Ultraljud Vanilla Extraktion – En icke-termisk metod
- Vaniljextrakt är en smaklösning som utvinns från vaniljstänger i en lösning av etanol och vatten.
- För att producera vanillin av hög kvalitet som arom-, arom- och doftkomponent krävs en effektiv men ändå mild extraktionsteknik för att förhindra nedbrytning.
- Ultraljudsextraktion är en mild mekanisk extraktionsmetod, som ger höga utbyten av vanillin på en mycket kort extraktionstid.
Högpresterande ultraljud för högkvalitativa vanillinextrakt
Som den näst dyraste kryddan efter saffran kräver vaniljproduktion en effektiv extraktionsmetod som förhindrar nedbrytning av de värdefulla eteriska oljorna. Ultraljud extraktion är välkänt och etablerat som en mild, icke-termisk, men ändå mycket effektiv metod för att frigöra bioaktiva föreningar från växtmaterial. Ultraljudsextraktion är baserad på fenomenet akustisk kavitation, vilket är en rent mekanisk behandling. Detta gör ultraljudsbehandling den föredragna metoden för isolering av känsliga bioaktiva föreningar såsom smakämnen och eteriska oljor, t.ex. vanillin, polyfenoler eller antioxidanter från botaniska ämnen.
Fördelar med ultraljud vanilj extraktion
- Överlägsen avkastning
- Extraktion med hög hastighet – inom några minuter
- Extrakt av hög kvalitet – Mild, icke-termisk
- Gröna lösningsmedel (t.ex. vatten/etanol)
- Kostnadseffektiv
- Enkel och säker drift
- Låga investerings- och driftskostnader
- 24/7 drift under tung drift
- Grön, miljövänlig metod
Ultraljud Vanilla Extraktion – i batch- eller kontinuerligt flödesläge
Batch: Ultraljudsextraktionsprocesser kan drivas som enkla batchprocesser eller som inline-behandling, där mediet kontinuerligt matas genom en ultraljudsgenomströmningsreaktor.
Batchbearbetning är en enkel procedur, där extraktionen utförs parti för parti. Hielscher Ultrasonics erbjuder ultraljudsprocessorer för små till stora partier, dvs 1L till 120L.
För bearbetning av satser på 5 till 10 liter rekommenderar vi UP400St (400W, video nedan) med sonotrode S24d22L2D.
För bearbetning av satser på ca 120 L rekommenderar vi UIP2000hdT (2kW, bild till höger i kolumnen överst) med sonotrode RS4d40L4.

Ultraljudsbehandling UIP2000hdT för botanisk extraktion i en 120L batch

Ultraljud extraktion av växter med ultraljud UP400St
För en volym på ca 8 l/min rekommenderar vi UIP4000hdT (4kW, bild till höger) med sonotrode RS4d40L3 och trycksatt flödescell FC130L4-3G0
Fallstudie av ultraljud vanilj extraktion
Jadhav et al. (2009) jämförde ultraljudsassisterad extraktion (UAE) och Soxhlet-extraktion. Forskningen bekräftade att ultraljud extraktion intensifierar frisättningen av vanillin betydligt jämfört med Soxhlet extraktion. Soxhlet-behandlingen krävde en driftstemperatur på 95 °C, ett förhållande mellan lösningsmedel och löst ämne på 66,67 ml/g och en extraktionstid på 8 timmar resulterade i utsläpp av cirka 180 ppm vanillin. Ultraljudsassisterad extraktion (UAE) krävde endast 1 timme för att frigöra cirka 140 ppm vanillin med samma förhållande mellan lösningsmedel och löst ämne vid rumstemperatur.
Rasoamandrary et al. (2013) jämförde effektiviteten av vanillinextraktion med hjälp av en 100W ultraljudsapparat av sondtyp (t.ex. UP100H), ett ultraljudsbad och ett varmvattenbad. Forskarna drog slutsatsen att ultraljud av sondtyp är ett kraftfullt extraktionsverktyg på grund av dess högintensiva ultraljud. Därför överträffade ultraljudsapparaten av sondtyp de alternativa extraktionsmetoderna genom att ge liknande / eller högre utbyten av vanillin extraherat i en betydligt kortare extraktionstid och mindre förbrukning av lösningsmedel (dvs. etanol).
Jämförelsen av de tre extraktionsmetoderna – ultraljudssond, ultraljudsbad, utsug av varmvattenbad – visade att vanillinextraktion var mest effektivt för sond-ultraljudsbehandling med 40% etanol (v/v) vid en omgivningstemperatur på 30 °C och en extraktionstid på 1 timme. Extraktionen av vattenbadet krävde en koncentration på 50 % etanol (v/v) vid 56 °C i 15 timmar.

