високе приносе ванилина за врло кратко време екстракције.
Ултразвук високих перформанси за висококвалитетне екстракте ванилина
Као други најскупљи зачин после шафрана, производња ваниле захтева ефикасан метод екстракције, који спречава разградњу вредних етеричних уља. Ултразвучна екстракција је добро позната и успостављена као блага, нетермална, али веома ефикасна метода за ослобађање биоактивних једињења из биљног материјала. Ултразвучна екстракција се заснива на феномену акустичне кавитације, која је чисто механички третман. Ово чини соникацију пожељним методом за изолацију осетљивих биоактивних једињења као што су једињења укуса и етерична уља, нпр. ванилин, полифеноли или антиоксиданси из биљака.
Предности ултразвучне екстракције ваниле
- Врхунски принос
- Екстракција велике брзине – року од неколико минута
- Екстракти високог квалитета – Блага, нетермална
- Зелени растварачи (нпр. вода/етанол)
- Исплативо
- Једноставан и сигуран рад
- Ниски инвестициони и оперативни трошкови
- 24/7 рад под тешким условима
- Зелена, еколошка метода
Ултразвучна екстракција ваниле – у пакетном или континуираном режиму протока
серија: Ултразвучни процеси екстракције могу се изводити као једноставни серијски процеси или као инлине третман, где се медијум континуирано доводи кроз ултразвучни проточни реактор.
Серијска обрада је лака процедура, где се вађење врши партија по партија. Хиелсцхер Ултрасоницс нуди ултразвучне процесоре за мале до велике серије, односно од 1Л до 120Л.
За прераду серија од 5 до 10Л препоручујемо УП400Ст (400В, видео испод) са сонотродом С24д22Л2Д.
За прераду серија од цца. 120Л, препоручујемо УИП2000хдТ (2кВ, сл. десна колона на врху) са сонотродом РС4д40Л4.
Соницатор УИП2000хдТ за ботаничку екстракцију у серији од 120Л
Ултразвучна екстракција биљака са ултразвучним апаратом УП400Ст
За запремину од прибл. 8Л/мин., препоручујемо УИП4000хдТ (4кВ, слика десно) са сонотродом РС4д40Л3 и проточном ћелијом под притиском ФЦ130Л4-3Г0
Студија случаја ултразвучне екстракције ваниле
Јадхав и др. (2009) упоредили су ултразвучно потпомогнуту екстракцију (УАЕ) и Сокхлетову екстракцију. Истраживање је потврдило да ултразвучна екстракција значајно интензивира ослобађање ванилина у поређењу са екстракцијом Сокхлет-а. Сокхлетов третман захтевао је радну температуру од 95°Ц, однос растварач: раствор од 66,67мл/г и време екстракције од 8 сати резултирало је ослобађањем прибл. 180ппм ванилин. Екстракција уз помоћ ултразвука (УАЕ) захтевала је само 1 сат да би се ослободило прибл. 140ппм ванилина користећи исти однос растварач: раствор на собној температури.
Расоамандрари и др. (2013) упоредили су ефикасност екстракције ванилина коришћењем ултразвучног апарата типа сонде од 100 В (нпр. УП100Х), ултразвучно купатило и купатило са топлом водом. Истраживачи су закључили да је ултрасоникатор типа сонде моћан алат за екстракцију због ултразвучног високог интензитета. Стога је ултразвучни апарат типа сонде надмашио алтернативне методе екстракције дајући сличне/или веће приносе ванилина екстрахованог у значајно краћем времену екстракције и мањој потрошњи растварача (тј. етанола).
Поређење три методе екстракције – ултразвучна сонда, ултразвучна купка, екстракција купатила са топлом водом – показало је да је екстракција ванилина најефикаснија за соникацију сондом користећи 40% етанола (в/в) на температури околине од 30°Ц и времену екстракције од 1 сат. Екстракција у воденом купатилу захтевала је концентрацију етанола од 50% (в/в) на 56°Ц током 15 сати.
УИП4000хдТ – Ултразвучни екстрактор од 4кВ за континуирани инлине третман.
Ултразвучна опрема за екстракцију високих перформанси
Хиелсцхер Ултрасоницс је специјализован за производњу ултразвучних процесора високих перформанси за производњу висококвалитетних екстраката из биљака.
Хиелсцхер-ов широки портфељ производа се креће од малих, моћних лабораторијских ултразвучних апарата до робусних стоних и потпуно индустријских система, који испоручују ултразвук високог интензитета за ефикасну екстракцију и изолацију биоактивних супстанци (нпр. кверцетин, кофеин, куркумин, терпени итд.). Сви ултразвучни уређаји из 200В до 16,000В имају екран у боји за дигиталну контролу, интегрисану СД картицу за аутоматско снимање података, даљинско управљање претраживачем и многе друге функције прилагођене кориснику. Сонотроде и проточне ћелије (делови који су у контакту са медијумом) могу се аутоклавирати и лако се чисте. Сви наши ултрасоникатори су направљени за рад 24/7, захтевају мало одржавања и лаки су и безбедни за рад.
Дигитални дисплеј у боји омогућава лаку контролу ултразвучног апарата. Наши системи су способни да испоруче од малих до веома великих амплитуда. За екстракцију полифенола и других биоактивних једињења као што је ванилин, нудимо посебне ултразвучне сонотроде (познате и као ултразвучне сонде или рогови) које су оптимизоване за сензибилну изолацију висококвалитетних активних супстанци. Робусност Хиелсцхерове ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима.
Прецизна контрола параметара ултразвучног процеса обезбеђује поновљивост и стандардизацију процеса.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
| Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | УП100Х |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000хдТ |
| на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
| на | већи | кластер оф УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Ултразвучни процесори велике снаге од лабораторијских до пилотских и индустријских размера.
