Ultrasonik Vanilya Ekstraksiyonu – Termal Olmayan Bir Yöntem
- Vanilya ekstraktı, vanilya kapsüllerinden etanol ve su çözeltisi içinde elde edilen bir aroma çözeltisidir.
- Aroma, tat ve koku bileşeni olarak yüksek kaliteli vanilin üretmek için bozunmayı önleyen, verimli ancak nazik bir ekstraksiyon tekniği gereklidir.
- Ultrasonik ekstraksiyon, çok kısa bir ekstraksiyon süresinde yüksek vanilin verimi sağlayan nazik bir mekanik ekstraksiyon yöntemidir.
Yüksek Kaliteli Vanilin Ekstraktları için Yüksek Performanslı Ultrasonik Teknoloji
Safrandan sonra en pahalı ikinci baharat olan vanilyanın üretimi, değerli uçucu yağların bozunmasını önleyen verimli bir ekstraksiyon yöntemi gerektirir. Ultrasonik ekstraksiyon, bitkisel materyalden biyoaktif bileşikleri açığa çıkarmak için nazik, termal olmayan ancak oldukça verimli bir yöntem olarak yaygın biçimde bilinir ve yerleşik olarak kullanılır. Ultrasonik ekstraksiyon, tamamen mekanik bir işlem olan akustik kavitasyon olgusuna dayanır. Bu özellik, sonikasyonu bitkisel materyalden aroma bileşikleri ve uçucu yağlar gibi hassas biyoaktif bileşiklerin, örneğin vanilin, polifenoller veya antioksidanların izolasyonu için tercih edilen yöntem haline getirir.
Ultrasonik Vanilya Ekstraksiyonunun Avantajları
- Üstün verim
- Yüksek hızlı ekstraksiyon – dakikalar içinde
- Yüksek kaliteli ekstraktlar – nazik, termal olmayan
- Çevreci çözücüler (ör. su/etanol)
- Ekonomik
- Kolay ve güvenli kullanım
- Düşük yatırım ve işletme maliyetleri
- Ağır çalışma koşullarında 24/7 çalışma
- Çevreci, çevre dostu yöntem
Ultrasonik Vanilya Ekstraksiyonu – Kesikli veya Sürekli Akış Modunda
Kesikli işlem: Ultrasonik ekstraksiyon süreçleri, basit kesikli işlemler olarak veya ortamın ultrasonik bir akış reaktöründen sürekli geçirildiği hat içi işlem olarak yürütülebilir.
Kesikli işleme, ekstraksiyonun parti parti gerçekleştirildiği kolay bir prosedürdür. Hielscher Ultrasonics, küçükten büyüğe, yani 1L–120L hacmindeki partiler için ultrasonik işlemciler sunar.
5–10L hacmindeki partilerin işlenmesi için UP400ST sonikatörünü (400W, aşağıdaki video) S24d22L2D sonotrodu ile birlikte öneriyoruz.
Yaklaşık 120L hacmindeki partilerin işlenmesi için UIP2000hdT sonikatörünü (2kW, sağ sütunun üst kısmındaki görsel) RS4d40L4 sonotrodu ile birlikte öneriyoruz.
UIP2000hdT sonikatörü ile 120L hacmindeki bir partide bitkisel ekstraksiyon
UP400St sonikatörü ile bitkisel materyallerin ultrasonik ekstraksiyonu
Yaklaşık 8L/min. hacim için UIP4000hdT sonikatörünü (4kW, sağdaki görsel) RS4d40L3 sonotrodu ve basınçlandırılabilir FC130L4-3G0 akış hücresi ile birlikte öneriyoruz.
Ultrasonik Vanilya Ekstraksiyonuna İlişkin Vaka Çalışması
Jadhav ve diğerleri (2009), ultrason destekli ekstraksiyon (UAE) ile Soxhlet ekstraksiyonunu karşılaştırmıştır. Araştırma, ultrasonik ekstraksiyonun Soxhlet ekstraksiyonuna kıyasla vanilinin açığa çıkmasını önemli ölçüde artırdığını doğrulamıştır. Soxhlet işlemi, 95°C çalışma sıcaklığı, 66,67ml/g çözücü:çözünen oranı ve 8 saatlik ekstraksiyon süresi gerektirmiş ve yaklaşık 180ppm vanilinin açığa çıkmasını sağlamıştır. Ultrason destekli ekstraksiyon (UAE) oda sıcaklığında aynı çözücü:çözünen oranını kullanarak yaklaşık 140ppm vanilini açığa çıkarmak için yalnızca 1 saat gerektirmiştir.
Rasoamandrary ve diğerleri (2013), 100W gücünde prob tipi bir sonikatör (ör. UP100H), ultrasonik banyo ve sıcak su banyosu kullanarak vanilin ekstraksiyonunun verimliliğini karşılaştırmıştır. Araştırmacılar, prob tipi sonikatörün yüksek yoğunluklu ultrasonu sayesinde güçlü bir ekstraksiyon aracı olduğu sonucuna varmıştır. Bu nedenle prob tipi sonikatör, önemli ölçüde daha kısa bir ekstraksiyon süresinde ve daha az çözücü (yani etanol) tüketimiyle benzer/veya daha yüksek miktarda vanilin ekstraksiyon verimi sağlayarak alternatif ekstraksiyon yöntemlerinden daha iyi performans göstermiştir.