UIP4000hdT – 4kW ultraljudsutsug för kontinuerlig inline-behandling.
Ultraljudsutrustning för högpresterande extraktion
Hielscher Ultrasonics är specialiserat på tillverkning av högpresterande ultraljudsprocessorer för produktion av högkvalitativa extrakt från växter.
Hielschers breda produktportfölj sträcker sig från små, kraftfulla laboratorieultraljudsapparater till robusta stationära och helt industriella system, som levererar ultraljud med hög intensitet för effektiv extraktion och isolering av bioaktiva ämnen (t.ex. Quercetin, koffein, Curcumin, Terpener och så vidare). Alla ultraljudsapparater från 200W till 16 000 W har en färgad display för digital kontroll, ett integrerat SD-kort för automatisk dataregistrering, webbläsarens fjärrkontroll och många fler användarvänliga funktioner. Sonotroderna och flödescellerna (de delar som är i kontakt med mediet) kan autoklaveras och är lätta att rengöra. Alla våra ultraljudsapparater är byggda för 24/7 drift, kräver lågt underhåll och är enkla och säkra att använda.
En digital färgdisplay möjliggör en användarvänlig kontroll av ultraljudsapparaten. Våra system är kapabla att leverera från låga upp till mycket höga amplituder. För extraktion av polyfenoler och andra bioaktiva föreningar som vanillin erbjuder vi speciella ultraljudssonotroder (även kända som ultraljudssonder eller horn) som är optimerade för förnuftig isolering av högkvalitativa aktiva substanser. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Den exakta kontrollen av ultraljudsprocessparametrarna säkerställer reproducerbarhet och processstandardisering.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
---|---|---|
1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur/Referenser
- Velez Suaza, Catalina (2016): Optimering av ett analytiskt tillvägagångssätt baserat på högpresterande vätskekromatografi för karakterisering av ett naturligt vaniljextrakt. Avhandling, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Extraktion av vanillin från vaniljskidor: En jämförelsestudie av konventionell soxhlet och ultraljudsassisterad extraktion. Tidskrift för livsmedelsteknik 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Förbättrad extraktion av vanillin 4-hydroxi-3-metoxibensaldehyd från härdade vaniljbönor med hjälp av ultraljudsassisterad extraktion: En jämförelse av ultraljudsassisterad och varmvattenbadsextraktion.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Ultraljudsteknik för extraktion av biologiskt aktiva molekyler från växt-, djur- och marina källor. TrAC Trends in Analytical Chemistry, volym 122, 2020.
Fakta som är värda att veta
Arbetsprincipen för ultraljudsextraktion
Appliceringen av intensiva ultraljudsvågor på ett flytande medium resulterar i kavitation. Fenomenet kavitation leder lokalt till extrema temperaturer, tryck, värme-/kylhastigheter, tryckskillnader och höga skjuvkrafter i mediet. När kavitationsbubblor imploderar på ytan av fasta ämnen (t.ex. partiklar, växtceller, vävnader etc.), genererar mikrostrålar och kollisioner mellan partierna effekter som ytflagning, erosion och partikelnedbrytning. Dessutom skapar implosionen av kavitationsbubblor i flytande medier makroturbulens och mikroblandning.

