Ультразвукова обробка вина – інноваційні застосування ультразвуку на виноробних підприємствах

Ультразвук є нетермічним методом обробки, який уже широко використовується в харчовій промисловості завдяки своєму м’якому впливу, але значним ефектам для продукту. Для виноробних підприємств ультразвукова обробка пропонує різноманітні застосування, такі як екстракція смаків, фенольних сполук і барвників, дозрівання та витримка, дубова обробка, а також дегазація.

Вино – це алкогольний напій, найчастіше виготовлений із винограду, але також з інших фруктів (наприклад, яблучне вино, бузинне вино) або матеріалів на основі крохмалю (наприклад, рисове вино, кукурудзяне вино).
Вино – це улюблений споживчий товар, виробництво якого вимагає розкішного процесу. Виготовлення якісних і високоякісних вин відоме як тривалий і, отже, коштовний бізнес. Нарешті, у винороба є зацікавленість у прискоренні ферментації (перетворення на алкоголь) та дозрівання (для надання складних смаків і ароматів) і водночас виробництві високоякісного напою з бажаним смаком, букетом, відчуттям у роті та кольором.

Різні ефекти ультразвуку при обробці вина

Застосування потужного ультразвуку до вина пропонує багато корисних ефектів. Найважливіші застосування включають інтенсифікацію смаку букету вина шляхом екстракції компонентів, багатих на смак, таких як фенольні сполуки та ароматичні речовини, дубову обробку, та прискорення дозрівання та витримки.

Екстракція ароматичних і фенольних сполук із винограду

Ультразвук є добре відомим і перевіреним засобом для екстракції внутрішньоклітинного рослинного матеріалу та ароматичних сполук. Механічна активність ультразвуку сприяє дифузії розчинників у тканину. Оскільки ультразвук механічно руйнує клітинну стінку за допомогою зсувних сил кавітації, він полегшує перенесення з клітини в розчинник. Зменшення розміру частинок за допомогою ультразвукової кавітації збільшує площу поверхні контакту між твердою та рідкою фазами.
Виноград відомий і затребуваний завдяки своїй багатості на поліфеноли. Ці фенольні сполуки (такі як мономерні флаванолови, димерні, тримерні та полімерні проціанідини, а також фенольні кислоти) винограду відомі своїми антирадикальними та антиоксидантними властивостями. Хімічно їх можна розділити на дві підкатегорії: флавоноїди та нефлавоноїди. Найважливішими флавоноїдами у вині є антоціани та таніни, які сприяють кольору, смаку та відчуттю в роті. Серед нефлавоноїдів є стилбени, такі як ресвератрол, та кислотні сполуки, такі як бензойна, кофеїнова та корична кислоти. Більшість цих фенольних сполук містяться в шкірці винограду та в насінні. Інтенсивні ультразвукові сили здатні ефективно екстрагувати цінні інгредієнти з насіння та шкірки винограду.
У дослідженні Cocito et al. (1995) було показано, що ультразвукова обробка є швидким, відтворюваним і лінійним процесом для екстракції ароматичних сполук у мусті та вині. Отримані результати концентрацій сполук за допомогою ультразвукової екстракції були вищими, ніж при екстракції на колонці C18 (екстракція смолою).
Підсумовуючи переваги ультразвукової екстракції, ультразвук є недорогим, простим і ефективним альтернативним методом до звичайних нетермічних засобів екстракції, таких як високий гідростатичний тиск (HP), стиснений діоксид вуглецю (cCO2) і надкритичний діоксид вуглецю (ScCO2) та імпульси високого електричного поля (HELP). Ще однією перевагою є той факт, що ультразвукову екстракцію – на відміну від названих вище альтернатив – можна легко тестувати в лабораторному або напівпромисловому масштабі. Ці випробування забезпечують відтворювані результати, тому подальше масштабування не вимагає додаткових зусиль для пошуку оптимальних налаштувань. Для повного промислового виробництва надійні важкі ультразвукові гомогенізатори з потужністю до 16 000 ват на одиницю дозволяють проводити ультразвукову обробку потоків дуже великого об’єму.

Екстракція за допомогою ультразвуку для дубової обробки вина

Під час етапу витримки в дубі вино контактує з деревом бочок (традиційна витримка в дубі) або з доданою деревною тріскою, дерев’яними паличками/планками або порошком для витримки в дубі (альтернативна витримка в дубі). Найпоширенішою деревиною для витримки в дубі (ароматизації) є – згідно з термінологією процедури – дуб (quercus). Інші види деревини, які використовуються рідше, це, наприклад, каштан, сосна, секвойя, вишня або акація. Хімічні властивості деревини використовуються для отримання глибоких ефектів щодо смаку та букету вина. Феноли, що містяться в дубі, взаємодіють із вином, створюючи такі смаки, як ваніль, карамель, вершки, спеції або земляні відтінки. Дуже важливий ефект мають елагітаніни (гідролізований танін), які походять із лігнінових структур у деревині, оскільки вони захищають вино від окиснення та редукції.
Ультразвукова екстракція корисна для етапу витримки вина в дубі через те, що проникнення рідини в дерев’яну структуру порошку, тріски, паличок або планок буде посилене циклами високого та низького тиску, що генеруються ультразвуком. Оскільки при цьому масоперенос зростає помітно, це призводить до коротшого періоду витримки в дубі та кращих результатів щодо смаку. Якщо дубовий порошок або дистилляти деревного аромату (альтернативна витримка в дубі) додаються у вино, ультразвукові сили забезпечують дуже дрібну дисперсію частинок або крапель у вині для покращення змочування поверхні та експозиції. Це дуже важливо для досягнення високого смаку та відчуття в роті і сприяє якості алкогольного напою. Той факт, що розливання в бочки та витримка становлять тривалий часовий і вартісний фактор у виноробстві, робить ультразвук винятково цікавим методом обробки, оскільки ультразвукові пристрої Hielscher переконують низькими інвестиційними витратами, легкою імплементацією та видатною енергоефективністю.