Литература/Референце
- Велез Суаза, Каталина (2016): Оптимизација аналитичког приступа заснованог на течној хроматографији високих перформанси за карактеризацију природног екстракта ваниле. Теза, Университариа Ласаллиста, 2016.
- Јадхав Д. ет ал. (2009): Екстракција ванилина из махуна ваниле: Упоредна студија конвенционалне сокслетове и екстракције уз помоћ ултразвука. Јоурнал оф Фоод Енгинееринг 93, 2009: 421–426.
- Расоамандрари Н. ет ал. (2013): Побољшана екстракција ванилин 4-хидрокси-3-метоксибензалдехида из осушених зрна ваниле коришћењем екстракције потпомогнуте ултразвуком: Поређење екстракције уз помоћ ултразвука и екстракције у купатилу са топлом водом.
- К. Схикха Ојха, Рамон Азнар, Цолм О'Доннелл, Бријесх К. Тивари (2020): Ултразвучна технологија за екстракцију биолошки активних молекула из биљних, животињских и морских извора. ТрАЦ трендови у аналитичкој хемији, том 122, 2020.
Чињенице које вреди знати
Принцип рада ултразвучне екстракције
Примена интензивних ултразвучних таласа на течни медијум доводи до кавитације. Феномен кавитације локално доводи до екстремних температура, притисака, брзина загревања/хлађења, разлика притиска и великих сила смицања у медијуму. Када кавитациони мехурићи имплодирају на површини чврстих материја (као што су честице, биљне ћелије, ткива итд.), микро-млазнице и интерчестични судар стварају ефекте као што су површинско љуштење, ерозија и разбијање честица. Поред тога, имплозија кавитационих мехурића у течним медијима ствара макро-турбуленције и микро-мешање.
Слика 1: Стварање стабилних и пролазних кавитационих мехурића.
(а) померање, (б) пролазна кавитација, (ц) стабилна кавитација, (д) притисак
[прилагођено из Сантос ет ал. 2009]
Ултразвучно зрачење биљног материјала фрагментира матрикс биљних ћелија и појачава хидратацију истих. Цхемат и сарадници (2015) закључују да је ултразвучна екстракција биоактивних једињења из биљака резултат различитих независних или комбинованих механизама укључујући фрагментацију, ерозију, капиларност, детекстурацију и сонопорацију. Ови ефекти ометају ћелијски зид, побољшавају пренос масе гурањем растварача у ћелију и исисавањем растварача напуњеног фито-јединином, и обезбеђују кретање течности микро-мешањем.
Ултразвучна екстракција из биљних ћелија: микроскопски попречни пресек (ТС) показује механизам деловања током ултразвучне екстракције из ћелија (увећање 2000к) [извор: Вилкху ет ал. 2011]
Ултразвучна екстракција постиже веома брзу изолацију једињења – надмашујући конвенционалне методе екстракције за краће време процеса, већи принос и на нижим температурама. Као благи механички третман, екстракција уз помоћ ултразвука избегава термичку деградацију биоактивних компоненти и истиче се у поређењу са другим техникама као што су конвенционална екстракција растварачем, хидродестилација, или Сокхлет екстракција, за које је познато да уништавају молекуле осетљиве на топлоту. Због ових предности, ултразвучна екстракција је пожељна техника за ослобађање биоактивних једињења осетљивих на температуру из биљака.
ванилин
Ванилија је цењена арома, која се може добити из орхидеја рода Ванила, првенствено из мексичке врсте, ваниле равног листа (В. планифолиа). Једињења ваниле орхидеје са јединственим укусом налазе се у њеном плоду, што је резултат опрашивања цвета. Ове махуне су отприлике 1/3 к 6 инча, са смеђкастоцрвеном до црном бојом када су зреле. Унутар ових махуна налази се уљаста течност пуна ситних семенки. И махуна и семе се користе за производњу ванилина.
Иако је ванилин примарно једињење укуса у биљци ваниле, чисти екстракт ваниле садржи неколико стотина додатних једињења укуса, који доприносе његовом сложеном, дубоком укусу.
Есенција ваниле се јавља у два облика, а то су права есенција ваниле из махуне семена ваниле и индустријски синтетизовани ванилин. Прави екстракт махуне је сложена мешавина неколико стотина различитих једињења. Хемијско једињење ванилин – 4-хидрокси-3-метоксибензалдехид – је главни допринос карактеристичном укусу и ароми праве ваниле и главна је компонента укуса осушених зрна ваниле. Поред ванилина, комплексној ароми ваниле могу допринети и друга хемијска једињења као што су ацеталдехид, сирћетна киселина, фурфурал, хексанска киселина, 4-хидроксибензалдехид, еугенол, метил цинамат и изобутерна киселина.
Ванилла Цултиварс
Бурбонска ванилија или Бурбонско-мадагаскарска ванилија се производи од биљака В. планифолиа, које расту на острвима у Индијском океану као што су Мадагаскар, Комори и Реунион, раније названи Острво Бурбон. Термин “Бурбон ванила” описује и препознатљиву арому ваниле која потиче од В. планифолиа.
Мексичка ванила, екстрахована из изворне В. планифолиа, производи се у много мањим количинама. Мексичка ванила је позната и пласирана на тржиште као ванилија из земље свог порекла, пошто је биљка В. планифолиа пореклом из Мезоамерике.
Тахићанска ванила долази из Француске Полинезије, произведена из биљке В. тахитиенсис. Генетска анализа показује да је ова врста вероватно сорта од хибрида В. планифолиа и В. одората.
Западноиндијска ванила се прави од В. помпона, која се узгаја на Карибима иу Централној и Јужној Америци.