Fig. 1: Skapande av stabila och övergående kavitationsbubblor.
a) förskjutning, b) transient kavitation, c) stabil kavitation, d) tryck
[anpassad från Santos et al. 2009]
Ultraljud irradiation av växtmaterial fragmenterar matrisen av växtceller och förbättrar hydreringen av samma. Chemat et al (2015) drar slutsatsen att ultraljudsextraktion av bioaktiva föreningar från växter är resultatet av olika oberoende eller kombinerade mekanismer inklusive fragmentering, erosion, kapilläritet, detexturation och sonoporation. Dessa effekter stör cellväggen, förbättrar massöverföringen genom att trycka in lösningsmedel i cellen och suga ut fytoföreningsladdat lösningsmedel och säkerställer vätskerörelse genom mikroblandning.

Ultraljudsextraktion från växtceller: den mikroskopiska tvärsnittet (TS) visar verkningsmekanismen under ultraljudsextraktion från celler (förstoring 2000x) [resurs: Vilkhu et al. 2011]
Ultraljud extraktion uppnår en mycket snabb isolering av föreningar - överträffar konventionella extraktionsmetoder i kortare processtid, högre utbyte, och vid lägre temperaturer. Som en mild mekanisk behandling undviker ultraljudsassisterad extraktion termisk nedbrytning av bioaktiva komponenter och utmärker sig i jämförelse med andra tekniker som konventionell lösningsmedelsextraktion, hydrodestillationeller Soxhlet extraktion, som är kända för att förstöra värmekänsliga molekyler. På grund av dessa fördelar är ultraljud extraktion den föredragna tekniken för frisättning av temperaturkänsliga bioaktiva föreningar från växter.
vanillin
Vanilj är en uppskattad smak, som kan utvinnas från orkidéer av släktet Vanilla, främst från den mexikanska arten plattbladig vanilj (V. planifolia). De unikt smaksatta föreningarna av vaniljorkidé finns i dess frukt, vilket är resultatet av pollineringen av blomman. Dessa frökapslar är ungefär 1/3 x 6 tum, med en brunröd till svart färg när de är mogna. Inuti dessa baljor finns en oljig vätska full av små frön. Både baljan och fröna används för framställning av vanillin.
Även om vanillin är den primära smakföreningen i vaniljväxten, innehåller rent vaniljextrakt flera hundra ytterligare smakföreningar, som bidrar till dess komplexa, djupa smak.
Vaniljessens förekommer i två former, nämligen äkta vanillinessens från vaniljfröpoden och industriellt syntetiserat vanillin. Äkta frökapselextrakt är en komplex blandning av flera hundra olika föreningar. Den kemiska föreningen vanillin – 4-hydroxi-3-metoxibensaldehyd – är den största bidragsgivaren till den karakteristiska smaken och aromen av äkta vanilj och är den huvudsakliga smakkomponenten i härdade vaniljbönor. Förutom vanillin kan andra kemiska föreningar som acetaldehyd, ättiksyra, furfural, hexansyra, 4-hydroxibensaldehyd, eugenol, metylkanel och isosmörsyra bidra till vaniljens komplexa arom.
Vanilj Sorter
Bourbonvanilj eller Bourbon-Madagaskar-vanilj produceras av V. planifolia-växter, som växer på öar i Indiska oceanen som Madagaskar, Komorerna och Réunion, tidigare kallad Île Bourbon. Termen “Bourbon vanilj” beskriver också den distinkta vaniljaromen som härrör från V. planifolia.
Mexikansk vanilj, som utvinns ur den inhemska V. planifolia, produceras i mycket mindre mängder. Mexikansk vanilj är känd och marknadsförs som vanilj från sitt ursprungsland, eftersom V. planifolia-växten är infödd i Mesoamerika.
Tahitisk vanilj kommer från Franska Polynesien, framställd av växten V. tahitiensis. Genetisk analys visar att denna art möjligen är en sort från en hybrid av V. planifolia och V. odorata.
Västindisk vanilj tillverkas av V. pompona, som odlas i Karibien och Central- och Sydamerika.