Üç ekstraksiyon yönteminin – ultrasonik prob, ultrasonik banyo ve sıcak su banyosu ekstraksiyonu – karşılaştırılması, vanilin ekstraksiyonunun en verimli biçimde, 30°C ortam sıcaklığında %40 etanol (v/v) kullanılarak ve 1 saatlik ekstraksiyon süresiyle prob sonikasyonu ile gerçekleştirildiğini göstermiştir. Su banyosu ekstraksiyonu ise 56°C sıcaklıkta 15 saat boyunca %50 etanol (v/v) konsantrasyonu gerektirmiştir.
UIP4000hdT – sürekli hat içi işlem için 4kW gücünde ultrasonik ekstraktör.
Yüksek Performanslı Ekstraksiyon için Ultrasonik Ekipman
Hielscher Ultrasonics, bitkisel materyallerden yüksek kaliteli ekstraktların üretimi için yüksek performanslı ultrasonik işlemciler üretme konusunda uzmanlaşmıştır.
Hielscher markasının geniş ürün portföyü, küçük ve güçlü laboratuvar sonikatörlerinden, biyoaktif maddelerin verimli ekstraksiyonu ve izolasyonu için yüksek yoğunluklu ultrason sağlayan sağlam tezgâh üstü ve tamamen endüstriyel sistemlere kadar uzanır (ör. kuersetin, kafein, kurkumin, terpenler vb.). Gücü 200W ile 16.000W arasında olan tüm ultrasonik cihazlar, dijital kontrol için renkli ekran, otomatik veri kaydı için entegre SD kart, tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol ve daha birçok kullanıcı dostu özellik sunar. Sonotrotlar ve akış hücreleri (ortamla temas eden parçalar) otoklavlanabilir ve kolayca temizlenebilir. Tüm sonikatörlerimiz 24/7 çalışma için üretilmiştir, az bakım gerektirir ve kullanımları kolay ve güvenlidir.
Dijital renkli ekran, sonikatörün kullanıcı dostu biçimde kontrol edilmesini sağlar. Sistemlerimiz düşük genliklerden çok yüksek genliklere kadar çıkabilir. Polifenollerin ve vanilin gibi diğer biyoaktif bileşiklerin ekstraksiyonu için, yüksek kaliteli aktif maddelerin nazik izolasyonu amacıyla optimize edilmiş özel ultrasonik sonotrotlar (ultrasonik problar veya hornlar olarak da bilinir) sunuyoruz. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır çalışma koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.
Ultrasonik süreç parametrelerinin hassas kontrolü, tekrarlanabilirliği ve süreç standardizasyonunu sağlar.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksek | Cihaz kümesi: UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sorun!
Laboratuvar ölçeğinden pilot ve endüstriyel ölçeğe kadar yüksek güçlü ultrasonik işlemciler.
Literatür/Kaynaklar
- Velez Suaza, Catalina (2016): Doğal bir vanilya ekstraktının karakterizasyonu için yüksek performanslı sıvı kromatografisine dayalı analitik bir yaklaşımın optimizasyonu. Tez, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. ve diğerleri (2009): Vanilya kapsüllerinden vanilin ekstraksiyonu: Geleneksel Soxhlet ve ultrason destekli ekstraksiyonun karşılaştırmalı çalışması. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. ve diğerleri (2013): Ultrason Destekli Ekstraksiyon Kullanılarak Kürlenmiş Vanilya Kapsüllerinden Vanilin 4-Hidroksi-3-metoksibenzaldehit Ekstraksiyonunun İyileştirilmesi: Ultrason Destekli Ekstraksiyon ile Sıcak Su Banyosu Ekstraksiyonunun Karşılaştırılması.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Bitkisel, hayvansal ve deniz kaynaklarından biyolojik olarak aktif moleküllerin ekstraksiyonu için ultrason teknolojisi. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Cilt 122, 2020.
Bilinmesi Gerekenler
Ultrasonik Ekstraksiyonun Çalışma Prensibi
Bir sıvı ortama yoğun ultrason dalgalarının uygulanması kavitasyonla sonuçlanır. Kavitasyon olgusu, ortamda yerel olarak aşırı sıcaklıklara, basınçlara, ısınma/soğuma hızlarına, basınç farklarına ve yüksek kesme kuvvetlerine yol açar. Kavitasyon kabarcıkları katıların (parçacıklar, bitki hücreleri, dokular vb.) yüzeyinde içe doğru çöktüğünde, mikro jetler ve parçacıklar arası çarpışmalar yüzey soyulması, erozyon ve parçacık parçalanması gibi etkiler oluşturur. Ayrıca, sıvı ortamlarda kavitasyon kabarcıklarının içe doğru çökmesi makro türbülanslar ve mikro karışım oluşturur.