Ультразвукова допоміжна деагломерація під час витримки вина

Під час традиційного тривалого процесу витримки вина в ньому відбуваються реакції між різними молекулами. Це означає, що молекули змінюються відповідно до взаємодії між собою. Час і результат цієї молекулярної зміни залежать від інгредієнтів вина та його середовища. Зазвичай вважається, що спирт диспергований у міцних напоях, але це не означає, що буде досягнуто змішування молекул. Оскільки у вині природним чином доступна лише низька енергія для реакцій – як зв’язування та змішування – ступінь природних змін буде переважно незавершеним. Хоча інгредієнти схильні взаємодіяти, приєднуватися та змінювати молекулярні властивості, вони не можуть реалізувати абсолютну взаємодію, перетворення або зв’язування на молекулярному рівні внаслідок наявної низької енергії.
Оскільки вино піддається ультразвуковій обробці (що означає введення енергії в рідину), інгредієнти забезпечують більш послідовний та однорідний ступінь дисперсії. Завдяки ультразвуковій обробці вино стає однорідною рідиною з подовженим терміном придатності за дуже короткий час обробки. Однорідність дозволяє вищу взаємодію між молекулами і, таким чином, більш повну молекулярну зміну. Це означає покращення смаку та якості.

Дисперсія: Перед розливанням більшість вин обробляють добавками, такими як консерванти (наприклад, бісульфат калію, бісульфат натрію), очищувачі, барвники у порошку та інші речовини для освітлення та покращення. Ці добавки використовуються для запобігання передчасному потемнінню та псуванню, для покращення якості вина, для усунення дефектів або для підтримки процесу ферментації. Завдяки ультразвуковій обробці ці добавки можуть бути дуже послідовно дисперговані у вині, так що досягаються кращі результати обробки. Це зрештою призводить до вищої якості та кращого смаку – мети кожного винороба.

Ультразвукова екстракція активних сполук

Вино має широкий спектр корисних для здоров’я активних сполук, таких як таніни, феноли, флавоноїди та інші, які є цінними інгредієнтами, що використовуються у фармацевтичній, харчовій та косметичній промисловості.
Дізнайтеся більше про екстракцію фітохімічних речовин, таких як поліфеноли, антоціанідини, проантоціанідини та інші біоактивні сполуки, з винограду та побічних продуктів переробки винограду!

Екскурс

Витримка рисового та кукурудзяного вина: Chang et al. (2002) у своєму дослідженні рисового та кукурудзяного вина виявили, що ефекти витримки вина під дією ультразвуку залежать від виду вина. Так, ультразвукова витримка рисового вина щодо значення pH, вмісту алкоголю, ацетальдегіду, смаку та сенсорних якостей була значно кращою, ніж ультразвукова витримка кукурудзяного вина. Для обох видів вина – рисового та кукурудзяного – час витримки був суттєво скорочений (з 1 року до 1 тижня або 3 днів).

Промислові ультразвукові пристрої з проточними реакторами для ультразвукової обробки вина та соку.

Ультразвукові процесори Hielscher

Hielscher є провідним постачальником високоякісних та високопродуктивних ультразвукових пристроїв. Ультразвукові пристрої виробництва Hielscher використовуються для лабораторних зразків, пілотного масштабу обробки або повномасштабного виробництва у багатьох галузях промисловості та досліджень. Для досягнення ідеальної продуктивності та адаптації до кожного процесу Hielscher пропонує широкий асортимент ультразвукових пристроїв для ультразвукової обробки будь-якого об’єму рідини, від кількох мікролітрів до сотень кубометрів на годину. Ефективність процесу ультразвукових пристроїв можна легко перевірити на меншому масштабі. Зазвичай UIP1000hd (1kW) використовується для розробки процесів при об’ємних витратах від 0,5L до 1000L на годину. На цьому масштабі ефективність обробки можна оптимізувати, змінюючи амплітуду, тиск та об’ємну витрату. Встановлення або модернізація системи ультразвуку у виробничій лінії, а також експлуатація та обслуговування є простими та нескладними.

Ультразвук у рідинах

Потужний ультразвук генерує кавітацію у рідинах. Під час імплозії кавітаційних бульбашок локально виникають надзвичайно високі сили: у кавітаційній «гарячій точці» досягаються дуже високі температури (прибл. 5 000K) та тиски (прибл. 2 000atm). Імплозія кавітаційної бульбашки також призводить до утворення рідинних струменів зі швидкістю до 280m/s. Коли ці інтенсивні сили діють на рідину, вони викликають різні ефекти. В алкогольних рідинах ультразвукова обробка прискорює окиснення, полімеризацію та конденсацію алкоголю, альдегідів, естерів та олефінів для утворення нових сполук, які створюють більше смаку та кращий букет.
Як найцікавіші ультразвукові застосування для виноробства (вініфікації), особливо ультразвукова асистована екстракція, агломерація та дисперсія мають бути названі. Ці впливи роблять ультразвукову обробку таким ефективним методом переробки вина та інших напоїв.
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових пристроїв: