Ultraljudsbehandling av vin – Innovativa tillämpningar av ultraljud i vingårdar

Ultraljud är en icke-termisk bearbetningsmetod, som redan används i stor utsträckning inom livsmedelsindustrin på grund av dess milda applicering men betydande effekter på produkten. För vingårdarna erbjuder ultraljudsbehandling olika tillämpningar såsom utvinning av smaker, fenoler och färgämnen, mognad & lagring, ekning och avgasning.

Vin är en alkoholhaltig dryck, oftast gjord av druvor, men även av andra frukter (t.ex. äppelvin, flädervin) eller stärkelsebaserade material (t.ex. risvin, majsvin).
Vin är en gynnad konsumtionsvara vars produktion kräver en överdådig process. Att göra kvalitetsviner och viner av hög kvalitet är känt som en tidskrävande och därmed kostnadsintensiv verksamhet. Slutligen ligger det i vinmakarens intresse att påskynda jäsning (omvandling till alkohol) och mognad (för att ge komplexa smaker och aromer) och samtidigt producera en högkvalitativ sprit med önskad smak, doft, munkänsla och färg.

Olika effekter av ultraljud vid vinbearbetning

Kraftfullt ultraljud applicerat på vin ger många positiva effekter. Till de viktigaste tillämpningarna hör Smakintensifiering av vinbuketten genom att extrahera de smakrika komponenterna, såsom fenoler och aromer, ekning, och påskyndandet av Mognad & åldrande.

Extraktion av aromatiska och fenoliska föreningar från druvor

Ultraljud är ett välkänt och beprövat medel för extraktion av intracellulärt växtmaterial och aromatiska föreningar. Ultraljudets mekaniska aktivitet stöder diffusionen av lösningsmedel i vävnaden. Eftersom ultraljud bryter cellväggen mekaniskt av kavitationsskjuvkrafterna, underlättar det överföringen från cellen till lösningsmedlet. Partikelstorleksminskningen genom ultraljudskavitation ökar ytan i kontakt mellan den fasta och den flytande fasen.
Druvor är kända och efterfrågade för sin rikedom på polyfenoler. Dessa fenolföreningar (såsom monomera flavanoler, dimeriska, trimeriska och polymera procyanidiner samt fenolsyror) av druva är kända för sina antiradikala och antioxidativa egenskaper. Kemiskt sett kan de delas in i två underkategorier: flavonoider och icke-flavonoider. De viktigaste flavonoiderna i vin är antocyaniner och tanniner som bidrar till färg, smak och munkänsla. Bland de icke-flavonoider finns stilbener som resveratrol och sura föreningar, såsom bensoesyra, koffeinsyra och kanelsyra. De flesta av alla dessa fenolföreningar finns i druvskalet och kärnorna. De intensiva ultraljudskrafterna kan extrahera de värdefulla ingredienserna från druvkärnor och skal effektivt.
I studien av Cocito et al. (1995) har ultraljud visats som en snabb, repeterbar och linjär process för extraktion av aromföreningar i must och vin. De erhållna resultaten av de sammansatta koncentrationerna genom ultraljudsextraktion var högre än de för C18-kolonnextraktion (hartsextraktion).
Summering av fördelarna med ultraljudsextraktion är ultraljud ett billigt, enkelt och effektivt alternativ till konventionella icke-termiska extraktionsmedel, såsom högt hydrostatiskt tryck (HP), komprimerad koldioxid (cCO2) och superkritisk koldioxid (ScCO2) och höga elektriska fältpulser (HELP). En ytterligare fördel är det faktum att ultraljud extraktion - i motsats till de alternativ som nämns ovan - lätt kan testas i labb eller bänkvåg. Dessa försök ger reproducerbara resultat så att en efterföljande uppskalning inte kräver ytterligare ansträngningar för att hitta den optimala inställningen. För fullständig kommersiell produktion, tillförlitlig TUNGA ULTRALJUDSAPPARATER Med upp till 16 000 watt per enhet tillåter ultraljudsbehandling av mycket höga volymer strömmar.

Ultraljudsassisterad extraktion för vinekning

Under ekläggningsstadiet kommer vinet i kontakt med träet på faten (traditionell ekning) eller med tillsatt träflis, träpinnar/stavar eller ekpulver (alternativ ekläggning). Det vanligaste träslaget för ekning (arombildning) är – enligt förfarandets term – ek (quercus). Andra träslag, som används mer sällan, är t.ex. kastanj, tall, redwood, körsbär eller akacia. Träets kemiska egenskaper används för att få djupgående effekter när det gäller vinets smak och doft. Fenolerna som finns i eken interagerar med de vinproducerande smakerna, såsom vanilj, karamell, grädde, krydda eller jordnära smaker. En mycket viktig effekt har ellagitanninerna (hydrolyserbart tannin), som härrör från ligninstrukturer i trä, eftersom de skyddar vinet från oxidation och reduktion.
Ultraljudsextraktion är användbar för stadiet av vinekning på grund av det faktum att penetrationen av vätska i trästrukturen av pulver, flis, pinnar eller stavar kommer att förbättras av de högtrycks- och lågtryckscykler som genereras av ultraljud. Då masstransporten därmed ökar på ett iögonfallande sätt medför detta en kortare ekperiod och högre resultat gällande smaken. Om ekpulver eller destillat med träsmak (alternativ ekläggning) appliceras i vinet, ger ultraljudskrafterna en mycket fin dispersion av partiklarna eller dropparna i vinet för att förbättra ytvätning och exponering. Detta är mycket viktigt för att uppnå en hög smak och munkänsla och bidrar till kvaliteten på den alkoholhaltiga drycken. Det faktum att fatning och lagring utgör en förlängd tids- och kostnadsfaktor vid vinifiering, gör ultraljud till en exceptionellt intressant bearbetningsmetod som Hielscher ultraljudsenheter övertygar med låga investeringskostnader, enkel implementering och en enastående energieffektivitet.