Şek. 1: Kararlı ve geçici kavitasyon kabarcıklarının oluşumu.
(a) yer değiştirme, (b) geçici kavitasyon, (c) kararlı kavitasyon, (d) basınç
[adapted from Santos et al. 2009]
Bitkisel materyalin ultrasonik ışınlanması, bitki hücrelerinin matrisini parçalar ve bu hücrelerin hidrasyonunu artırır. Chemat ve diğerleri (2015), bitkisel materyallerden biyoaktif bileşiklerin ultrasonik ekstraksiyonunun, parçalanma, erozyon, kapilarite, doku yapısının bozulması ve sonoporasyon dahil olmak üzere farklı bağımsız veya birleşik mekanizmaların sonucu olduğu sonucuna varmıştır. Bu etkiler hücre duvarını parçalar, çözücüyü hücre içine itip bitkisel bileşiklerle yüklü çözücüyü dışarı çekerek kütle transferini iyileştirir ve mikro karışım yoluyla sıvı hareketini sağlar.
Bitki hücrelerinden ultrasonik ekstraksiyon: mikroskobik enine kesit (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasında etkilerin mekanizmasını gösterir (büyütme 2000x) [kaynak: Vilkhu ve diğerleri 2011]
Ultrasonik ekstraksiyon, bileşiklerin çok hızlı izolasyonunu sağlar – daha kısa işlem süresi, daha yüksek verim ve daha düşük sıcaklıklar açısından geleneksel ekstraksiyon yöntemlerinden daha iyi performans gösterir. Nazik bir mekanik işlem olarak ultrason destekli ekstraksiyon, biyoaktif bileşenlerin termal bozunmasını önler ve geleneksel çözücü ekstraksiyonu, hidrodistilasyon veya Soxhlet ekstraksiyonu gibi ısıya duyarlı molekülleri tahrip ettiği bilinen diğer tekniklere kıyasla üstünlük gösterir. Bu avantajları nedeniyle ultrasonik ekstraksiyon, bitkisel materyallerden sıcaklığa duyarlı biyoaktif bileşiklerin açığa çıkarılması için tercih edilen tekniktir.
Vanilin
Vanilya, Vanilla cinsine ait orkidelerden, öncelikle Meksika türü olan düz yapraklı vanilyadan (V. planifolia) elde edilebilen değerli bir aromadır. Vanilya orkidesinin kendine özgü aromalı bileşikleri, çiçeğin tozlaşması sonucunda oluşan meyvesinde bulunur. Bu tohum kapsülleri yaklaşık 1/3 x 6 inç boyutundadır ve olgunlaştıklarında kahverengimsi kırmızıdan siyaha uzanan bir renge sahiptir. Bu kapsüllerin içinde minik tohumlarla dolu yağlı bir sıvı bulunur. Hem kapsül hem de tohumlar vanilin üretiminde kullanılır.
Vanilin, vanilya bitkisindeki başlıca aroma bileşiği olmasına rağmen saf vanilya ekstraktı, karmaşık ve derin aromasına katkıda bulunan birkaç yüz ek aroma bileşiği içerir.
Vanilya esansı iki biçimde bulunur: vanilya tohum kapsülünden elde edilen gerçek vanilin esansı ve endüstriyel olarak sentezlenmiş vanilin. Gerçek tohum kapsülü ekstraktı, birkaç yüz farklı bileşiğin karmaşık bir karışımıdır. Kimyasal bileşik vanilin – 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehit – gerçek vanilyanın karakteristik tat ve aromasına en büyük katkıyı sağlar ve kürlenmiş vanilya kapsüllerinin ana aroma bileşenidir. Vanilinin yanı sıra asetaldehit, asetik asit, furfural, hekzanoik asit, 4-hidroksibenzaldehit, öjenol, metil sinnamat ve izobütirik asit gibi birçok başka kimyasal bileşik de vanilyanın karmaşık aromasına katkıda bulunur.
Vanilya Kültivarları
Bourbon vanilyası veya Bourbon-Madagaskar vanilyası, Madagaskar, Komorlar ve eskiden Île Bourbon olarak adlandırılan Réunion gibi Hint Okyanusu adalarında yetişen V. planifolia bitkilerinden üretilir. “Bourbon vanilyası” terimi, V. planifolia bitkisinden elde edilen kendine özgü vanilya aromasını da tanımlar.
Yöreye özgü V. planifolia bitkisinden elde edilen Meksika vanilyası, çok daha düşük miktarlarda üretilir. V. planifolia bitkisi Mezoamerika’ya özgü olduğundan, Meksika vanilyası kökeninin bulunduğu topraklardan gelen vanilya olarak bilinir ve pazarlanır.
Tahiti vanilyası Fransız Polinezyası’ndan gelir ve V. tahitiensis bitkisinden üretilir. Genetik analiz, bu türün muhtemelen V. planifolia ve V. odorata melezinden türemiş bir kültivar olduğunu gösterir.
Batı Hint Adaları vanilyası, Karayipler ile Orta ve Güney Amerika’da yetiştirilen V. pompona bitkisinden üretilir.