Ultraljudsassisterad deagglomeration under vinlagring

Under den traditionella tidskrävande lagringsprocessen av vin sker reaktioner av olika molekyler i vinet. Detta innebär att molekylerna förändras i enlighet med interaktionen mellan varandra. Tiden och resultatet av denna molekylära förändring beror på ingredienserna i vinet och dess miljö. Vanligtvis är det godkänt att alkohol dispergeras i sprit, men det betyder inte att en blandning av molekyler kommer att uppnås. Liksom i vin naturligt endast låg energi för reaktioner – Eftersom bindning och blandning är tillgänglig, kommer graden av naturliga förändringar att vara mestadels oavslutad. Medan ingredienserna tenderar att interagera, fästa och ändra molekylära egenskaper, kan de inte realisera en absolut interaktion, omvandling eller bindning på molekylär nivå på grund av låg energi som är närvarande.
Eftersom vin är sonikerat (vilket innebär en tillförsel av energi till vätskan), erbjuder ingredienserna en mer konsekvent och enhetlig grad av dispersion. Genom ultraljudsbehandling blir vin en homogen vätska med förlängd hållbarhet på mycket kort tid av behandling. Homogeniteten möjliggör en högre interaktion mellan molekylerna och därmed en mer fullständig molekylär förändring. Detta innebär en förbättring av smak och kvalitet.

Dispersion: Före buteljering behandlas de flesta viner med tillsatser, t.ex. konserveringsmedel (t.ex. kaliumbisulfat, natriumbisulfat), rengöringsmedel, färgpulver och ytterligare klarningsmedel och förbättringsmedel. Dessa tillsatser används för att undvika att det blir brynt i förtid och för att det förstörs, för att förbättra vinets kvalitet, för att eliminera brister eller för att stödja jäsningsprocessen. Genom ultraljud kan dessa tillsatser dispergeras mycket konsekvent i vinet så att högre resultat av bearbetningen uppnås. Detta leder slutligen till högre kvalitet och bättre smak – varje vinodlares ansträngning.

Ultraljud extraktion av aktiva föreningar

Vin har ett brett utbud av hälsofrämjande aktiva föreningar som tanniner, fenoler, flavonoider och andra, som är värdefulla ingredienser som används inom läkemedels-, livsmedels- och kosmetikindustrin.
Läs mer om utvinning av fytokemikalier som polyfenoler, antocyanidiner, proantocyanidin och andra bioaktiva föreningar från druvor och druvbiprodukter!

Excursus (Utflykt)

Åldrande av risvin och majsvin: Chang et al. (2002) fann i sin studie om risvin och majsvin att åldrande effekterna av ultraljudsbehandling av vin beror på vilken typ av vin. Så var ultraljudslagringen av risvin med avseende på pH-värde, alkoholhalt, acetaldehyd, smak och sensoriska egenskaper betydligt bättre än den ultraljudsassisterade lagringen av majsvin. För både risvinet och majsvinet förkortades lagringstiden avsevärt (från 1 år till 1 vecka eller 3 dagar).

Industriella ultraljudsapparater med genomströmningsreaktorer för ultraljudsbehandling av vin och saft.

Hielschers ultraljudsprocessorer

Hielscher är den ledande leverantören av högkvalitativa och högpresterande ultraljudsenheter. Ultraljudsenheter tillverkade av Hielscher används för laboratorieprover, bearbetning i pilotskala eller fullskalig produktion i många olika delar av industri och forskning. För perfekt prestanda och anpassning till varje process erbjuder Hielscher ett brett utbud av ultraljudsenheter för ultraljudsbehandling av alla vätskevolymer, från flera mikroliter till hundratals kubikmeter per timme. Ultraljudsenheterna kan enkelt testas för sin processeffektivitet i mindre skala. Vanligtvis är UIP1000hd (1kW) används för processutveckling för flödeshastigheter från 0,5L till 1000L per timme. I denna skala kan bearbetningseffektiviteten optimeras genom att variera amplituden, trycket och flödeshastigheten. Installationen eller eftermonteringen av ett ultraljudssystem i en produktionslinje samt drift och underhåll är enkelt och utan problem.

Ultraljud i vätskor

Ultraljud med hög effekt genererar Kavitation till vätskor. Under implosionen av kavitationsbubblorna uppträder lokalt extremt höga krafter: i den kavitationella "hot spot" uppnås mycket höga temperaturer (ca 5 000 K) och tryck (ca 2 000 atm). Implosionen av kavitationsbubblan resulterar också i vätskestrålar med en hastighet på upp till 280 m/s. När dessa intensiva krafter går in i vätskan orsakar de olika effekter. I en alkoholhaltig vätska orsakar ultraljud en acceleration av oxidation, polymerisation och kondensation av alkohol, aldehyder, estrar och olefiner för att bygga nya föreningar som skapar mer och bättre smak och doft.
Som de mest intressanta ultraljudstillämpningarna för vinframställning (vinifiering), särskilt den ultraljudsassisterade Extraktion, tätbebyggelse, och spridning måste namnges. Dessa effekter gör ultraljudsbehandling en så effektiv bearbetningsmetod för vin och andra drycker.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: